关于一起直流屏绝缘故障的分析

林矗

摘要：本文介绍了一起由于感应电势导致交流分量窜入直流回路中引起的直流屏绝缘故障，并建议在高压柜尤其是动力馈线柜敷设控制电缆时，将直流控制电缆与交流控制电缆分开进行敷设，以防止该故障的发生。

关键词：直流屏；绝缘故障；感应电势

中图分类号：TM571.61文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）13-248-02

前言

直流屏是直流电源操作系统的简称。简单地说，直流屏就是提供稳定直流电源的设备。发电厂和变电站中的电力操作电源现今采用的都是直流电源，它为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电源，是当代电力系统控制、保护的基础。直流屏由交配电单元、充电模块单元、降压硅链单元、直流馈电单元、配电监控单元、监控模块单元及绝缘监测单元组成。主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站，和其他使用直流设备的用户（如石化、矿山、铁路等），适用于开关分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明等场合。城南水厂一泵房属于高压泵房，在高压配电系统中安装有一套直流控制屏作为高压配电系统操作电源，采用了南京空军通讯电气设备总厂设计生产的GZG23系列程控直流电源屏。本文将介绍一起较为少见由于感应电动势引起的直流屏绝缘故障。

1.故障现象

城南水厂一泵房直流屏安装于2007年，经过三年的运行，2010年运行人员发现该套系统时常会报绝缘故障。经水厂技术人员检查发现正负对地绝缘均良好，用数字式万用表测量输出电压值也均正常，且切除直流输出后，故障仍然存在。更换绝缘监察继电器后，故障消除，然而运行一段时间后，故障现象又重新出现。后经过仔细观察，发现绝缘监察继电器壳体发热，且内部有高速抖动的声音，但此时无绝缘故障报警。用示波器在直流屏输出端检测出一个频率为50Hz，幅值约为70V交流分量，当手动切除部分直流负载后，该交流分量消失，继电器高速抖动现象消失。

2.直流屏对地绝缘下降的危害及绝缘监察工作原理

当直流系统的正极或负极与大地之间的绝缘水平下降到某一整定值或低于某一整定值时，统称为直流系统接地。当正极绝缘水平低于某一规定值时称为正接地，当负极绝缘水平低于某一规定值时成为负接地。按照故障类型可以分为

（1）直接接地又叫金属性接地。直接接地是指直流系统电源正极或负极对地的电阻等于零的情况。当直接接地情况在直流系统中如果同时出现两点时，就可能造成断路器误动或拒动。

（2）间接接地又叫非金属接地。间接接地是指直流系统电源正极或负极对地的电阻降低至某一个允许值之下。这时的接地电阻是否会对系统造成危害，要看各个单位的具体情况。

（3）绝缘降低是指直流系统所采用的电缆、设备的绝缘电阻由于某种原因低于出场数值。这些电缆设备构成的直流系统的直流电源的正负极对地绝缘电阻总体上低于允许值。

由于直流系统是不接地系统，因此直流系统中有一点接地是不会对直流系统造成直接危害的，但是必须及时消除故障，否则如果再发生一点接地就可能造成对整个电力系统的严重危害。当直流系统正极接地时，将会造成保护误动的可能：当直流系统负极接地时，将会造成保护拒动的可能。

直流屏绝缘监察主要通过对正负极对地电压来实现。如图1所示，为直流屏绝缘监测示意图。SB2为正对地电压按钮，SB3为负对地电压按钮，PV3为电压表，方框为直流屏内部绝缘监察继电器，其中1号触点接地，2号触点接直流屏正极，6号触点接直流屏负极。当没有操作时，电压表测量值为直流屏正负极间电压值，当按下SB2正对地电压按钮后，SB2常闭触点打开，常开触点闭合，测量的即为负极对地电压值，同理SB3。该型直流屏内部安装有阿继电气有限公司生产的ZJJ-1A型绝缘监察继电器，额定电压为220V，动作电流为2.2mA。其内部接线如图2所示。该型继电器采用电阻平衡电桥原理，用于监视低压直流母线绝缘情况，当母线对地绝缘降到一定水平时，会发出绝缘破坏报警。具体动作步骤如下：见图3，在外部，5脚与7脚相接，R3为正对地绝缘电阻，R4为负对地绝缘电阻，正常情况下，正负对地绝缘电阻相等，因此灵敏元件CJ无电流流过。当直流系统绝缘发生破坏，即正极或负极完全或部分接地时，R3和R4阻值发生变化，不平衡电流即流过CJ，当不平衡电流大于动作电流时，CJ动作，常开触点闭合，引起出口元件ZJ动作，ZJ常开触点闭合，发出绝缘故障报警。

3.故障分析

经过检查，我们发现，城南水厂一泵房高压柜主要用于高压电机启停操作。在该高压柜二次回路中，有一组跳车自动关阀门的引出线，其作用为当高压断路器跳闸时，为防止水流倒灌引起机组倒车，串联在阀门关二次回路中的高压断路器常开辅助触点闭合，阀门接触器吸合，阀门关闭，由此可知，当高压断路器处于分闸状态下，该干接点通有220V交流电。在同一根控制电缆中，还接有从高压柜引至机旁箱分闸和合闸按钮，而该组控制线则接在高压柜直流回路中。经过检测和分析，我们发现，由于该电缆（型号为KVV8*1.5mm2）使用时间较长，各导线之间绝缘程度下降，导致交流分量窜进直流回路。由于直流系统是不接地系统，因此正负极对地电压均保持为110V左右，而交流分量窜进直流系统后，随着正弦波形的变化，会分别导致正负对地电压升高，在R1和R2上产生不平衡电流，引起绝缘监察继电器误动作。且由于交流分量频率为50Hz，因此在每个周期里都会造成不平衡电流反向一次，由此引起继电器高速动作，时间长了以后，ZJ触点发热粘连，无法脱开，直流屏则长期报绝缘故障。

4.解决方法及结论

城南水厂组织施工人员对阀门控制线缆进行重新敷设，采用RVVP2*1.5屏蔽电缆，彻底隔绝直流系统与交流系统，保证直流系统负载干净。该故障现象未再发生。在配电系统中直流系统网络比较复杂，发生接地的机会也较多。直流系统发生一点接地时影响不大，仍可继续进行。但是一点接地长期存在是非常危险的，若发生另一点接地时，就有可能引起信号回路、控制回路、继电保护装置和自动装置的误动作或造成直流电源短路。为防止直流系统出现一点接地的运行，必须装设直流绝缘监察装置。在实际运行中，为了方便起见，高压开关柜至机旁箱控制电缆往往会采用一根多芯（8芯或者12芯）电缆，里面同时有交直流控制电缆。当线缆绝缘下降后，交流电就会在直流系统中产生感应电势，引起直流系统故障。建议今后直流系统与交流系统控制电缆还需分开敷设，最好采用屏蔽电缆，以防止类似情况发生。