浅谈直流接地对电力系统安全运行的影响及处理方案

　　[摘要]本文通过对直流各种接地现象的介绍，分析直流系统产生接地故障的原因和对电力系统安全运行的危害，以便在直流接地时采取有效的处理方案，维护电力系统安全。
　　[关键词]直流接地；一点接地；两点接地；环流；直流串电；误动；拒动
　　[引言]
　　直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多且长，易受尘土、潮气的腐蚀，使某些绝缘薄弱元件绝缘降低，甚至出现直流接地。特别在发电厂、变电站建设施工中，由于施工及安装的种种问题常常遗留故障隐患。直流系统更是一个薄弱环节，投运时间越长，接地故障的发生概率越大。
　　直流系统在电力系统运行中十分重要。发电厂、变电站中的直流系统主要为电力系统的控制回路、信号回路、继电保护、自动装置及事照明等提供可靠稳定的不间断电源，同时也为断路器的分、合闸提供操作电源。直流接地，不但影响直流系统本身电能质量，还影响发电厂、变电站等电力系统的安全运行，应全力克服。
　　1、直流系统的绝缘监测
　　1.1、直流支路绝缘监测
　　图1中，各支路正负极都装有绝缘监测CT，当监测绝缘值小于整定值Rd（通常110V系统为7kΩ，220V为25kΩ）时报该回路接地故障。理想无接地时：I0=I1+I2=0A；有接地点时：I0=I1+I2，接地测量电阻R0=Ue/I0[1]

直流系统简图直流系统简图二
　　1.2、母线绝缘监测
　　母线绝缘监测常采用平衡电桥方式来判定，即在母线装设绝缘检测继电器监测正负母线的对地绝缘。
　　如图2，R1、R2为等值电阻，RJ1、RJ2为正负母线的对地绝缘电阻，J是一个包含放大器和其它信号处理的小电流灵敏继电器。理想无接地时，R1=R2，RJ1=RJ2，电桥平衡，J中无电流流过；当母线一端绝缘电阻下降后，电桥平衡被破坏，J吸合，发出告警。[2]

绝缘检测平衡电桥
　　2、二次回路中的的直流接地原理及对电力系统运行的影响
　　2.1、常见直流金属性接地故障
　　直流金属性接地故障，是电力系统运行中的常见故障。通常，直流一点接地时，仍可继续运行，但若不及时消除，可能发生两点接地，使断路器误动或拒动。
　　图3为DC110V供电回路，A、B、C为拟定接地点。当A点接地时，正母对地绝缘值为0，电压为0，而负极电压升为-110V；相反，C点接地，负极对地绝缘为0，电压为0，而正极电压为+110V；B接地，电压偏移由AB和BC的阻抗决定。一点接地时，母线极间电压不变，对地电压随接地点而偏移。两点接地，情况就相对复杂。如A、C同时接地，+KM和-KM被短路，该支路直流空开过流跳闸断开直流电，同时KL被短接接地，而KA等同闭合接地。若A点接地后发生B点接地，则-KM对地-110V，KL动作，同时KA被短接等于闭合接地；若C点接地后又发生B点接地，则+KM为+110V，且KL被B、C点短接接地，当KA闭合后，KL拒动，且正负极接地断开回路直流电源。
　　上面分析了直流供电回路常见接地故障对电力系统安全运行的影响，我们可根据直流微机保护装置的绝缘显示对直流各分支路进行拉闸寻找接地支路，及时消除故障。

DC110v供电回路图
　　2.2、直流环路接地故障
　　现场中直流接地查找有时并非易事。如重要的系统常采用直流双母线供电，即从直流Ⅰ母和Ⅱ母引两路电源，一主用一路备用，此时，若操作人员不小心将两路电源同时给上，而用电系统对两路电源也无互锁保护，则直流Ⅰ母和Ⅱ母将通过此点串接在一起，形成直流环路现象。
　　直流环路，改变了原有直流系统的阻容特性，使原设定参数不再适应环流系统，从而当再发生直流接地故障时，报警装置产生错报和误报支路直流接地的想象，给直流接地查找和消除故障带来极大的障碍。2007年5月份，湖南郴州鲤鱼江电厂#2机（600MW）在进入并网168试运的前一天，直流监测装置报正母接地且多支路绝缘低，经过观察，绝缘降低点在不同支路间变化（如从支路1突然又变成支路3绝缘低告警）。经检查发现，FECS（发电厂分布式电气控制系统）的两路直流电源均已送上，直流Ⅰ母和Ⅱ母已串接环流，此时正好小机交流油泵就地控制柜内的直流正极与外壳接触。解开该接地点后，全厂直流系统绝缘恢复正常。经多次召开技术讨论会，由于担心会影响FECS数据传输而未断开环点直流空开。第二天机组进入168试运，早上进行各种电气测量数据均合格，下午13点20分，又出现母线正接地故障，14点05分主变重瓦斯继电器动作跳主变停机。机组电气调试人员和电厂所有电气专工到场查找事故原因。检测发现：6KV循环水泵控制回路先出现直流正接地，随后，在主变就地控制柜出现重瓦斯启动节点（如图3的B）处外部联接线因压伤而绝缘低（1000V摇表测得6.3kΩ，即经电阻接地）而误动。在出现正接地（如图3的A点接地），-KM对地-110V；随后B处又经电阻接地（试验测得KL重瓦斯跳闸继电器两端电压89V，而继电器动作电压65V），因此重瓦斯误跳主变而停机。
　　环路后直流接地，由于故障点难以准确被监测装置测得而使故障查找显得特别困难。
　　2.3、直流多点接地故障
　　二次回路直流多点经高阻接地也是直流接地故障处理中的难点。直流系统多点经高阻接，直流系统的总接地电阻逐步下降，当低于整定值时发接地告警，从而出现多点接地现象。如第一点30kΩ接地，电压偏移不大，不告警；第二点接地30kΩ，并联后为15kΩ，高于整定报警值7kΩ，电压偏移较大但也不报警；当第三点接地，电阻10kΩ，并联后接地总电阻为1/(1/15+1/10)=6kΩ，这时才引起接地告警。
　　2.4、直流串电引起的接地故障?
　　直流串电也是引起直流接地报警的重要原因。2010年5月23日，云浮电厂C厂#5机试启动时，发变组非电量保护屏因直流电源串电而报直流接地故障。如图4信号开出节点回路：故障录波与DCS为两个相对独立的直流电源，因油温高跳闸和非电量延时跳闸动作[3]，KA1和KA2闭合，从而使故障录波与DCS直流串接，直流接地报警。
　　KA1和KA2闭合后，其串电原理可用图5表示。图5中，R1、R11、R2、R22为原回路1和回路2等效电阻，A、B为串电联接点。无串电时，回路1电流Ia从+1KM流到-1KM；回路2的Ib从+2KM流到-2KM。串电后，回路1从Ia分出流向B的Ia1；回路2从Ib分出流向A的Ib1。当Ia1-Ib1=0时，R1/R11=R2/R22，A、B等电位，串电电路依然平衡不告警；当Ia1-Ib1=I0不为零，且差流I0大于整定计算差流值时，引起直流接地报警。直流串电接地，由于并无实际接地点，当回路1和回路2断电后，进行对地绝缘检测难以诊断故障所在，只能带电测量，由回路各点测量电压来判断。

信号开出节点回路
　　可见，直流系统接地（金属性接地、经电阻接地、交直流串电、两个直流串电、寄生衍生回路）改变了直流极间阻容特性，使回路原有测点电压偏移，支路或母线从电池组正极流出电流与从电池组负极流入电流不相等，当差流大于报警整定电阻的电流计算值时出现直流接地报警。了解故障根源，是我们处理和防止电力系统直流接地故障的前提。
　　3、直流接地的处理及预防措施
　　消除直流接地故障是确保电力主回路安全运行的关键，可采用的做法有：
　　1）拉闸查找。一般情况下，短时间断开二次回路直流电源并不一定会影响主回路运行，所以根据监测数据拉闸是查找直流接地的常用方法。对于环流，首先应找出环点，若环点不可断开，逐路拉电寻找（拉开的必须是该支路断电后不会出现重大异常的系统）；对于多点绝缘低引起的直流接地报警，由于每条接地支路电阻均较高，直流拉路选择变化不明显，可能漏掉真正的接地支路，此时在逐路拉电的同时注意观察各支路及母线总体绝缘值的变化，做好记录，把各个绝缘低支路找出来，逐一消缺。
　　2）加强直流报警的巡查，一旦出现接地报警立刻处理，以免加重故障或扩大故障范围。
　　3）充分做好一次主回路送电前检查，防止操作接地#p#副标题#e#。对于一个系统，二次经常有多路电源，如柜内照明交流电源、PT二次交流电压、操作电源、保护电源等，在这种情况下经常会有串电或产生衍生支路电源，这些都是直流接地发生的隐患。因此，不仅送电前要检查二次回路绝缘，还要做好串电检查。如送上一路电源，断开其它回路电源，用万用表测量检查该电源是否串入其它回路。
　　4）对双直流供电的系统可考虑采用电源自动切换开关。
　　5）做好设计图纸的审查。检查是否不同系统采用了同一公共端或存在不同用电系统的直流串接点。应特别注意，保护或继电器开出节点是否在没接入对侧回路时已经带电。
　　4、结论
　　直流系统接地改变了直流极间阻容特性，使回路原有测点电压偏移，支路或母线从电池组正极流出电流与从电池组负极流入电流不相等，当差流大于报警整定电阻的电流计算值时出现直流接地报警。了解和分析故障原因，是我们消除和预防电力系统中直流接地故障的关键所在。
　　直流系统犹如电力运行的神经网络，对电力系统的安全、稳定运行的作用举足轻重，但只要我们严格遵守操作规程，采取有效处理措施，认真做好预防工作，我们就一定能够解决好直流接地故障的问题，保障电力系统安全、稳定、高效运行。
　　参考文献
　　[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2000.339-340.
　　[2]Watt智能高频开关直流电源用户手册2005.08.31.
　　[3]RCS-985系列.发电机变压器成套保护装置技术说明书.南瑞继保,1.080829.
　　