直流系统环网故障分析及查找方法讨论

王中杰，苏 龙

（国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

直流系统环网故障分析及查找方法讨论

王中杰，苏 龙

（国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

直流系统在电厂与变电站中主要供给保护回路、控制回路、事故照明回路和通信设备等重要负载；在重要的变电站和电厂均采用2套独立的直流系统对全站（厂）直流系统设备进行供电。2套独立的直流系统在工作失误或者绝缘故障时发生电气连接导致环网，环网对独立运行的直流系统内设备存在危害性，当发生直流系统环网故障时需及时进行排查。排查环网故障需要一种安全有效的方法，通过分析环网故障，提出合理的查找环网故障方法。

直流系统环网；不平衡电流；环流；环网电路分析

0 引言

为了保证变电站（电厂）保护回路、控制回路、事故照明回路和通信设备等更为安全可靠地运行，在电厂厂房控制段和大多数110 kV站及以上电压等级变电站大多采用2组充电机2组蓄电池，直流系统设备均衡分配到2段独立的直流系统。重要回路设备，分别从2段去电源，互为备用，正常情况下只投运1段电源。2段独立直流系统经母线联络开关还可互为备用。“5.5.6.1当直流系统发生直流互窜故障时，产品应能发出直流互窜故障告警信息；5.5.6.2产品应能选出直流互窜的故障支路。”[1]电力行业标准明确要求在线设备具备环网故障告警选线功能，即禁止2套独立的直流系统长期环网运行。但实际运行时，在技改工程中错误接线或者系统线路绝缘故障等会导致环网，2套独立直流系统环网故障运行给电力系统的安全稳定带来严重危害[2]。

1 直流系统环网故障危害分析

直流系统环网故障的危害主要有：引发直流系统火灾、降低接地故障监测灵敏度、缩短蓄电池寿命、一点接地引起接地保护误动、导致设备拒动、影响空开级差配合、增加接地故障查找难度和易发生接地故障等[2]。

a）引起直流系统火灾。环网故障点在直流系统回路末端，当2套直流系统压差过大时，环网支路环流电流大，易引发火灾。

b）降低接地故障监测灵敏度。独立直流系统均配置1个独立的人工接地回路即平衡桥回路，当环网故障时2套独立系统有电气连接，造成直流系统有2个人工接地回路，平衡桥原理监测绝缘电阻的设备灵敏度受直接影响。

c）缩短蓄电池寿命。环网故障可能使2套独立的蓄电池组并联运行，由于蓄电池组单体电池差异性，总有部分电池处于欠充而部分电池处于过充，蓄电池长期欠充或过充状态进行浮充运行，缩短蓄电池寿命。

d）一点接地引起接地保护误动。环网故障发生时，多了人工接地回路，降低直流系统对地绝缘，保护回路接地时易引起保护误动。

e）导致设备拒动。拒动设备跨接在2段母线的正和负之间，控制回路发出动作信号时拒动设备没能量不能动作。

f）影响空开级差配合。当2套直流系统正负极同时环网时，如果发生直流系统短路故障，将由2套直流电源提供短路电流。而直流空开级差配合是单套直流电源提供短路电流为条件设计的，因此，2套直流系统正负极同时环网，将影响空开的级差配合，导致越级跳闸，扩大了直流系统停电范围。

g）增加接地故障查找难度。环网故障产生环流，环流与接地特征信号电流相互干扰，查接地设备互感器难以分辨。

h）易发生接地故障。发生环网故障直流系统有效覆盖面积比环网故障前扩大一倍，导致发生环网故障的概率增加一倍。

2 直流系统环网故障电路模型分析

直流系统环网故障是2段独立直流系统存在有效的电气回路。直流系统环网故障分为：正极—正极环网、负极—负极环网、正极—正极和负极—负极环网、正极—负极环网（见图1—图5）。2.1 正极环网

如图1所示，2套独立的直流电源正极产生电气连接，通过两段对地平衡桥形成有效电气回路。图1有以下关系式成立。

图1 正极环网图示

正极环网特点：2段直流系统正极对地电压相等，负极对地电压可能不等。

导致正极环网原因：技改时并接电压错接线、母联转换开关单极故障等。

正极环网危害：影响蓄电池寿命、降低接地故障监测灵敏度、增加接地故障查找难度和易发生接地故障。

2.2负极环网

如图2所示，2套独立的直流电源负极产生电气连接，通过两段对地平衡桥形成有效电气回路。图2有以下关系式成立。

图2 倾斜方阵面上的太阳总辐射量，负极环网图示

负极环网特点：2段直流系统负极对地电压相等，正极对地电压可能不等。

导致负极环网原因：技改时并接电压错接线、母联转换开关单极故障等。

负极环网危害：影响蓄电池寿命、降低接地故障监测灵敏度、增加接地故障查找难度和易发生接地故障。

2.3 两极环网

如图3所示，2套独立的直流电源正极、负极产生电气连接，2套并联运行。图3有以下关系式成立。

图3 两极环网图示

两极环网特点：两段直流系统母线电压、正极对地电压、负极对地电压均相等。

导致负极环网原因：技改时并接电压错接线、母联转换空开长期投运、重要负载备用电源投入运行等。

两极环网危害：引发直流系统火灾、影响蓄电池寿命、降低接地故障监测灵敏度、一点接地引起接地保护误动、影响空开级差配合、增加接地故障查找难度和易发生接地故障。

2.4 异极环网

如图4所示，异极环网是有设备跨接在两段独立电源正、负之间，故障回路通过负载、平衡桥、大地构成有效电气回路；电路分解如图5所示，可分解为①和②2个独立电路叠加。

图4 异极环网图示

图5 异极环网电路分解图

异极环网特点：2段直流系统母线电压、正极对地电压、负极对地电压均不相等；一段的正对地电压约等于另一段的负对地电压；平衡桥电阻差距大的时候会出现对地一极电压大于母线电压的现象，另外一极对地电压反向。

导致负极环网原因：技改时并接电压错接线。两极环网危害：导致设备拒动、一点接地引起接地保护误动。

3 直流系统环网故障查找办法

3.1 判断环网方法

判断环网故障的方法有：直流接地法、负荷电流法和调节电压法[3]。

通过上述分析，环网故障的2套直流系统在电压上存在关联，当直流系统接地时对地电压发生改变；所以在直流系统模拟接地时若两段系统同时接地即可证明直流系统存在环网。直流接地法使用于原系统存在环网故障运行，直流系统发生接地故障时进行判断。日常维护不建议使用直流接地法判断，因为在故障系统模拟接地故障增加运行风险。

负荷电流法是通过观察直流系统表计电流，在直流系统设计时直流负荷均匀分配在两段母线上，当两段负荷电流差距太大时可判断为存在环网故障。该方法多用于判断两极环网。

通过上述分析，环网故障的2套直流系统在电压上存在关联，日常维护时我们人为提高一段充电机电压，同时监测另外一对正对地电压和负对地电压，当一段母线电压发生变化时另外一段母线对地电压随之变化，说明两段直流母线存在环网故障。

3.2 环网查找方法分析

环网故障多为接线错误，存在环网故障的直流系统多数是运行年限久远，存在环网、寄生回路等问题，环网的环流和寄生回路的不平衡电流无法区分；两极环网的环流在同一支路，正负极电流差为零，霍尔互感器监测不到；诸多限制决定了环网查找不能使用直流漏电流法进行定位。查找环网故障需要特征信号方可进行有效追踪定位查找。

3.3 对地特征信号法

如图6所示，在环网故障的一段直流系统对地加一个特征信号源，信号源通过环网点，再通过二段的对地电阻形成回路；干扰回路有一段对地故障或者人工接地回路。使用对地特征信号法原理的设备，在查找环网故障时需退一段人工接地桥电阻，减少干扰。

图6 对地特征信号法原理图

3.4 母线对母线特征信号法

如图7所示，在两环网故障直流系统负极间加一个特征信号源，信号通过环网回路形成有效电气回路，接地回路电阻过大，特征信号分流作用小，干扰小。母线对母线加特征信号法是较为理想的查找原理方法，对系统运行影响小、其他干扰信号小。该方法使用有一定的局限性，要求两段直流系统母线距离近，距离过远不方便接线。

图7 母线对母线特征信号法

4 结论

上述分析，总结了环网故障的危害，分析环网故障现象与特征，设计2种查找环网故障的原理电气回路。其中对地加信号查找环网故障的方法是现有环网查找仪常用的方法，设备实现比较容易，使用快捷、方便；而母线对母线加特征信号法主要使用于干扰大的系统存在环网故障，由于操作没有对地加信号查找环网故障的方法的仪器方便，较少设备使用。使用特制的母线对母线加特征信号法仪器解决过不少的复杂系统环网，充分体现其优越的抗干扰力。综上分析，在选择仪器时可结合实际运行系统需求，选择一种实用的、更有价值的设备。

[1]中国电力企业联合会标准化中心.DL/T 1392—2014直流电源系统绝缘监测装置技术条件 [S].北京：中国电力出版社，2015.

[2]徐玉凤，云昌安，尹星光.直流系统环网故障的危害与处理[J].广东电力，2010，23（9）：83-85.

[3]马海霞，李传文.直流系统环网故障的判断及查找案例分析[J].电子制作，2014（9）：172-173.

Fault Analysis and Troubleshooting Method of DC System Ring Network

WANG Zhongjie,SU Long
（State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi030001,China）

DC system in power plants and substations mainly provides important load for protection circuits,control loops,emergency lighting and communication equipment etc.Important substations and power plants commonly adopt two independent DC systems for DC power supply.When insulation faults occur,the two sets of independent DC system will cause electric connection,then leading to ring network.Ringnetwork on the independent operation ofDCsystemequipment is harmful sothat when the fault ofringnetwork occurs in DC system,troubleshootinghas tobe done promptly.Troubleshootingringnetwork failure requires a safe and effective way.Areasonable wayto find the ringnetwork failure is put forward in this paper.

DCsystemringnetwork;unbalanced current;circulatingcurrent;circuit analysis ofringnetwork

TM732

A

1671-0320（2017）02-0027-04

2017-01-03，

2017-03-07

王中杰（1983），男，河北邢台人，2013年毕业于华北电力大学电气工程专业，硕士，高级工程师，从事变电运维管理工作；

苏 龙（1976），男，山西清徐人，2001年毕业于华北电力大学智能电网研究专业，硕士，高级工程师，从事配电网建设工作。