直流系统接地故障的处理.docx

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直流系统接地故障的处理

谈谈直流系统接地故障的处理

内容预览

　一、直流系统的作用　　

直流系统在发电厂和变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的直流电源。

它还可为操作提供可靠的操作电源。

直流系统的可靠与否，对发电厂变电站的安全运行起着至关重要的作用，是发电厂和变电站安全运行的保证。

二、直流系统接地的危害　　

发电厂、变电站直流系统接地是一种易发生且对电力系统危害性较大的故障。

直流系统正极接地，就会有造成继电保护误动的可能，因为一般跳闸线圈（如出口中间继电器线圈和跳闸线圈等）均接电源负极，回路再发生接地或绝缘不良就会形成两点接地，引起保护误动；直流系统负极接地，如果回路中再有一点接地，形成两点接地可将跳闸回路或合闸回路短路，保护拒动，此时系统发生故障，保护的拒动必然导致系统事故扩大（即越级扩大事故），同时还可能烧坏继电器的触点和烧保险。

典型的断路器控制回路简图如图1所示，当直流电源的正极A点发生了一点接地后，如在以下的各点又发生一点接地，构成两点接地时，将发生不同的后果。

图1直流系统两点接地分析示意图　　

FU1、FU2—熔断器；SA—断路器操作把手；RD—断路器位置红灯；Y2—跳闸线圈；KA1、KA2—保护用电流继电器的常开触点；KM—中间继电器　　

如在负极B点又发生接地时，造成直流电源短路，熔断器FU熔断，断路器将失去操作电源。

在正极的C点又接地时，即将电流继电器的常开触点KA1、KA2短接，中间继电器KM起动，其触点闭合，使断路器的跳闸线圈Y2通过电流而发生误跳闸。

此时，一次系统并未发生故障，故称为“误动作”。

实际上，如第二个接地点发生在正极的D点或E点时，都能使断路器误动作。

因此，当正极发生一点接地后，危险性很大。

如负极的B点首先发生接地，而后在正极的C点或E点又发生接地形成两点接地时，如果此时保护动作将引起直流短路，不但断路器拒绝跳闸，而且电源熔断器熔断，同时短路电流有可能烧坏继电器。

为了防止直流系统发生两点接地造成严重后果，当直流系统发生一点接地时，必须及时找出接地点并加以消除。

三、直流系统接地的处理　　

当直流系统发生接地时，由直流系统绝缘监察装置发出预告信号。

此时，应首先确定是正极接地，还是负极接地；是完全接地，还是绝缘电阻降低。

然后再根据运行方式、检修、操作及气候等因素的影响，判断可能接地的地点，确定寻找地点的方法和步骤。

寻找接地点的一般原则　　

（1）对于两段以上并列运行的直流母线，先采用“分网法”，拉开两段母线的分段刀闸，判明属哪一段母线接地，以缩小查找范围。

（2）对直流母线上允许短时停电的直流负荷馈线，采用“瞬间停电法”寻找。

当拉开某一回路时，如接地信号消失，并且各极对地电压恢复正常（不能只靠接地信号消失为准），则说明接地点在该回路上。

在某些现场如果无表计可观察，可用内阻大于2000Ω/V的电压表检查。

将电压表的一根引线接地，另一根接于不接地的一极（即对地电压高的一极），然后试拉，如拉开后，电压表指示明显降低，即说明该设备回路接地。

如接地发生在某一专用直流回路时，可按先次要设备后主要设备取下（拉开）该回路的各分支路的熔断器或刀闸来找出接地点。

（3）对于不允许短时停电的重要直流负荷，可采用“转移负荷法”查找接地点。

（4）如接地不在各直流负荷上时，可瞬间解列充电设备、蓄电池和倒换直流母线查找接地点。

（二）寻找接地点的具体试拉、合步骤　　

（1）拉、合临时工作电源，试验室电源，事故照明电源。

（2）拉、合备用设备的直流电源。

（3）拉、合绝缘薄弱的，运行中经常发生接地的回路。

（4）按先室外后室内拉、合断路器的合闸的电源。

（5）拉、合载波室通信电源及远动装置电源。

（6）按先次要设备后主要设备拉、合信号电源，操作电源及中央信号电源。

（7）试解列充电设备。

（8）将有关直流母线并列后，试解列蓄电池。

并检查端电池调节器。

（9）倒换直流母线。

（三）寻找接地时应注意的事项　　

（1）寻找接地时，应由二人进行。

试拉、合继电保护、操作电源、自动装置及信号电源等重要的直流负荷时，事先应取得调度许可，必要时根据规程规定由运行人员退出相应保护的掉闸压板，查找无问题后，按调令恢复保护。

（2）对各分支线采用取下熔断器寻找接地点时，应先取下正极，后取下负极；给上时，先给上负极，后给上正极。

（3）试拉的直流负荷与其它部门或专业有关时，应事先与对方联系。

（4）试拉各设备的直流电源时，应密切监视一次设备的运行情况及有关仪表指示的变化情况。

无论回路有无接地，断开直流回路电源的时间一般不得超过3S，但集成电路和微机保护的直流电源拉开10S后才允许合好。

即使回路有接地，也应先合上，再设法处理。

电容补偿装置查找直流系统接注意的事项　　

在电容补偿装置运行中，查找直流系统接地时，如需判断带有补偿电容的控制回路有无接地时，则必须将具有公共负极的补偿控制回路全部断开，而不能只断开一个回路，否则会由于电容器上的残余电压造成接地假象而误判断。

图2电容补偿装置直流接地示意图　　

图2所示为具有两个补偿电容的控制回路。

其负极连接在一起。

当断开1S（Ⅰ路）时，如Ⅰ路负极接地（K2点），则通过负极连接线将接地点引至负极母线，检查装置仍反映为负极接地现象。

若Ⅰ路正极接地（K1点），此时虽已将接地点断开，但由于C1上的残留电压仍为母线电压，C1的负极的连线和负极母线相连，故负极对地电压为C1两端电压，检查装置反映的仍为正极接地现象，因此将被误判断为接地点未切除。

只有将Ⅰ、Ⅱ路开关全部断开，使控制回路负极和母线完全断开时，检查装置才能正确指示。

当已判明接地点在Ⅰ、Ⅱ回路时，可用下述方法进一步寻找接地。

如为负极接地，可断开其中一路补偿电容与负极母线的连线，并将该路控制开关断开，若接地现象消失，则为该路接地；若接地现象末消失，则为另一路接地。

如为正极接地，可先断开其中一路的开关，然后用电容检查转换开关切换将电容器进行放电，若接地现象消失，则为该路接地；反之为另一路接地。

利用仪器查找直流接地故障的开展　　

在运行过程中直流接地故障绝大部分是间接接地和非金属接地，接地故障随气候和环境变化而变化，动态型故障难以查找。

直流电源接入的控制回路、保护回路、信号回路以及其它回路纵横交错，十分复杂，所以查找直流系统接地一直是困扰运行人员及检修人员的一大难题。

近几年由于微机保护的应用和综合自动化的发展，过去那种“拉回路”“断保险”查找直流接地的方法，已经不能适应电力系统一、二次回路在安全性方面的要求。

发电厂和变电站的扩建，使得二次回路越来越复杂，系统本身已存在大量事故隐患，通过拉回路查找直流接地可能导致更大的事故。

近年来出现了各种电子式直流接地故障探测仪和自动报警装置，具有灵敏系数高和自动巡检功能，现在我公司运行的主要有武汉琴台电子研究所的WZJ型和WZJ-F型、浙江星炬电力电子有限公司生产的WZJD—　5A　型微机直流绝缘监测仪，在实际运行中效果较好。

以上型号的电子式直流接地故障探测仪和自动报警装置一般适宜在新建站采用，为了在未加装此类装置的变电站中快速、准确的查找直流接地，重点解决直流系统间接接地、非金属接地、环路接地、正负同时接地、正负平衡接地、多点接地等故障的准确检测，根据工作的需要，我们购置了一台ZJDT—TOP5Q便携式直流系统接地故障定位装置。

该装置根据直流系统接地故障的情况，将装置的信号发生器接到靠近蓄电池输出端的正、负母线和地线上。

操作方法是将钳表钳在直流配电屏的屏面上的各个保险的出口线上，如果检测结果为“非接地”说明该扎直流电源的回路均无接地故障。

如果该扎线检测结果有“接地”再分别钳各个回路，检测方法同上。

在直流配电屏的电缆出口处，对每条电缆分别钳住查找，如果在“快速”期间，显示为“非接地”，说明该回路无接地故障；显示为“接地”，说明该回路有接地故障，且故障较为严重，并参考“绝缘模拟指示”的亮灯情况进行判断。

直流系统馈电网络有许多支路，可根据经验判断容易发生故障的薄弱支路，将钳表钳在该支路的始端，即馈线出处（馈线出口保险处）。

如果测得显示结果为“非接地”状况，可继续查找其它馈线支路，直到检测出馈线支路的显示结果为“接地”状况，再经检测确信后，即可判断出故障支路。

对多条回路接地，从“绝缘模拟显示”接地较严重的回路查起。

假设检测出第N馈线支路有故障后，欲进一步寻找馈线支路以下的各个分支路时，可继续按照上述步骤，用钳表对各个分支路进行检测。

对走向较远的回路，为提高检测精度，可把信号发生器接在离故障区域更近的支路直流保险出口处，有直流小母线的地方，可将信号发生器接在直流小母线上，接法同总母线相同。

检测出接地支路后，对具体接地故障点进行定位检测。

在检测时，采取二分法进行故障区域的检测定位。

在每次检测后，故障区域均按二分取点方式进行下一检测定位，以便迅速地检测出具体的接地故障点；假设在A处检测时有接地状况，在B处检测时没有接地状况，就可以判断接地故障点在A-B之间。

同时可根据馈线电缆走向和设备连接情况，对故障支路的各个馈线入口进行分别检测，找出故障支路。

如果故障发生在N馈线支路上的小分支，可采用同样方法检测。

假设系统有多个接地故障，或者正、负直流母线均有接地故障，可先检测接地故障较严重的（正或负）接地故障。

在支路检测中，装置会自动探测出接地故障较严重的支路，然后检测出接地故障点，排除后再进行其他支路的检测，并将接地故障点逐一检测排除。

直流系统的单个支路（回路）如果有多个直流电源相连（连接成闭环系统），如果现场条件允许，建议在检测时断开各个连接压片，以提高检测灵敏度，也可利用“绝缘模拟指示”的微小差异，分开实际接地回路和通过环路形成的虚假接地回路。

检测时，应将信号发生器正确接入直流母线，或接入其它支路（正、负、地均应接），使信号发生器始终接在直流支路的电源端，而故障检测器和钳表始终在直流支路的负荷端进行检测。

否则将降低检测准确度。

另外不论是固定式或便携式直流系统接地故障定位装置，均需不断总结使用经验，结合寻找接地点的一般原则和注意事项，做好直流接地查找工作。

四、运行中减少直流接地的方法　　

1、随着10kV机械室全封闭柜的大量使用，10kV出线柜较多，因而直流小母线也较长，在施工过程中，由于小母线连接处，大都是用螺丝连接，在长时间的运行中，再加上炎热夏季的高温，小母线有不同程度的弯曲、变形，造成直流小母线与10kV柜体相接触，从而造成直流接地或母线间短路，这种现象分别发生在我局的后屯、河沿庄、大城山、苑南等变电站。

为此，我建议将直流小母线外加热缩护管，以增强绝缘水平，此建议经采纳，取了良好的效果。

2、在施工过程中加强工作班成员的安全教育，防止造成运行中的电缆绝缘损坏。

3、加强二次线的清扫，加强直流系统特别是蓄电池系统的巡视和日常维护，保持蓄电池的清洁，对极板的渗液及时处理，并加涂凡士林。

4、对室外容易发生直流接地的端子箱、瓦斯接线盒和刀闸辅助接点接线盒等做好防雨措施。

5、加强工作班成员的技术培训，减少工作过程中人为造成的直流接地。

发电厂中有些地方为什么用直流电动机？

（1）直流电动机有良好的调节平滑形及较大的调速范围；

（2）在同样的输出功率下，直流电动机比交流电动机重量轻、效率高，且有较大的启动力矩；

（3）直流电源比交流电源可靠，为了安全，在特殊场合采用直流电动机比交流电动机更可靠。

输入直流电压a.额定电压:

48、110、220V;b.允许电压波动范围:

-20%～+10%;c.纹波系数:

小于5%。

电厂的直流系统分支较多、涉及面广，绝缘水平很难保持得很高，特别是在空气潮湿的水轮机层，发生直流接地的机率较大，若不及时处理，会严重影响安全经济运行。

直流系统发生一点接地后，若末及时发现处理，在同一极的另一地点再发生接地或另一极的一点接地，便构成两点接地短路，将造成信号装置、继电保护和断路器的误动作，两点接地可能会将跳闸回路短路，造成保护拒动作，还会引起熔断器熔断、烧坏继电器接点。

因此当直流系统发生一点接地时，应迅速寻找，尽快消除，防止发展成两点接地故障。

一、查找接地故障的原则和方法

1．处理原则。

根据运行方式、操作情况、气候影响来判断可能接地的地点，以先信号、照明部分后操作部分，先室外后室内，先负荷后电源为原则，采取拉路寻找、分路处理的方法。

在切断各专用直流回路时，切断时间不得超过3秒钟，不论回路接地与否均应合上。

如设备不允许短时停电（失去电源后会引起保护误动作），则应将直流系统解列后，再寻找接地点。

2．处理方法：

传统方法是：

当“直流系统接地”光字牌亮时，工作人员应先切换直流负荷屏上的接地电压表，判明直流接地的极性。

若将该表转换开关切至“正”，电压表指示值为220伏或，接近220伏，则说明“负”极接地；反之，则“正”极接地。

接地极性明确后，可进行以下处理：

检查绝缘水平低（如水轮机层的各直流设备）、存在设备缺陷及有检修工作的电气设备和线路是否有接地情况；询问载波室是否有直流系统故障；依次切断直流负荷屏上各负荷开关；检查蓄电池硅整流装置及充电机回路是否有接地现象等。

在切断上述每一直流回路后，应迅速恢复送电。

在切断每一回路过程中，工作人员应根据仪表和信号装置的指示，判断是否有接地。

如切断时接地失，恢复送电后接地又出现，则可肯定接地发生在该回路上，应及时查找接地点设法消除。

上述方法虽然简单易行，但也有其缺点：

因直流负荷屏上的负荷开关控制的既有室内部分又有室外部分，工作人员在水轮机层或发电机层查找接地点时、需用电话联系中控室人员了解光字牌信号变化情况，大大延长了处理时间。

如是直流屏内部或蓄电池发生接地，用此法很难检测到接地故障。

二、万用表电压测量法查找接地故障

1．基本原理：

用万用表直流电压档（DC档）测直流电压值。

当直流一极接地时，另一极对地电压为全电压，即控制电压为220V，合闸电压为250V。

当切除某一部分直流负荷时，观察万用表所测极对地电压值的变化情况来判断接地点所在区域，从大到小，逐个否定，最后排除。

2．处理方法：

①在查找直流接地故障时，工作人员须对本厂的直流系统了如指掌（我厂直流系统、接线及负荷分布见下图）。

目前的运行状态是101ZK、102ZK和1HK均合上，2HK处于“分”位。

直流屏上输出的直流电源按其负荷性质分两路分别送到合闸母线（250V）和控制母线（220V），它们负极分开，正极共用。

②判断接地极性。

用万用表DClo00档测量直流电源“+”、“-”极对地电压，若“+”极接地时，则“-极对地电压为220V3若“-”极接地时，则“+”极对地电压为220V，据此判断出接地极性。

为叙述方便，以下设“-”极接地。

③用万用表测直流控制母线“+”极对地电压为220V，瞬时切除所有合闸电源开关后，如电压值下降很多甚至为0，就说明接地点在合闸回路，应对高压线路的合闸回路、事故照明、机组启励回路等用同样方法进行检查、判断；如电压值仍为220V，则说明接地点在控制回路中，应进一步区分接地点是在直流屏、蓄电池室还是在负载回路。

④用万用表测直流屏整流输出的“十”极对地电压为220V，瞬时断开控制电源开关1HK，如所测电压明显下降或为0V，说明接地点在控制母线回路；如所测电压值无变化，说明接地点在直流屏或蓄电池室，就应对屏内设备及蓄电池做仔细检查。

如接地点在控制回路，测“十”极对地电压为220V，瞬时拉开开关1DK，若电压值明显下降甚至为0V，说明接地点在信号回路，可通过电压测定，瞬时拔出信号回路保险来查找。

如所测电压值无变化，说明接地点在其它回路中。

瞬时拉开3DK，如所测电压值明显下降甚至为0V，说明接地点在高压断路器弹簧操作机构的储能电机控制回路中。

瞬时拉开4DK和5DK，如所测电压值明显下降甚至为0V，说明接地点在主厂房的机组范围内；如所测电压值无变化，说明接地点在中控室范围内。

如接地点在机组范围内，则分别断开4DK或5DK，以判定在哪台机组。

之后测量接地点所在机组的自动屏上控制电源进线“十”极对地电压，瞬时解除至调速器、励磁调节屏、测温制动屏、蝶阀控制系统、技术供水系统等设备的“—n极端子，据测量值的变化判断接地点是否发生在这一部分设备。

按照上述顺序逐步缩小查找范围，最终找出接地点予以处理。

三、查找接地时的注意事项

1．查找直流接地故障时，必须有二人进行。

2．禁止用灯泡查找接地点，以防直流回路短路。

3．查找直流一极接地故障时，切勿引起另一点接地，以防引起继电保护、自动装置的误动或拒动，甚至引起短路烧直流保险。

4．当直流系统一点接地时，禁止在二次回路上工作。

5．拆除各端子、各开关的时间应尽可能短。

6．运用绝缘监察装置的测量转换开关测正、负极对地电压时可能有误，主要是开关内部的正、负极接点与接地点误接通会造成误发接地信号。

7．如是直流系统绝缘严重破坏但未完全接地，所测极对地电压应低于220V（合闸回路应低于250V），应根据切除某部分负荷时，观察所测电压值是否下降较多来判断绝缘损坏严重处。

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3、工作温度：

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21cm*15cm*7cm7、重量：

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1、直流系统母线电压范围：

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20mm，70mm。

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0—100KΩ，分辩率1KΩ,精度10%±2KΩ。

5、接地电容检测范围：

1-400μF，分辩率1μF。

6、功耗小于2W7、工作温度：

-20至+55°C8、电源：

8节“C”型电池（2号电池）9、电池工作时间：

大于24小时10、尺寸：

21cm*15cm*7cm11、重量：

1公斤

直流系统接地的查找与分析

内容预览

在变电站日常运行维护和异常处理工作中，最复杂的就是直流系统接地的查找与处理。

直流系统发生一点接地时对设备系统不会造成影响，不及时处理查找，出现两点接地后，就可能发生短路、装置误动、拒动等严重后果。

一、发生直流接地的原因

1、外部因素

直流回路在运行中常常受到多种不利因素的影响，如雨天或雾天可能导致室外的直流系统接地或绝缘降低引发直流接地。

直流电缆受到外力挤压、直流系统绝缘老化可引起接地，电缆穿管进水导致冬季电缆冻断造成接地等。

2、内部因素

因设计上或人员失误造成的接地。

如在带电二次回路上工作将直流电源误碰设备外壳；在电缆沟施工将控制电缆损伤造成接地；室外外部控制设备未加防雨罩、二次回路漏接线头、误将控制电缆外皮绝缘损伤，施工时交直流混用同一电缆引发直流接地等都为直流接地留下隐患。

此时接地信号不一定立即发出，但具备一定外部条件如潮湿或操作设备时就可能引起直流接地。

二、变电站直流系统绝缘监查系统的配置及工作原理

我站曾先后投入使用三种绝缘监察装置，最初的一种是在系统内老型变电所应用最广的绝缘监察装置．装置由电压测量部分，测量直流系统对地总绝缘电阻的直流绝缘检查部分、直流系统发生接地故障时用作自动发信号的接地信号部分三部分组成。

此电路的工作状态与切换开关的位置有直接关系。

切换开关CK有三个位置：

“母线”位置，“正对地”位置；“负对地”位置。

切换开关1XK也有三个位置：

“信号”位置，在“测量I”位置，在“测量II”位置。

正常运行时，切换开关CK置于“母线”位置。

电压表2V指示母线电压。

切换开关置于“信号”位置，使接地信号部分构成右图所示的电桥接线。

R+与R-为正、负极对地绝缘电阻；1R与2R为两个阻值相等的电阻器；XJJ为动作灵敏的信号继电器．由于正常运行时两极对地绝缘电阻相等，电桥处于平衡状态，XJJ中没有电流，其常开触点是打开的，不发出信号。

当发生了正极接地或对地绝缘电阻严重下降时，电桥的平衡被破坏，XJJ中出现电流并使其动作发出信号。

为了判断是哪个极接地，需利用切换开关CK和电压表2V分别测量正、负极对地电压，如果负极对地电压大于正极对地电压，即可判定正极接地。

然后即可进行直流系统对地绝缘电阻的测量。

其测量方法是：

（1）将1XK搬至“测量I”位置，接人电压表1V，短接1R，调节电位器3R，使1V指示零位，读取3R的百分数x．

（2）再将1XK搬至“测量II”位置，短接2R，电压表1V即指示出直流系统的对地绝缘电阻Rxt；用公式1可进一步计算出正、负极对地的绝缘电阻；

如果是负极接地，在测量直流系统对地绝缘电阻时，需先将切换开关以搬到“测量II”位置重新调整电桥的平衡，再搬至“测量I”位置读取绝缘电阻值，用公式2计算正、负极对地绝缘电阻。

该套装置使用复杂，但能可靠反映接地，至今仍应用在我站48伏直流系统中。

第二种也是应用电桥平衡原理的晶体管式绝缘监察装置JJJ型绝缘监察继电器作为辅助接地判别装置。

以往应用在我站220伏系统中作为备用。

JJJ型绝缘监察继电器是专门用作直流系统绝缘监察的元件。

该继电器由极化继电器、小型中间继电器和电阻、电容、二极管等构成。

正常运行时，直流系统对地绝缘良好，极化继电器因线圈JH1、JH2中均无电流通过，处于不动作状态。

当发生了正极接地时。

就形成了从地－二极管D1－极化继电器线圈JH1-电阻器R2-电阻器Rp2－负电源的通路。

JHJ中出现电流而动作，随之ZJ动作发出接地信号。

当出现了负极接地时，形成从正极一Rp1一R2－JH2－D2－负极的通路，JH2中出现电流而动作，然后起动中间继电器ZJ，并发出信号。

此继电器使用方便，调整电位器W，可以改变极化继电器的动作电流，从而改变反应接地故障的灵敏度。

此继电器也存着明显的