直流系统接地故障分析、处理与预防

董建华

（山西省煤矿节能监测中心，山西 太原 030045）

引言

直流系统是电力系统极其重要的一部分，为主要电气设备提供电源保障，构成了一个巨大的供电网络。直流系统被广泛应用于各类火力、水力发电厂和变电站等直流设备，如电气化铁路、矿山、钢铁、房地产企业等，为信号设备、事故照明设备、保护装置、联锁装置和断路器合闭、断开操作提供保障电源；同时，它还可以作为可靠应急电源被应用于计算机房、宾馆、医院、通信部门等重要场所。就像人体内的中枢神经系统一样，直流系统在电力系统中起着非常重要的作用，它的地位是无可替代的，直流系统为发供电设备的安全运行和可靠切除保驾护航。

1 直流系统的接地

直流系统的接地方式有两种：直流系统一点接地和直流系统两点接地。在直流系统中，直流的正极和负极是可靠绝缘并接地的，当采用一极接地方式接地时，接地电流没有构成回路，故不会引起任何的危害，但如果长期采取一级接地方式工作，这绝对是不允许的。因为当同一极的另一地点二次接地时，就有可能导致继电保护、信号装置或者控制回路等一系列装置的误动作。如果一点接地以后再发生另一极接地，则将会造成直流短路现象的发生。例如：直流正极接地将有可能造成继电保护误动作的发生［1］。出口中间继电器线圈的跳、合闸线圈等这样的普通跳闸线圈一般都会采取接负极电源方式。如若这些电流回路中再次发生接地故障或绝缘不良等这些现象，则会引起继电保护的误动作。同理直流的负极接地与正极接地情况是一样的，如果构成的电流回路中再有一点接地将有可能造成继电保护拒绝动作的产生，事故后果将会更加严重。如若两极两点同时接地将会造成合闸或跳闸回路的短路，不但有可能熔断器熔断，还有可能把继电器的接点烧坏。

2 直流系统的接地故障

直流系统本身所具有的可靠性和安全性将会对整个系统的安全造成影响，但当投入到实际工作中时，由于直流系统应用的是直流电源，尤其是应用在控制回路和保护回路等方面，使直流系统的故障成为电力系统事故隐患。

1）2013年3月11日，某煤矿变电站直流系统绝缘监测仪接地警报发出，此时监测仪负极对地电阻显示为0，现场无法确定接地支路。这时现场工作人员采用万用表分别测得正极对地电压为234.8V，负极对地电压为0.2V，从而推断本次接地方式为负极直接接地。由于煤矿生产连续性，矿井内始终都有矿工在工作，存在很大风险。若两点同时接地出现在直流系统中，将很可能造成自动装置、继电保护装置等出现错误动作或拒绝动作，也可能产生熔断丝烧断等故障，这将给电路系统带来更大的风险与隐患，甚至可能造成死亡事故。

2）2014年5月23日，某煤矿变电站直流系统绝缘监测仪接地告警，光字牌显示绝缘不良，现场用万用表测量负极对地电压为43.2V，正极对地电压为190.8V，判断本次接地为线路绝缘不良。

分析故障产生的原因，研究人员通过对监测仪所出现的故障进行探讨，总结出故障原因可能有如下几点：

第一，基建施工时埋下的故障隐患。基建进行时，由于现场施工和安装阶段的疏忽，为直流系统留下故障隐患，而且直流系统在运行初期并不容易被控制或检查出所存在的隐患，但随着运行时间的增加，直流系统接地故障发生的概率将逐渐增大。

第二，外力的损伤。现场检查、维护人员在直流回路的运行过程中会不可避免地对工作系统造成移动、挤压及不恰当冲洗等外力损伤。

第三，电缆本身质量问题。由于市场上供应的直流电缆存在质量差异，这就对直流接地将产生极大的影响。

第四，自然环境的原因。直流系统一般情况下连接设备较多，所构成的回路也较复杂，所以在长期的运行过程中，由于温度、环境、气候等自然条件的影响、电缆和接头部分老化以及设备自身的缺陷而导致直流接地故障。

第五，绝缘测试仪未检出支路的原因：直流系统母线段接地；直流系统两段同时接地。

3 常用故障的查找方法

1）采用万用表测量现场正、负极对地电压，根据显示电压值确定是正极接地还是负极接地。

2）通过区分两段母线，进而控制查找的接地范围。

3）把运行中产生误报现象的直流绝缘测试仪撤出。

4）在停止二次回路施工或检修试验的同时，断开工作电源，查看其信号是否消除。

5）采用分段、分部位拉路法来确定直流接地点。采用此方法时，务必保证操作电源由蓄电池供电。停电时，先停不重要的回路，比如信号回路和照明回路等。如果直流接地回路与直流系统脱离，势必造成直流系统母线的正、负极对地电压出现平衡，因此，通常采用直流接地回路瞬间停电的方法来确定直流接地点，这就是所谓的“拉路法”。但由于直流系统为不间断电源，所以人们不能随性、随意对其停电。“拉路法经常造成直流系统控制或保护回路跳闸等事故［2］。

通过以上原因分析并采用上述查找的方法，最终圆满解决了这两次直流接地事故，事故一的原因是因为外力损伤，开关柜门将电缆绝缘皮磨破造成接地；事故二是因为直流蓄电池组在安装时碰裂外壳，造成轻微漏液。

4 防止直流接地发生的措施

1）设备元件绝缘老化尽快更换。直流接地故障较多发生在运行时间长的变电站，如二次电缆接地、二次设备元件老化、电容器爆裂漏液、指示灯座绝缘下降等。绝缘老化的设备隐患只有通过更换的方法处理。

2）拆除一些不必要存在的二次回路及设备。有些二次回路及设备虽已停用，但却没有退出直流电源，日常缺少维护，容易造成绝缘下降。比如已实现无人值班的变电站保留的一些公用信号回路、光子牌、闪光回路、屏顶直流母线、端子排上遗留的接线头，甚至旧的二次电缆也没有拆除，留下接地隐患，也是接地故障产生的主要原因。建议将这些回路全部拆除。

3）做好防潮措施。户外端子箱、户外开关的机构箱、CT与PT上的接线盒、主变的瓦斯继电器、温度表、油位计等户外设备因为在户外长期受阳光照射，以致密封胶老化，容易受潮，造成内部元件接地。建议对这些设备定期进行防水检查，增加防雨罩，使用密封材料封漏。同时做好加热器的管理维护，定期检查温控器以及加热板，特别施工期间，加强对加热器电源停用的户外端子箱巡视管理，做好防潮措施。一些分相开关的机构箱、刀闸机构箱没有安装加热器也应改造。

4）加强工程施工管理，避免遗留隐患。比如电缆头制作时电缆芯受损；电缆芯与柜门的位置过近致使关门时夹伤电缆芯；电缆芯与户外端子箱的外壳太近，暴晒使得端子箱外壳发热，电缆芯受热使得绝缘下降接地；粗暴施工造成电缆绝缘层损伤等。这些隐患不一定立即显现，有可能待天气炎热、下雨、受到震动时才会造成绝缘下降，发生直流系统接地。消除这些隐患，这需要在工程施工时加强验收管理，文明施工，避免留下隐患。

5 结语

随着电力系统的智能化和网络化，直流系统在电力系统中的重要性更为突出，所以相关人员应不断地进行实践和总结，以熟练掌握处理直流接地故障的能力。直流系统接地故障作为紧急缺陷处理往往消耗继电保护工作人员大量的时间和精力，也严重影响电网设备的安全稳定运行。本文介绍的直流接地排查方法为继保工作人员进行直流接地排查提供参考。直流接地查找的方法各有优点，我们应根据情况合理使用。从长远来讲，主要是“预防为主，管理为辅”。时刻加强直流设备的维护与管理，定期安排人员巡检直流系统的对地绝缘性能，并利用高精度查找装置定期对各个直流回路进行巡查，对绝缘较差的直流回路进行标记，在恰当时机对其进行更换，尽可能减少直流接地的发生，提高电网安全运行的可靠性。

［1］ 吴建忠.直流电源系统监控装置的研制［J］.计算机应用，2003，29（10）：10－12.

［2］ 卢文鹏.发电厂变电站电气设备［M］.北京：中国电力出版社，2007.