浅谈直流系统常见故障及处理方法

宋立国

（云南能投红河发电有限公司，云南开远661600）

1 直流系统概述

由交流配电单元、充电模块、直流馈线柜、监控模块、蓄电池组成的直流电源系统称为直流系统，为信号设备、保护装置、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分/合闸操作提供直流电源。直流系统在发电厂是一个独立的电源，不受交流电源的影响，在全厂失电的情况下仍能保证控制信号、保护/自动装置、开关、设备及各种重要电机的正常运行，确保设备运行安全、可靠。

我公司的直流系统已经运行十多年，整体来说，此套直流系统运行稳定、可靠，但其间还是或多或少出现过一些问题。本文主要总结了该直流系统出现过的问题，为同行维护好直流系统提供一些思路和方法。

2 直流系统常见故障及处理方法

2.1 直流系统异常报警

直流系统投产初期，一次直流系统报接地告警。专业人员就地查看后发现，6组直流系统（1/2号机动力直流、1/2号机控制I、II组直流）同时接地报警。

检修人员认为信号为误报。通过查找资料（图1、图2）可知，无论采用哪种接地检测原理，直流系统必须有接地点，如果接地不良，有可能导致直流系统无法检测出接地故障点或报警异常。因此，检修人员认为可能是直流系统接地点存在问题。通过实地查证，发现直流室地网与主地网并未连接，从而导致直流系统发生接地故障时异常报警。检修人员将直流室地网与主地网连接后，试验验证接地报警正常。

图1 平衡电桥法

2.2 设备卫生

影响电子设备寿命的一个重要环境因素就是灰尘，因此工作人员每年分两次对直流系统进行吹灰。我公司直流系统在运行到第三、第四年，充电机故障率突升，降低了直流系统的可靠性。

图2 不平衡电桥法

工作人员打开了其中一个充电模块，发现有大量灰尘，可事实上半个月前才对直流系统进行吹灰、清扫。检修人员着重从减少灰尘角度分析：直流母线室位于两座锅炉中间，属于重灰尘区，而且直流母线室装有两道门，由于空气对流导致灰尘变多；对充电机只进行设备表面吹灰，内部有些死角的灰不能有效清除，导致吹灰效果不佳。针对以上两点，采取了以下措施：（1）封闭靠近过道外侧的一道门；（2）进行吹灰工作时，将充电模块拆开吹灰，防止有死角。

采取上述措施后，工作人员在后期吹灰时，设备灰尘量明显减少，充电模块的故障率也降低很多，其中一组充电模块运行了13年还可以正常工作。

2.3 接地故障

直流系统最常见的故障就是接地故障。直流系统接地可能导致保护装置拒动或误动，因此发生直流接地时一定要及时处理，避免发生多点接地后导致接地点难以查找。很多接地故障是室外设备的事故按钮接线盒受潮导致，经过重新对事故按钮盒进行封堵，已经大大减少了直流接地的发生次数。

查找直流接地最常用的方法是拉路法。检修人员没有像往常一样采用直流小母线供电方式，而是在重要的配电室设置了直流分屏，分屏为每个负荷支路配置了接地检测CT，利用检测设备直接找到故障点，提高了工作效率。值得注意的是，如果采用环路供电时，必须断开环路的合环开关，否则将严重影响接地支路的查找。

变压器温度计的干接点接的也是直流电源，因此在校验变压器的温度计时，拆下的线一定要单独包扎好，否则可能导致直流接地或非电量保护（温度）报警。

正常运行时直流系统接地报警定值为25 kΩ，有时整个直流系统绝缘值比较低而又没有达到报警值，这时候一般通过调整报警定值（正常运行时绝缘电阻值为999.99 kΩ，当系统绝缘值在100 kΩ以内，通过调整接地报警值找到绝缘不好的支路，如果系统绝缘值大于100 kΩ，则不能通过调整接地报警值找到绝缘不好的支路）找到故障支路，提前消除隐患。

2.4 倒换母线电源过程中倒换开关合不到位

核定蓄电池容量的充、放电过程中，需要对直流母线进行倒换操作。正常操作：通过查看位置指示是否到位、是否听到“啪嗒”的声音来确认开关是否分合到位。此方法不够直观，对操作人员技能要求较高。某电厂就曾发生一起由于直流电源开关合不到位导致的直流母线失电事故。工作人员吸取教训，利用开关的辅助接点，加装位置指示灯，降低了操作难度，提高了操作可靠性。

2.5 充电模块的输入、输出端隔离

有些直流系统在设计时，所有充电模块的交流电源回路并接在一起、所有输出直流回路并接在一起。在这种情况下，如果其中一个模块内部发生短路故障就有可能导致交流电源总开关跳开，致使直流系统失去交流工作电源，导致整个直流系统出现故障，扩大了事故范围。

针对这个情况，工作人员对直流系统进行了改造，在直流模块输入、输出端分别加装了隔离空开，有效防止了因模块短路故障引起的交流工作电源误跳，导致事故的扩大；同时可以简单、有效地隔离单个故障模块，降低了更换充电模块过程中工作人员的安全风险，同时也减少了采取安全措施的时间，提高了更换故障充电模块工作的效率。

2.6 交流窜直流

二次系统由直流系统和交流系统组成，正常运行时两个系统互相独立，互不影响。但由于某些原因造成交流窜入直流系统，就有可能危及整个直流系统及直流用电设备安全稳定性，造成保护装置不能正常工作，导致保护装置误动跳闸或拒绝动作，发生事故。

常见的交流窜直流的原因：交直流回路共用电缆；端子排潮湿凝露或雨水入侵；交直流电缆破损、误碰、误接线等。

正常情况下，直流系统的交流含量小于10 V。2019年4月某天，直流系统报警，发现有一组控制直流系统的绝缘监测仪报交流窜直流警告。由于窜入的交流电电压不稳定（有时为0 V，有时大于200 V），绝缘监测装置无法选出故障支路，在确认直流系统合环点打开的情况下进行拉路寻找，最终确认故障原因是变频器控制直流电源支路。图3为变频器控制电源系统图。

通过变频器控制电源图可知，正常情况下，可以通过外部直流电源、外部交流电源整流、内部交流电源整流为变频器控制系统提供工作电源，不存在交流窜直流问题。通过拉路法确认，故障原因是变频器内部交流电源引起，通过故障录波装置录波发现，内部交流电源电压为正常工作电压（AC220 V）且稳定，但相对地或N对地电压有时出现较大突变。图4为变频器内部交流电源相对地、N对地电压波形，图5为变频器内部交流电源N对地电压突变，导致通过内部交流电源整流的直流回路存在较大的交流电压成分，并通过直流电源回路窜入直流系统，导致直流系统交流电压过高报警。处理方法如下：

图3 变频器控制电源系统图

图4 变频器内部交流电源相对地、N对地电压波形

图5 变频器内部交流电源N对地电压突变

（1）找到内部交流电源对地电压突变的原因并消除（对比其他变频器的内部交流电源，并不存在相对地或N对地的电压突变现象）。

（2）在内部交流电源下口加装隔离变，对内部交流工作电源进行隔离，防止内部交流电源对地电压波动影响整流回路，进而导致交流窜直流故障的发生。

3 结语

本文通过以上案例分享，希望可以为同行消除直流系统故障提供一些思路。针对不同厂家的直流系统，检修人员要加强对直流系统故障的统计、分析，发现共性问题并有针对地予以解决，减少直流系统故障的发生率，不断提高直流系统的稳定性和可靠性。