一例直流系统接地故障的查找和分析
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摘 要：文章介绍了某火电厂生产现场发生的一起直流系统接地故障处理过程，分析了这次接地故障处理和以前处理类似故障相比有难度的原因，并对使用的直流系统接地检测仪原理进行了简单介绍，最后针对本厂直流系统提出了相关改进建议。
关键词：直流系统;接地故障;绝缘监察;查找
中图分类号：TM621 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）32-0128-02
Abstract： This paper introduces the treatment process of a DC system grounding fault that occurred in the production site of a thermal power plant， and analyzes the reasons why it is difficult to deal with the grounding fault compared with the similar fault before. The principle of the DC system grounding detector is briefly introduced， and finally the relevant improvement suggestions are put forward for the DC system of this factory.
Keywords： DC system; grounding fault; insulation monitoring; finding
引言
直流系统对发电厂的生产运行十分重要，它是供给继电保护、通信、控制回路、信号回路、DCS、事故照明、UPS等二次设备的重要电源，对供电的可靠性要求极高。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，一旦直流系统发生故障，如果处理不当，往往发展成为电力系统较大的事故。直流系统正常运行中最常发生的就是接地故障。一旦直流系统发生一点接地故障，必须及时处理，否则将会对发电厂的安全稳定运行造成极其严重的威胁，甚至会波及到整个电网。发电厂直流电源分布广泛，运行环境也较复杂，尤其在火电厂炉机运行环境里，更容易造成接地。正常时直流系统是绝缘系统，正、负极对地绝缘电阻相等，正、负极对地电压平衡。发生一点接地时，正、负极对地电压发生变化，接地极对地电压降低，非接地极对地电压升高，供电可靠性大大降低，如果在接地点未消除时再发生第二点接地，极易引起直流短路和开关误动或拒动，所以直流一点接地时，设备虽可以短时继续运行，但接地点必须尽快查到，将其消除或隔离。
1 某发电厂110V直流系统概述
某电厂装机容量6×350MW，每两台机组为一个单元，每个单元集控电气系统设置110V、220V两级电压的直流系统。110V直流系统为机组的控制、保护、DCS系统及其它负荷供电。220V直流系统为直流动力负荷、直流事故照明、交流不停电电源供电。每台机组的110V直流系统由两组直流母线、三台整流柜、两组蓄电池组成。其中一台整流柜作为另两台的公共备用，每组蓄电池有电瓶54个。在两组直流母线上每组装有一套直流绝缘监察装置。正常情况下，直流110VⅠ、Ⅱ段分段運行，每段母线对应的整流柜和蓄电池并列运行，整流柜带正常负荷，同时以小负荷向蓄电池组浮充电，以补偿其自放电。
2 故障的发生
2017年某月某日09：39，三单元集控5号机ASD面板发“51 110V SWGR EARTHING”报警，维护人员接到通知后和运行人员共同到配电间，查看110V直流I段就地绝缘监察装置，显示为“Rs<1K”（其报警值设置为20K），绝缘监察装置报警指示红灯亮，110VI段直流柜顶报警指示黄灯亮。尝试复位报警信号，不能复归。办理工作票后，用万用表测量两极对地电压U+e为57.8V，U-e为-59.2V，且电压稳定。此次正负极对地电压都不为零，这在以前处理直流接地故障没有遇到过。初步分析后认为110V系统应该不是某一极直接接地，故障点可能在两极之间的某处。
3 故障的分析及查找过程
首先需要说明的是本厂直流系统的特殊性。每台机组重要的负荷和保护装置，其控制电源均有两路，分别取自110V直流I段和110V直流II段。在控制电源小开关上口装设有二极管对两路电源进行隔离，当一路电源失去后，可实现另一路电源无扰切换，以保证电源可靠性。因110V直流I段和II段由二极管连接成环路，所以正常情况下，分别设置在两段上的两组绝缘监察装置只投I组。当两段间负极联络刀闸断开时，II段上的II组绝缘监察装置自动投入。此时，当断开两段间负极联络刀闸时，110V直流II组绝缘监察装置也发报警，故不能判断接地点在那一段上。联想到一年多前5号机110V直流I段接地检查时，绝缘监察装置本身发生过故障，怀疑接地点可能在I段绝缘监察装置上。将II段绝缘监察装置拆下更换到I段后报警仍不能消除，说明绝缘监察装置本身无故障。询问当班运行人员，报警发生前和直流系统相关的回路也没有任何操作。
两个月前，5号机停机进行C级检修时，110V直流系统的蓄电池全部换新，且蓄电池个数因故比原来少两块，应该对蓄电池充电回路进行检查。故先停运1号整流柜，将3号备用整流柜直流输出转换开关Q25打至“1”位，启动3号备用整流柜，接带110V直流I段母线，并依次断开I组蓄电池刀熔开关Q28，断开110V直流I段工作进线刀熔开关，报警不消失。停运3号备用整流柜，恢复1号整流柜接带110V直流I段母线。按上述步骤，依次隔离II组蓄电池和2号整流柜，报警仍不消失。恢复110V直流系统为正常运行方式。由以上操作结果推断，接地点不在整流柜和蓄电池充电回路上，也不在直流母线工作进线刀熔开关之前的线路上。 利用仪器查找直流接地故障。我厂使用的是浙江星炬的WZJD-6B微机直流系统接地检测仪。此便携式装置由超低频信号发生器、超低频信号接收器、数字信号处理器及液晶数码显示器等电路组成。超低频信号发生器产生2HZ的超低频信号，通过保护电路，由母线对地注入直流系统，检测探头卡在超低频信号注入点后面，沿线向后移动，查找接地故障，并确定接地故障点位置。如查寻线路上有接地故障，这时，超低频信号源发出的超低频信号电流经被查寻的线路及接地电阻与接地电容形成电流回路，卡在被测线路上的检测探头中产生感应电流，感应电流的大小与接地电阻和接地电容构成的阻抗成反比。阻抗越小，检测探头所产生的感应电流越大。感应电流经放大、带通滤波、相位比较、滤波、A/D转换，经CPU进行数据处理，求出接地电阻值与接地电容值，从而检测直流负荷各支路绝缘电阻。经过对110V直流系统各路负荷的检测，并未发现阻值有明显的变化，没有找到接地点。
最后用“拉路法”进行检查。先将设置双路电源的负荷，由110V直流II段供电的电源开关逐一断开，观察I段绝缘监察装置，报警一直未走。再断开负极联络刀闸，发现II段绝缘监察装置报警未发，I段报警仍在;然后将110V 直流II段上刚才断开的电源开关逐一合上，再依次断开由110V直流I段供电的电源开关。在此过程中， II段母线绝缘监察装置报警一直未发，I段报警还在。可以推断故障接地点在直流I段所连接的回路上。恢复110V直流系统为正常运行方式。最后由直流I段供电且可暂时断开的负荷就只有110V/24V直流变换器的六个电源模块了。将此电源模块电源开关按编号依次断开、合上进行观察，当检测到第四个模块时，发现绝缘监察装置报警消失，阻值恢复正常，用万用表测量110V 直流两极对地电压正常。更换此电源模块后，将24V直流系统恢复正常。查找结束，全面检查110V和24V直流系统。
4 结束语
查找直流接地故障操作的一般步骤和注意事项在这里不再赘述。直流系统在运行过程中出现的接地故障大部分属于间接接地和非金属接地，是随着自然环境的变化而不断变化的，这种动态的接地故障非常不容易查找，再加上直流系统的接入點以及回路非常复杂，一直以来都是困扰维修人员的一大难题。由于我厂双路供电的110V直流回路隔离二极管的存在，使得回路形成环路，如不首先断开环路也是不易找到接地点的，这使得我厂接地故障的查找更增加了难度。这次接地点隐藏较深，发生故障的24V直流电源模块正常运行，未发报警，这在以前没有遇到过，干扰了对故障的判断。说明24V直流电源模块内部的设计本身有缺陷，应尽早与厂家沟通，进行消除。
对于生产现场而言，我厂设备普遍运行多年，老化严重，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、雪、湿雾天气，易发生接地;还有直流串电（寄生回路）、同级两点接地、直流系统绝缘不良、多处出现虚接地点等复杂状况。所以在拉路查找时，往往更加困难。针对此次事件，应对主厂房直流系统进行一次全面排查，建立易接地设备台帐，消除存在的安全隐患。还应多方调研，加快制定直流系统的升级改造方案，消除二极管对直流系统接地查找难度的影响。另外，每周测量一次直流系统两极对地电压，形成定期机制;对运维人员加大培训力度，增强直流系统故障处理能力。
参考文献：
[1]熊信银.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2]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.
[3]郑永高，张继志.直流系统设计点滴体会[J].建筑电气，2016，35（02）：40-43.
[4]浙江星矩电力电子有限公司.WZJD-6B型便携式直流检测仪说明书[Z].
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