直流系统接地故障问题的探讨

发电厂、变电站直流系统是十分重要的电源系统，它是一个独立的电源，不受发电机、厂用电、站用变以及系统运 行方式改变的影响，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，它还为断路器的分、合闸提供操作电源。
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整个系统的安全，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、关于直流系统接地
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[FS:PAGE]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=1/2πfC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，一般来说，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[FS:PAGE]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50KΩ，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50KΩ。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40KΩ。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[FS:PAGE]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（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。