二次直流系统一点接地故障分析

张成

摘  要：该文主要从正极一点接地、负极一点接地、电源端一点接地等三方面分析了二次直流系统一点接地故障理论方面的内容，利用多阶动态理论建立直流二次回路接地故障暂态解析方程，以此为基础对于故障暂态特征以及规律进行分析，在充分考量到继电器线圈电感作用的基础上完善一点接地故障理论，最后针对直流系统二次回路故障提出解决处理建议。

关键词：二次直流系统;一点接地故障;理论分析

中图分类号：TM862     文献标志码：A

0 引言

对于二次直流系统来说，一点接地故障是重要故障之一，总的来说主要分为“正极一点接地”、“负极一点接地”、“正电源端一点接地”等类型，虽然已有的研究中对于不同类型一点接地故障进行了分析，就其对继电保护的影响进行了论述，但有关继电器线圈电感作用还缺少必要的分析。该文主要为了完善此方面理论内容，针对上述3种类型的接地故障响应理论进行分析，希望能够对相应专业人士有所帮助。

1 直流系统等值电路

出口继电器线圈不仅具备电阻，同时还存在比较大的电感值。在继电器中，因为磁路系统非线性，再加上其在吸合、释放期间的气隙在发生变化，那么继电器的电感就属于变量。它的浮动情况和漏磁导、激磁安匝大小以及工作气隙大小有密切的联系，通过实测，不同的继电器线圈电感值也具有差异性，部分电感值还达到亨级。

2 二次直流系统一点接地危害

发电厂和变电所为了在交流电源故障停电的情况下仍然能够对有关设备进行监控，通常都设置一套独立的直流蓄电池组和充电设备，这些设备和以直流电源操控的操作控制继电保护装置以及事故应急照明、事故油泵等组成了“直流系统”。直流系统具有正极和负极导线，正常时正极和负极之间绝缘，正极和负极对地也是绝缘的。如果正极和负极相碰就构成“短路”，如果正极或负极与大地导通，就构成“正接地”或“负接地”。单独发生“正接地”或“负接地”对直流系统并没有直接的危害，可以继续运行，但必须尽快消除接地故障[1]。否则，如果已经存在“正接地”，再出现“负接地”就会发生短路，造成直流系统瓦解，后果不堪设想。在目前我国使用的控制、保护、自动装置等直流二次回路结线中，都是只控制正电源，而将继电器线圈、控制电器及开关跳合闸线圈等均接在直流系统负极上。线圈一端来了正电将造成动作，如果直流系统正极接地后，由于某种原因开关跳闸线圈、保护出口跳闸继电器和其他控制继电器线圈偶然再有一端接地，将导致开关误跳而造成严重事故。所以直流系统发生一点接地后是很危险的，应立即设法排除。

3 二次直流系统一点接地故障分析

3.1 正极一点接地分析

对于二次直流系统来说，其正极接地故障可以用图1所示的电路图表示。

圖1中，E为电源电势， R+和R-为正极和负极的具体对地电阻， C-为负极的具体对地电容，R2为绝缘监察装置具体等效电阻， 字母R和L为继电器具体等值电阻以及电感， 字母C为将继电器线圈以及上一级继电器触头相应控制电缆连接起来的对地电容。

通过图1以及基尔霍夫电压定律能够得出电路中的关系，并且也能够得到继电器两侧电压初值。继电器等值电阻会出现以下3种情况。1）继电器两侧的电压可以表示为函数形式，继电器两侧电压可以表示为2个衰减函数的形式，并且前部分函数的系数相对较高，相应的衰减时间也较长，而后部分则与之相反，因此端电压的衰减受到绝缘电阻影响更大，会随着其变化而正向变化[2]。2）继电器两侧电压会呈现出振动衰减的趋势，随着继电器等值电感的增加衰减时间会逐渐放缓，并且振荡频率会不断上升。但是在连接继电器线圈与上一级继电器触头控制电缆对地电容参数增大的情况下，虽然振荡频率会有所增加，但是衰减速度并不会受到严重影响。3）继电器两侧电压会呈现出振动衰减的趋势，并且随着继电器等值电感的增加衰减速度会逐渐放缓，但是在连接继电器线圈与上一级继电器触头控制电缆对地电容参数增大的情况下，衰减速度不会受到严重影响。

3.2 负极一点接地分析

对于二次直流系统来说，通过基尔霍夫电压定律能够得出电路中的关系，并且也能够得到继电器两侧电压初值。对于二次直流系统来说，无论是对于负极接地故障还是对于正极接地故障来说，只是继电器装置两侧电压初值发生了改变，但是具有同样的变化趋势。

3.3 正电源端一点接地分析

对于正电源端一点接地故障来说，无论是正负极对地电阻还是绝缘监测装置电阻，都会对继电器线圈两侧电压初值和终值产生相应的影响，从另一个角度来说，继电器两侧电压主要是由2个衰减函数组成，并且衰减函数系数对于衰减时间的影响较大，而衰减函数系数对于衰减时间的影响较小，所以端电压的衰减受到衰减函数影响更大，会随着其变化而正向变化。其中衰减函数系数的作用在于衰减前期加速或者减缓电压曲线衰减速度，实际的加速或者减缓情况主要是通过具体参数值来决定的。随着继电器等值电感参数产生改变，衰减函数并没有产生明显变化，衰减总体保持稳定状态，但是随着正极对地电容的增加，衰减函数值会下降，但是衰减速度会减少。从另外一个角度来看，在二次直流系统正电源端一点故障情况下，电压值会形成非振荡衰减的过程，实际的衰减速度主要受到这2个衰减函数的影响。

4 二次直流系统一点接地故障仿真验证

4.1 正极一点接地仿真分析

从上述相应理论分析可知，对于继电器电压变化具有较大影响的因素包括继电器的等值电阻、电感和连接继电器线圈和上一级继电器触头的控制电缆的对地电容等。这些参数取值的差异也会造成电压曲线有所差异，该文主要针对继电器等效电感变化情况继电器两侧电压进行仿真分析。

主要是通过PSCAD建立起二次直流系统一点接地故障仿真电路图，在仿真时确保其他参数不变的情况下，主要控制继电器等效电感逐渐转变。通过PSCAD仿真以及Matalb能够得到相应的曲线[3]。

从相应的理论分析和仿真能够得知，在继电器等效电感小于3.125H（“H”代表电感单位亨利）的情况下继电器两侧电压曲线并不会产生振荡，同时随着等效电感的增加继电器两侧电压衰减速度变慢。在继电器等效电感大于3.125H的情况下，继电器两侧电压曲线出现振荡，同时随着等效电感的增加继电器两侧电压曲线振荡会逐渐缓慢，也更加容易造成继电器发生舞动，因此继电器误动情况要按照具体参数来确定。

4.2 负极一点接地仿真分析

在对负极一点接地进行仿真时，在确保其他参数不变的情况下控制电缆对地电容逐渐产生变化。通过PSCAD仿真以及MATALB能够得到相应的曲线。

从相应理论分析和仿真能够得知，随着控制电缆对地电容的增加，继电器两侧的电压衰减会逐渐缓慢，这就更容易造成继电器发生误动。

4.3 继电器正电源端一点接地仿真分析

在确保其他参数不变的情况下，在仿真过程中确保继电器等效电感逐渐变化。通过PSCAD仿真以及Matalb能够得到相应的曲线结果。从仿真结果能够得知，仿真结果和理论分析基本一致。因为对连接继电器线圈和上一级继电器触头控制电缆的对地电容值来说电感值相对较小，因此电感对于充放电电流所具有的限制作用大体上很难有所反应，继电器两侧电压差异相对较小，因此电感的影响大体上可以忽略。

5 电厂直流系统二次回路故障的处理措施

针对直流系统二次回路故障的理论分析，该文将提出几点初步的处理措施建议，優化我国电厂直流系统二次回路的运作性能。具体内容包括3点。1）相关的工作人员需要进一步提升直流系统二次回路的抗外部干扰的整体水平，根据实际情况，相应地提高继电器反应电压以及反应功率，同时还要相应地减小工作继电器反应动作的灵敏程度。2）在直流系统二次回路中，相关的工作人员要尽可能防止接入一些长电缆，这样能够有效地防止产生继电器误动的问题，保证直流系统二次回路地顺利运作。3）针对蓄电续航周期较短、监测体系不完善，此时，电厂不仅需要尽快地提高蓄电池应用的合理性，同时还应该不断地改善蓄电池的维护监测机制。在对蓄电池组提供充放电处理的时候，也需要预先充分地考量各个蓄电池的运作状况，有目的性地对单个蓄电池提供充放电处理，从而有效地提高蓄电池组的各个蓄电池寿命，从而提升蓄电池组的总体使用周期。

6 结语

综上所述，该文详细地阐述了二次直流系统一点接地故障的具体情况，分别针对“正极一点接地”、“负极一点接地”、“正电源端一点接地”等不同情况进行了分析，在其中充分考量了继电器线圈电感对于故障的作用。在此基础上，对于不同类型接地故障进行了仿真分析，从仿真结果能够得知，仿真结果和理论分析基本一致。通过该文的介绍，能够对二次直流系统一点接地故障提供参考和帮助。

参考文献

[1]肖斌. 直流系统接地分析与查找方法[J]. 大众用电，2017（7）：47-48.

[2]邓烨. 二次直流系统一点接地故障理论探讨[J]. 机电信息，2017（12）：85-87.

[3]鲍英飞. 二次直流系统一点接地故障理论探讨[J]. 通讯世界，2015（10）：23-25.