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【摘 要】发电厂、变电站直流系统所接设备多、回路复杂,在长期运行过程中会由于环境的改变、气候的变化、电缆以及接头的老化,设备本身的问题等等,从而不可避免的发生直流系统接地.本文通过对直流系统接地问题的几点研究,分析了直流接地的原因及排查方法等,对避免直流接地故障的发生和及时消除故障有一定的指导作用.
【关 键 词】直流系统,接地,回路,故障
1.前言
发电厂、变电站直流系统所接设备多、回路复杂,在长期运行过程中会由于环境的改变、气候的变化、电缆以及接头的老化,设备本身的问题等等,从而不可避免的发生直流系统接地.特别在发电厂、变电站建设施工中或扩建过程中,由于施工及安装的种种问题,难以避免的会遗留电力系统故障的隐患,直流系统更是一个薄弱环节.可以说,投运时间越长的系统接地故障的概率越大.本文通过对直流系统接地问题的几点研究,分析了直流接地的原因及排查方法等,对避免直流接地故障的发生和及时消除故障有一定的指导作用.
2.接地
由于直流电源为带极性的电源,即电源正极和电源负极.交流电源是无极性电源,电力系统交流电源有一个真正的“地”,这个地也是电力系统安全的一个重要概念.为了系统安全,变电站、发电厂所有设备的外壳都会牢牢的接在这个“地”,而且希望其阻抗越低越好.直流电源的“地”对直流电路来讲仅仅是个中性点的概念,这个地与交流的“大地”是截然不同的.如果直流电源系统正极或负极对地间的绝缘电阻值降低至某一整定值,或者低于某一规定值,这时我们称该直流系统有正接地故障或负接地故障.
3.接地分类
由于直流系统网络连接比较复杂,其接地情况归纳起来有以下几种：按接地极性分为正接地和负接地,按接地种类可分为直接接地,亦称金属接地或全接地和间接接地,亦称非金属接地或半接地,按接地的情况可分为单点接地、多点接地、环路接地和绝缘降低等.
直流接地危害：
正接地可能导致断路器误跳闸,由于断路器跳闸线圈（出口继电器）均接负极电源,故当发生正接地时可能导致断路的跳闸,负接地可能导致断路器的拒跳闸.
为了抗干扰,目前变电站各种装置都在电源回路上接了抗干扰电容,大量抗干扰电容存在,也会对二次回路带来一定的影响.在直流绝缘监察系统的回路上,假定控制母线的额定电压为Ue,正、负控制母线对地的绝缘电阻相等,则正常运行时+KM对地的电压为+50%Ue,-KM对地的电压为-50%Ue.可以看出,这时在抗干扰电容以及蓄电池正、负极的对地电容上的充电电压为50%Ue,如果在出口继电器CKJ的正电源侧接地,接于负电源侧的抗干扰电容C将通过两个接地电沿着虚线对CKJ放电,当C的容量足够大并CKJ的动作电压小于50%Ue时,CKJ将动作跳闸.这也是规程中要求直接用于跳闸的出口继电器其动作电压不能低于50%Ue的原因.由于变压器、电抗器瓦斯保护动作的中间继电器从场地到控制室的电缆较长电容量很大,当出现直流正极接地时,更容易误动,所以必须提高继电器动作功率来避免.
4.直流系统接地故障排查
排除直流接地故障.首先要找到接地的位置,这就是我们常说的接地故障定位.直流接地大多数情况是一个点,也可能是多个点,或者是一个片,真正通过一个金属点去接地的情况是比较少见的.更多的会由于空气潮湿,尘土粘贴,电缆破损,或设备某部分的绝缘降低,或外界其它不明因素所造成.大量的接地故障并不稳定,随着环境变化而变化.因此在现场查找直流接地是一个较为复杂的问题.
4.1查直流接地的方法
拉回路法：这是电力系统查直流接地故障一直沿用的一个简单办法.所谓“拉回路”,就是停掉该回路的直流电源,停电时间应小于三秒.一般先从信号回路,照明回路,再操作回路,保护回路等等.该种方法,由于二次系统越来越复杂,大部分的厂站由于施工或扩建中遗留的种种问题,使信号回路与控制回路和保护回路已没有一个严格的区分,而且更多的还形成一些非正常的闭环回路,必然增大了拉回路查找接地故障的难度.正由于回路接线存在不确定性,往往令在拉回路的过程中,常常发生人为的跳闸事故,再加上微机保护的大量应用,微机保护由于计算机的运行特性也不允许随意断电.
直流接地选线装置监测法这是一种在线监测直流系统对地绝缘情况的装置.该装置的优点是能在线监测,随时报告直流系统接地故障,并显示出接地回路编号.缺点是该装置只能监测直流回路接地的具体接地回路或支路,但对具体的接地点无法定位.技术上它受监测点安装数量的限制,很难将接地故障缩小到一个小的范围.此类装置还普遍存在检测精度不高,抗分布电容干扰差,误报较多的问题.如果能有一种在监测点上不受限制,检测精度较高,选线准确的直流接地选线装置,应是一种较好的选择.
便携式直流接地故障定位装置是近几年开始在电力系统较为广泛应用的产品.该装置的特点是无需断开直流回路电源,可带电查找直流接地故障.完全可以避免再用“拉回路”的方法,极大地提高了查找直流接地故障的安全性.而且该装置可将接地故障定位到具体的点,便于操作.目前生产此类产品的厂家也较多,由于应用较少,所以真正的那家装置做的比较精细,也无从查证.
4.2查找直流接地故障的深层次分析
绝大部分查找直流系统接地故障的装置都不是很好用,其原因要从直流系统接地说起,由于发电厂、变电站的直流系统是一个庞大的、复杂的直流电源网络,所接设备多,母线、小母线层层分布,回路纵横交错,客观上增大了查找直流接地故障的难度.
关于分布电容的讨论,我们知道电容的特性是对直流呈现开路,对交流呈现一定阻抗特性,其阻抗的计算公式Zc等于1/2πfC其中f为交流信号频率,C为电容量,C越大,该电容呈现的容抗就越小,频率越高,该电容呈现的容抗也越小.变电站、发电厂直流系统的对地分布电容情况是直流系统越大,回路越复杂,所接设备越多,系统呈现的对地分布电容也越大.按现场运行经验,变电站、发电厂直流系统的对地分布电容还与发电厂、变电站的投运时间有关,投运时间越长的变电站,分布电容也更大.对直流系统接地故障的定义标准.上面说过直流接地是指直流系统正或负极对地绝缘阻抗值降低到某个规定值或某个设定值时,我们称直流系统发生了接地故障.电力系统对直流系统的接地故障目前尚无统一的标准,各个厂站按各自的要求将接地故障报警值按对地电压不平衡情况定义.直流系统绝缘监测普遍采用平衡电桥方式来判定对地绝缘,即为正或负对地绝缘降低时,平衡电桥失去平衡,绝缘监测指示上正对地或负对地电压会升高或降低.由于平衡电桥回路选用的电阻目前尚无统一标准,各直流绝缘监察装置均有不同的平衡电桥电阻取值,就现场实际运行情况,平衡电桥的电阻取值从1K―36K不等,这样仅仅用对地电压的变化来说明接地故障的程度,显然不是十分准确的.
5.关于多点接地及闭合环路接地,正负同时接地的讨论
由于没有实例举证,在此只做一理论分析：220kV变电站有两组相互独立的直流系统,当第一组直流正与第二组直流负之间短路时,站内直流接地监视系统会有什么现象呢?两组直流系统同时发出接地告警信号.断开任意一组直流电源接地现象就会消失.此时形成一个端电压为440V的电池组,中点对地电压为零.而每一组直流系统的绝缘监察装置均有一个接地点,短接后直流系统中存在两个接地点,故一组直流系统的绝缘监察装置判为正极接地,另一组直流系统的绝缘监察装置判为负极接地.
查找直流接地故障的技巧：
（1）查找及时.因直流接地故障常常随环境、气候的变化而变化,十分不稳定,造成难以查找的事故隐患,只要出现故障应立即查找.
（2）定期巡检直流系统的对地绝缘.不一定故障出现时再去查找排除.利用精度较高的查找装置定期对各个直流回路进行检查,记下绝缘较差的直流回路,待气候渐湿时,再重点监测.
（3）按序查找,先信号回路,事故照明回路,再操作回路,控制回路,保护回路.先重点检测绝缘情况较差的回路.
（4）对环路供电的直流系统应先断开环路开关,如果客观上已断不开的环路,应对检测到的接地故障回路（环路接地,表现出来一般都是两个以上回路）其接地精度仔细分析,找出接地更严重的回路,继续查找.
（5）选用高精度的查找装置,对接地告警比较严重的,大部分情况都并非一点接地,应用精度较高的检测装置区分不同故障程度的回路,从接地故障严重的回路的入手.
6.总结
本文分析了直流接地的原因及排查方法等,并对多点接地及闭合环路接地和正负同时接地进行了讨论,对避免直流接地故障的发生和及时消除故障有一定的指导作用.