直流接地故障分析及查找

摘 要：直流系统在电力系统、工矿企业中承担着较为重要的作用，在交流电源停电后，能继续为重要负荷供电，当发生接地故障后，应迅速分析、判断，并作出正确处理。本文对某一直流电源电路进行了三个接地点的接地故障分析，重点对发生各种故障情况下电路运行进行了详细分析。根据分析，找出了查找接地故障点的几种方法，首先利用测量正负极对地电压判别接地故障的极性，再用拉合回路法或注入低频交流法，查找具体的故障支路，并须在较短时间内处理完成，以确保直流系统的继续安全、稳定运行。

关键词：直流系统；接地；分析；查找；低频交流信号

直流电源作为辅助工作电源和稳定电压电源，在交流电源停电后，能继续为重要负荷供电，如医院、铁路、电厂等重要场所。直流系统的可靠、安全运行，直接影响重要场所的正常生产。本文将对实际应用较多电压等级的220V直流电源接地回来进行分析，并对接地后的处理进行叙述。

1 电路基本情况

如图1，是220V直流系统及其负荷图。图中所示d1、d2、d3为三个不同的接地故障点（本文分析金属性接地）。该电路图，电源为直流电源220V，有四路负荷，分别是负荷1、负荷2、负荷3、负荷4，每路负荷带一组开关，负荷1至负荷4分别由开关K1K1′、K2K2′、K3K3′、K4K4′控制。

2 各接地故障点分析

（1）当直流系统发生d1点故障短路时，电源正极接地故障。按照电路基础知识，我们知道：正极接地，则该电路正极电压U+=0V，由于负极未接地，U-=0-220=-220V。根据直流电路分析，在负荷1至负荷4的两端，仍然为220V电压，各负荷供电电压正常，由于电路接通，所以，电路不受影响。

（2）当电路发生d2点故障短路时，电源负极接地故障。按照电路基础知识，我们知道：负极接地，则该电路负极电压U- =0V，由于正极未接地，U+=220-0=220V。根据电路基础知识，在负荷1至负荷4的两端，仍然为220V电压，各负荷供电电压正常，由于电路接通，所以，電路不受影响。

（3）同理，当电路发生d3点故障短路时，与d1点一致，电路运行不受影响。

（4）当电路同时发生d1点、d2点短路故障时，如图2所示。

此时，由于d1点、d2点均接地，相当于在两个接地点间短接。根据欧姆定理，电压220V、电阻为零，电流无穷大，电源开关跳闸、熔断器熔断，如开关跳闸及熔断器熔断失败，还可能烧损电源及电缆绝缘等，非常危险。而该回路中的负荷1至负荷4，由于两侧电压均为零，没有电流流过。

（5）当电路同时发生d2点、d3点短路故障时，与同时发生d1点、d2点短路故障一致。将使开关跳闸、熔断器熔断，危及电源及电路绝缘等，非常危险，而该回路中的负荷1至负荷4，由于两侧电压均为零，没有电流流过。

（6）当电路同时发生d1点、d3点故障短路时，由于两故障点均在正极，与d1点或d3点发生单点故障一致，在负荷1至负荷4的两端，仍然为220V电压，各负荷供电电压正常，由于电路接通，所以，电路不受影响。

3 接地危害

经过以上对各接地点分析，当直流电源发生一点接地故障时，电路供电不受影响，但由于发生正负极两点短路，可能导致烧损电源及其电路绝缘，为避免发生事故风险，应立即断开故障负荷。如本电源回路中，当发生d1点或d2点或d3点单点接地故障时，应尽快地想办法对应断开K1K1′、K2K2′和K4K4′，避免发生d1点、d2点同时接地短路或d2点、d3点同时接地短路故障。

由此，当发生同极性的两点短路，可能短路的两点直接短接了该回路的继电器节点，导致保护误动。当发生正负极两点短路，除可能导致电源熔断器熔断外，还会导致保护拒动。所以，直流系统运行种，必须避免发生两点接地故障。

4 接地点查找

（1）根据直流系统接地报警，关键是尽快查出接地性质与接地支路。正常运行时，正极对地电压为110V，负极对地电压为-110V。当发生单点非金属性接地时，相应正极或负极对地电压降减少，另一负极或正极对地电压升高，例如：当正极对地发生单点非金属性接地时，则U+﹤110V、U-﹥110V，据此，判断故障性质为正极单点接地。当发生单点金属性接地时，相应正极或负极对地电压为零，另一负极或正极对地电压为220V，例如：当正极对地发生单点金属性接地时，则U+=0V、U-=-220V，据此，判断故障性质为正极单点接地。

（2）通过拉合开关，判断接地支路，也称“拉路法”。就是停掉该回路的直流电源，停电时间应小于3秒，一般先从信号回路、照明回路，再操作回路、保护回路等。逐项拉合支路开关，每次观察直流屏的监控单元情况，如果当拉开某路后告警信号消失，再次合上该路开关，告警信号再次出现，则断定此支路接地。当确定了接地点的回路范围后，再根据回路中可能接地的线路和设备，逐步缩小查找范围，直至找出接地点。一般情况下，潮湿污秽地方的电气设备元件容易发生非金属性接地。

（3）低频交流信号注入法查找。该方法是将低频低电压的交流信号注入直流系统，当直流系统运行正常时，正负极的电流方向相反、大小相等，所以任一支路测得的电流和为零；当直流系统支路有接地故障时，在该故障支路能测出低频接地电流，由此，计算出接地电阻，从而判断接地支路。该方法查找主要使用便携式直流接地定位装置、绝缘监测装置等仪器。

5 结论

由于直流系统接地对电力系统的危险性大，国家、电力行业及企业在安全生产、经济效益等方面要求越来越高，当发生接地后，利用本文提到的分析及查找方法，符合现场实际，能快速查找故障点，以避免故障扩大。

参考文献：

[1]刘维，王立君.浅谈电力系统直流系统接地分析及处理.内蒙古石油化工，2013-11-30.

作者简介：杨泞锴（2000-），男，就读华西中学。