直流系统二次回路接地故障探讨

1、直流系统接地故障的探讨众所周知，船舶电力系统中直流系统作为一个独立的电源，不受发电机、配电板以及系统运行方式改 变的影响， 在船舶主机遥控、机舱集中报警监控系统、自动化电站等重要自动化设备中直流电源作为其 工作电源或备用电源，它为这些设备的控制回路、信号回路、各类传感器、继电保护等设备提供可靠稳定 的不间断电源，它还为主配电板断路器的分、合闸提供操作电源。在万箱船上，除传统的 DC24V作为主机遥控、报警监控、低压主配电板自动控制及继电保护、应急 配电板自动控制及继电保护、自动化航行设备的主/副电源外，由于6600V中压系统的应用，引进 110VDC作为中压主配电板继电保护及发电机真空断路器的

2、控制电源。不间断直流电源由浮充电装置及蓄电池组获取，当所需负荷较小时，直流电源仅仅由浮充电装置提供， 当所需负荷较大时，浮充电装置与蓄电池组并联供电，当船舶主电源失电时浮充电装置也将失电，此时则 由蓄电池组独立向所有直流设备供电。主机遥控、自动化电站、报警监控系统等设备的直流电源除上述的 不间断电源外，还加入整流电源，整流电源与不间断电源之间在其正极回路加入一大容量二极管进行反相 连接，目的是不允许整流电源向不间断电源供电，而负极直接并联连接。由于直流电源在二次系统所处的重要地位，直流系统自身的可靠及安全直接影响到船舶整个电力系统 的安全，尽管直流电源十分稳定可靠，但实际应用中，由于电力系统应

3、用直流电源的特殊性，特别是控制 回路和保护回路的应用，使直流系统的故障成为电力系统更大故障的事故隐患，这就是我们常说的直流系 统接地故障危害。一、直流系统接地1、什么叫直流系统接地？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

4、系统有正 接地故障或负接地故障。2、直流系统为什么会接地？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，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。投运时间越长的系统接地故障的概率越大。3、直流系统接地的危害（1 ）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种种：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

5、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或称片接地。（2 ）正接地可能导致断路器误跳闸由于断路器跳闸线圈均接负极电源，故当发生正接地时可能导致断路的跳闸。（3）负接地可能导致断路器的拒跳闸，断路器不会跳开，产生拒动，会使事故越级扩大。二、怎样查找、排除直流系统接地故障排除直流接地故障。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 数情况不是一个点，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

6、变化。因此在现场查找直流接地是一个较为 复杂的问题。1、查直流接地的方法（1 ）、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

7、随意断电。2001年10月，广西电力局中心调度所继保科发文，明令禁止拉回路”查找直流接地。拉回路”可能导致控制回路和保护回路重大事故发生。（2 ）、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。而且该装置必须进行施工安装，对旧系统的改造很不便。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

8、高， 选线准确的直流接地选线装置，应是一种较好的选择。（3）便携式直流接地故障定位装置故障定位法该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，但 真正好用的产品很少，绝大部分产品都存在检测精度不高，抗分布电容干扰差，误报较多的问题。三、查找直流系统接地故障的深层次分析据现场使用情况反映，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

9、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。1、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=1/2 n fC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， 一般来说，

10、如果查找直流接地的检测装置以叠加低频交流检测信号方式在直流系统上，假设点的交 流信号频率f=2Hz（目前绝大多数装置都采用 5Hz），那么，直流系统的分布电容对检测装置所叠加 的低频交流信号。2、对直流系统接地故障的定义标准的讨论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

11、。由于平衡电桥回路选用的电阻目前尚无统一标准。各直流屏生产厂家均 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。直流系统对地的绝缘情况，准确的说，应该用阻抗来衡量。发达国家的电力系统，对一座较大规模的发电厂、变电站，直流系统对地绝缘阻抗的报警值设定在50KQ，目前我国一些全套引进进口设备，管理先进的个别发电厂（如大亚湾核电站），直流系统绝缘告警值仍沿用国外标准，设为 50KQ。事实上绝大部分的电 厂、变电站，由于种种原因，其接地故障报警值一般设在5K 25K之间，有些甚至更低。这就形成一个直

12、流系统接地故障的怪圈，运行水平高、管理严格的发电厂、变电站，比运行水平低、管理 松散发电厂、变电站的直流接地故障概率似乎还高。个别运行水平低下的变电站一两年也难有直流 接地故障报警。其根本在于直流系统绝缘监测平衡电桥电阻取值的极大差异，造成对地绝缘整定值 过低，无法真正体现实际的绝缘情况。哪怕断路器因直流系统接地故障有过误跳，也查不到事故真 _ 正原因。3、关于多点接地及闭合环路接地，正负同时接地的讨论多点接地、环路接地、正负同时接地是查找直流系统接地故障的难点，这类接地故障对系统危 害更大。拉回路”是难以拉出接地回路的。目前应用中的无论是直流接地选线装置还是便携式查找 接地装置，绝大部分都无

13、力处理以上的接地。因为此类接地故障较为复杂，要求检测设备具有相当 高的精度，抗分布电容指标较高，否则就会出现误报，使检测无法进行。环路接地检测时，要能精 确区分接地环路的不同位置接地程度的差异，经分析比较，逐步逼近真正的接地故障点。同样多点 接地，无论是处于同一回路，还是分处于不同回路，在主回路上还能判别，往下查找已查不出接地 支路或分支路，检测设备的精度显然不够。如果检测设备的抗分布电容干扰指标不够，还可能会出 现更多误报。正负同时接地，目前大部分直流系统绝缘监测，已不能有效的报告接地故障，平衡电 桥方式判定出的，仅仅是正接地故障和负接地故障，同时接地时对地绝缘的差值。因此，定期巡检 直流系

14、统的对地绝缘，对运行安全要求较高的发电厂、变电站已十分必要。综上所述，用仪器查找 直流系统接地，最重要的是要解决直流系统分布电容的干扰，提高查找检测设备的检测精度，解决 受对地分布电容干扰大和多点接地、环路接地的误报问题。四、怎样正确选择直流接地故障查找地装置按现场的运行经验，从上面分布电容产生的对地容抗经验数据分析，选择直流接地故障查找地装置，一定要严格掌握两个重要指标，其一是装置抗分布电容干扰，（目前绝大多数生产厂家的设备都未列出该指标）。要求其抗分布电容干扰，对地分布电容系统总值应大于或等于80MF，回路的对地分布电容系统值应大于或等于8MF ;其二是检测接地故障的对地阻抗值应大于或等于

15、40KQ。达不到上述两个指标的直流接地故障查找地装置，在现场应用中，对大部分的直流系统接 地故障往往检测不出，更不用说用作定期巡检装置。五、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。目前已有 部分电厂和变电站采用此法，并已开始建立这种经常性的工作（主要在500KV变电站和部分接地较多的30万KW以上发电机组）。3、按序杳找，先信号回路，

16、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（此类情况现场情况 很多），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 细分多样，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2.1绝缘监察装置技术原理存在的问题对于生产现场而言，电厂、变电站多年运行后，电缆绝缘普遍下降，各种端子箱、机构箱、刀闸辅助接点箱等生锈损坏，密封性下降，遇雨

17、、雪、湿雾天气，易发生接地；而且，往往为非金属性接地（对地阻值高）、多点接地、正负极均有接地以及正、负极绝缘电阻之差较小，形成对称性接地故障接地性质。而目前各种直流绝缘监察装置 （含常规型、微机型）对于直流系统接地的监察报警均采用电桥平衡 原理，对上述高阻对称性接地无法有效检测。因受电桥平衡原理的限制，装置只能监测非对称性直流接地故障，在正、负极绝缘电阻均等下降 或其值相接近时，装置不能反应。现有各类装置的对地直流绝缘监测装置的灵敏度均在两极绝缘电阻之比 为2： 1至10 : 1的范围。而且，若两极绝缘电阻相差较大，而实际上任一级的绝缘水平并未低于允许值 的情况下，也可能报警，使检测人员误认为

18、绝缘水平下降。2.2支路检测原理存在的问题随着微机保护大量抗干扰电容的安装使用，直流系统开环辐射供电运行方式的采用使直流系统的 对地电容电流增大。现国内广泛使用向系统注入信号方式的微机型绝缘支路选线装置，实际上已无法实现 对接地支路的有效查找。当电容电流大于检测装置对绝缘电阻泄漏电流的整定值时，将造成误发信号，影 响装置的正确判断。河北省电力公司曾对 4个厂家的产品进行了现场试验检测，结论：（1）某支路电阻性接地20kQ时,支路查找判断准确性相差较大；电阻性接地30kQ时，接地支路判断均不正确。（2）某二支路分别电阻性接地10k Q时，支路查找误报、漏报。（3）加入40卩F电容后支路检测失效。

19、运行实践也证明：如石家庄500kV廉州枢纽变电站，安装有国内某厂的接地选线仪。在380V控制电源直流接地时，报出 220kV、500kV回路直流接地，对运行、检修人员查找接地造成了极大的干扰， 危及电网安全运行。2.3接地支路的分支接地支路的查找，无有效手段目前，随着继电保护反事故措施的落实，直流系统中保护、控制熔断器越分越细，数量越来越多， 造成直流屏馈出支路下的分支支路数量越来越多。现有的微机支路检测装置采用的加装检测互感器的方法 从技术上、成本上已难以满足要求。有的厂家推出了便携式定点查点设备，原理仍为注入信号式，其缺点 前面已述。特别需要指出的是，此型装置的电流传感器必须为卡钳式，有气

20、隙检测分散性大。2.4现有的各类绝缘监察装置不能自动满足直流系统运行方式变化的要求按照国电公司新下发的反事故技术措施“防止电力生产重大事故的25项重点要求”，枢纽变电站直流系统广泛采用双组蓄电池、单母线分段接线方式。两段直流的母线在并列运行方式下（如单组蓄电池容量试验时），要求及时停运某一段母线的直流绝缘监察装置，以保证直流系统对地绝缘电阻不降低，否则可 能造成在直流一点接地时继电器误动；在两段直流母线分列运行方式下，要求及时投运两段母线的绝缘监 察装置，否则会造成一段直流母线失去绝缘监视。以常规直流绝缘监察装置为例：两段直流母线分列运行时，是两个独立的直流系统，每段母线均 投运一套监察装置。

21、为了测量对地电位，每个绝缘监察装置设有一个人为的接地点。为防止在直流网络中 其它任何地方再发生一点接地时而引起继电器误动，要求绝缘监察继电器的线圈具有足够大的电阻值。 （对220V直流系统该线圈的电阻值为 30k，其起动电流为1.4mA。系统中其它继电器的起动电流都应选 择大于1.4mA）。在并列运行时，相当于一条直流母线一个直流系统，必须在并列前停运一段母线的绝缘监察装置，否则会造成两个 30k Q电阻并列，对地绝缘电阻变为15k Q，造成一点接地(220kV直流系统对地绝缘报警值为20kQ )。此时如再有另一点接地，其接地电流足以造成某些继电器误动。(几年前石家庄市内某电厂就因为绝缘监察装

22、置对地电阻偏小，再有一点接地就造成保护误动事故)。同理，在两段母线由并列运行转分列运行后，应及时将已停运的一段母线绝缘监察装置投入，否则会造成该段母线及其系统失去对 地绝缘监察。现有的各类直流绝缘装置均不能自动适应两段直流母线的分、并列运行方式，一般采用在二次接 线上利用手动开关或母线联络开关辅助接点切换停运一套装置的接地方式。有的厂家产品甚至不设手动开 关，通过断开一套装置的接于直流母线的熔断器而停运装置。(1)手动开关一般采用如下方式：两段母线分列运行时，Q置位置三，1 3、2 3均接通，两套装置独自运行；两段母线并列运行时，Q置位置一(或二)，一套装置无接地点停运，一套运行，同时监视两段

23、母线。(2)或者采用固定停、投一套装置的方法：手动方式受人员因素影响大，而且母线运行方式的变化是较少进行的操作，运行检修人员对此易 忽略。利用辅助接点方式原理与上图相似，只是手动开关换成了联络开关的辅助接点。此方式受接点可 靠性因素的影响，特别对于较复杂的接线，两段母线间有多个联络开关以及动控母线分开时，需多个接点 组合判别的情况，难以满足运行可靠性的要求。3对策及效果为解决上述问题，我们与协作单位联合研制一种新型的微机直流接地选线监测装置一一GYM直流接地选线监测仪，并做为河北省电力公司2001年科技项目。该装置相比以往各类装置，通过在技术原理上的改进，使之更好地满足现场实际需要。3.1 G

24、YM的工作原理采用平衡电桥与不平衡电桥相结合，可有效地检测正、负极同时接地或延续发展正、负极接地， 对地绝缘电阻不受正、负极接地电阻是否相同或接近的影响。其工作原理：当设备工作在平衡状态时，K1、K2合上，为I段母线提供一个接地点，记录下此时的正母线对地电压、负母线对地电压，以及I段各支路的对地漏电流值。如果此时有一点接地发生，此时 的|V正|工|V负| ,根据电压的偏差值就可得出接地电阻的阻值。当发生正负同时接地时，则此方法不能准确测出接地电阻，而需要使用不平衡方法检测母线对地 绝缘。当设备处于自动检测方式时，首先采用平衡电桥K1、K2合上，当接地的正负母线的对地电阻不相等，或不同时相等，则

25、会造成正母线对地及负母线对地的电压偏差，此偏差一旦超过设定的值(10V)时，设备将启动一次不平衡检测，即将K1、K2分别合上一次，记录 K1合上时的正负母线对地电压及支路漏电流；K2合上时正负母线对地电压及支路漏电流，根据母线对地的4个电压值，即可计算出正负母线的对地电阻R+ =(V3 V1)R0/V1 R =(V2 V4) R0/V4再结合支路的2个漏电流值，即可计算出支路对地的电阻Rn+及Rn,n段母线的检测方法同I段母线。为了克服系统电容的影响，我们采用切换后延时采样，以避开电容充放电的过渡过程的影响。3.2对直流系统运行方式的影响采用将电桥改为分别投入两段母线的方法，使直流系统的i、n

26、段母线是否并列运行不影响本装置的检测，不影响系统对地绝缘电阻，自动满足直流系统运行方式变化的要求。采用将电桥改为分别投入两段母线，这样在同一时刻，两段母线上只有一段的平衡电阻，另一段没有，采集数据根据投入的电桥在哪一段上就记录哪一段的办法。这样，系统两段母线是否并列运行就不会影响到对绝缘的监测，不会降低直流系统对地绝缘电阻，从而实现了自动满足直流系统运行方式变化的 要求。3.3支路检测不注入信号，采用高灵敏度的直流传感器我们采用高灵敏度的直流传感器 （精度达0.1mA），结合不平衡电桥可以测出多支路同时接地或同时平衡接地的情况，并可直接显示接地漏电流数值。不需注入信号。并通过多次实验，将直流传感器的抗 过载能力提高，过载恢复后能即刻恢复其检测性能。禾U用系统在绝缘良好的时候，每月进行一次零点扫描， 将传感器的零点误差消除。3.4在装置中设置定检方式，方便对接地支路的分支支路的查找在装置中设置定检方式，通过传感器对报警支路的漏电流的高速检测与监视，直接显示在装