发电厂直流系统接地故障快速定位与防范措施探索

(同煤大唐塔山第二发电有限责任公司，大同 037000)

0 引 言

发电厂直流系统作为独立存在的非主体系统，主要是用于保护电力传输操作质量及设备安全的系统。一旦直流系统出现问题，将造成发电厂无法正常供给电能。目前直流系统中常选用的安全电压为220 V以及110 V。为了确保发电厂能够保持安全供电状态，应切实做好接地故障处理工作，进而增强发电厂安全性。

1 发电厂直流系统组成结构

发电厂直流系统的组成结构主要包括直流母线、电源、馈线等原件，结构示意图如图1所示。其中直流母线往往发挥着集聚电能，并经由馈线将其输送至直流回路的作用。而直流电源是由充电设施、蓄电池组所组成。蓄电池组中还涉及到多个串联蓄电池。当发电厂直流系统中产生的电压越高时，所需要的蓄电池就越多，进而造成输出电流较大。在发电厂直流系统正常运行过程中，充电设施保持充电状态，蓄电池组则作为备用能源为系统提供备用电服务。一旦直流系统出现故障，充电设施将损坏。所以，应根据发电厂直流系统结构快速检测系统故障。

2 发电厂直流系统接地故障快速定位方法

2.1 拉路法

拉路法是发电厂直流系统接地故障中最为常见的一种快速定位法。它是指在短时间内对直流系统中的直流馈线低压断路器进行拉扯，之后再确定接地故障的具体支路。在采用拉路法检测接地故障时应事先告知电网调度及运维管理部门，以免影响发电厂正常运营进度。另外，在应用拉路法时还应按照“先外后内”的原则进行故障检测，并先行对信号回路进行检测，然后再针对操作回路加以检测，并确保断开时间≤3 s。若在使用拉路法期间仍未发现支路存在接地故障，应根据直流系统结构逐段进行分离检测，最终确保直流系统接地故障得到有效排查，为发电厂的发展提供安全保障。

2.2 自动隔离法

在对发电厂直流系统接地故障进行定位时还可利用自动隔离法，它是在发电厂直流系统具备多个电源结构的基础上对直流馈线支路进行切开式检测，并将直流系统中的直流馈线电压转化为正常电压值，通过观察接地电压转移情况找到故障点。在应用自动隔离法快速定位接地故障时，并不需要断开馈线支路电源，故而值得在发电厂直流系统接地故障检测中进行积极推广。

2.3 动态差值法

动态差值法对于发电厂直流系统接地故障有着较为显著的故障检测效果，以220 V直流系统、100 kΩ电阻为例从相关实验数据中可知，见表1。利用动态差值法进行接地故障快速定位，所得出的母线绝缘电阻检测数值准确性更高。在动态差值法下需对直流母线的绝缘电阻与支路绝缘电阻进行测量，判断支路电流与母线接地电压数值变化情况，并依据电路定律公式：E=U-Ir，最终可获取漏电流检测数据，由此为直流系统接地故障快速定位工作提供重要参考依据。

表1 动态差值法接地故障电阻检测数据

2.4 小波相对熵法

通过建立仿真试验模型能实现接地故障的快速定位，如图2所示。比如在某发电厂中，直流系统的电源为108节2 V蓄电池串联连接，从所设置的仿真模型中可按照下列方法进行接地故障定位：其一，为了确保直流系统仿真模型处于稳定状态，应将接地故障的时间控制在0.4 s，并把过渡电阻数值调整到10 kΩ；其二，在进行数据采样时，应保证采样频率在1 600 Hz，之后再收集支路漏电流变化趋势；其三，依据仿真模型相关数据及检测结果确定支路漏电流特征。当直流系统检测后推断出绝缘性能良好，可利用相对熵最大值找到接地故障点，见表2。若绝缘性能不佳，通过熵值比对可得出具体接地故障信息[1]。

表2 直流系统接地故障相对熵变化情况

3 发电厂直流系统接地故障防范措施

3.1 规范故障检测流程

在防范发电厂直流系统接地故障时还应制定完善的故障检测流程，从而确保直流系统保持良好的运行状态。具体内容如下：

(1)在对接地故障进行检测时应先行排查二次接线或设备绝缘性等方面的影响。由于某些发电厂在以往建设期间未能意识到现场管理的重要性，进而出现肆意丢弃电缆现象。当电缆置于地面上时很容易引发接地故障。此时相关人员应检查电缆是否存在破损等状况，然后再对直流系统中各元件性能加以检测，若发现漏电状况，应立即进行修复，这样可最大化降低接地故障的发生率。

(2)在了解过室内接线情况外，若并未找到接地故障原因，应将重心放于直流系统元件上。比如检查是否受潮或绝缘材料绝缘性能偏低等，这些都可造成接地故障的发生。

(3)重点检测回路，当发电厂绝缘性有所降低时，直流系统未必发生接地故障。此时应从回路上对其进行分析，从而保证接地故障能在规范化的检测流程下快速确定故障原因及位置。

3.2 控制两级接地现象

在发电厂直流系统接地故障中一点接地故障较为常见，但若未能及时进行有效处理很容易发生两级接地现象，进而增加发电厂直流系统的运行风险，甚至造成短路，引起设备损坏等不良后果。通常情况下，发电厂直流系统常采用的线路连接方式为“不接地”模式，当发生一点接地故障时，相关人员应立即针对直流系统相关装置误操作等行为进行深入调查，并在不影响直流系统供电效果的情况下快速检测出接地点，并判断是否存在接地故障，之后再马上根据以下计算公式得出系统接地电流，由此有针对性的制定接地故障处理方案，避免发生两级接地现象致使事态严重危及供电质量[2]。

接地电流公式：I=U(Lah+35Lcab)/350 I

其中I指的是直流中单相接地电流(A) ，U为 额定电压(kV)，Lah 是指直流电压下线路的长度(km) Lcab 代表同一电压下的电缆长度(km)

同时，对于发电厂直流系统各个设备的安装设计图纸应予以妥善保管，并清楚的记录系统原理图，以便检测人员能够以此为依据提高接地故障排查效率。

在处理直流系统接地故障时，还应把控好接地范围，按照发电厂直流系统中电流的走向及接地位置分段检测是否存在接地故障，如图3所示。维修人员可借助故障快速定位仪参照电路图纸对接地区域进行检测，一旦出现电压或电流骤然变化状况，可判断此点位处于接地故障范围内。一般在220 V直流系统中，若正极接地，它的负电源电压值则为-220 V，而在负极接地时，正电源则为220 V，可根据电压检测值快速确定是否属于接地故障。另外，在借助仪表进行检测时还应将其允许最大电阻值保持在2 000 Ω，以此增加结果的精准度。

3.3 知晓故障处理事项

在发电厂直流系统接地故障防范过程中，应明确知晓故障处理时主要事项，进而在最短时间内完成排查与故障解决任务。

首先，相关人员应全面了解直流系统接地故障三种类型的特征，并结合实际检测情况对其展开科学检测。比如发生一点接地故障，电力装置会有误动或制动行为。此时应按照一点接地故障的排查方法加以防控，以免事态严重造成系统崩溃[3]。

其次，在应用快速定位法时具有一定的顺序，故而应对直流系统进行精细化管理，以便在处理接地故障能快速找到故障点。

最后，通过计算直流负荷找到最佳处理方法。一般应参照下列公式设置接地故障处理方案：Cc1=Kk·I，Cc2=Kk·[I1/Kc1+1/Kc2(I2-I1)]，由此得出的直流负荷数值可作为接地故障参考数据。

比如在某起故障事件中，发电厂直流系统的正负电源电压分别为+30 V与-180 V，运用断开3 s空气开关的方式检测接地信号是否有所变化，之后又延长断开时间，后期发现当空气开关断开20 s时，正电源幅值为105 V，并借助500 V万能表进行测量，得出此时电阻值为0，最终得出故障原因是插头钢板处留有积水，导致直流系统无法正常发挥绝缘效用，直到故障排除后具有100 MΩ，这才促使直流系统重新恢复原有运行状态。

3.4 注重检修人员培训

检修人员是有效防范发电厂直流系统接地故障的核心力量。因此，应适当加大维修人员培训力度。一方面，需指导维修人员深度掌握直流系统接地故障类型及直流系统结构特点，并且还应注重市场设备信息的了解效果，从而更加准确快速的对设备运行情况进行细致的分析。同时，在应用拉路法进行接地故障快速定位时还需确保维修人员具有较高的安全意识，在维修前穿戴好防护服，避免故障排查期间突发意外。另一方面，维修人员应对发电厂做好质量验收工作，按照相关行业标准对直流系统中的馈线、电源进行检测，待合格后方可正常应用于发电厂供电作业中，这样可从根源处限制接地故障的发生。

比如安徽某发电厂，专门实行了“全年安全教育”举措，对一整年的安全防护工作进行详细的安排与统筹，尤其在直流系统接地故障诊断上，定期对其进行保养与维护，从而增加了直流系统的稳定性，使其能够为发电厂提供更好的辅助服务。此外，发电厂还应指导维修人员对周边环境进行合理控制，比如在恶劣天气过后需对直流系统运行情况进行检测，包括绝缘性、安全性等，以此达到最佳防范目的。

4 结束语

综上所述，当发电厂直流系统出现接地故障时，轻则造成控制装置发生误操作状况，严重时会导致设备损坏，进而影响发电厂正常运行秩序。因此，相关人员应全面掌握接地故障快速定位法内涵，并从检测流程、控制两级接地现象、故障处理事项、人员培训等方面着手，确保发电厂直流系统发挥出真正作用。