直流系统接地故障问题分析及排查方法

直流系统接地故障问题分析及排查方法在变电站直流系统为控制、信号、继电保护、自动装置、事故照明及操作等提供可靠的直流电源,其正常与否对变电站的安全运行至关重要。但实际运行中,由于气候环境影响、设备的维护不够恰当、直流回路中混入了交流电、寄生回路存在等原因都可能会引起直流系统接地。直流系统容易发生单点接地。虽然单点接地不引起危害,但若演变成两点接地将造成保护误动或拒动、信息指示不正确、熔断器熔断等严重事件。无论何种原因,直流接地事故都会影响其她电力设备的正常运行,严重者,会导致整个电网系统的瘫痪,造成无法挽回的重大损失保护好直流系统的正常运行就是变电站工作的重中之重,因此,对直流系统接地故障必须采取早发现、早消除、勤防范策略

一、直流系统接地的危害

直流系统一般用于变电所控制母线、合闸母线、UPS不间断电源,也用作其她电源与逻辑控制回路。直流系统就是一个绝缘系统,绝缘电阻达数十兆欧,在其正常工作时,直流系统正、负极对地绝缘电阻相等,对地电压也就是相对平衡的。当发生一点接地时,其正、负极对地电压发生变化,接地极对地电压降低,非接地极电压升高,控制回路与供电可靠性会大大降低,但一般不会引发电气控制系统的次生故障。可就是,当直流系统有两点或多点接地时,极易引起逻辑控制回路误动作、直流保险熔断,使保护及自动装置、控制回路失去电源,在复杂保护回路中同极两点接地,还可能将某些继电器短接,不能动作跳闸,致使越级跳

闸,造成事故扩大。规程严格规定:直流系统多点同极接地,应停止直流系统一切工作,也就是基于其故障性质的不确定因素。

1、直流系统正极接地的危害

当发生直流正极接地时,可能会引起保护及自动装置误动。因为一般断路器的跳合闸线圈以及继电器线圈就是与负极电源接通的,如果在这些回路上再发生另一点直流接地,就可能引起误动作。

如上图所示,A、B两点发生直流接地时,相当于将外部合闸条件全部短接,从而使合闸线圈得电误动作合闸。A、C两点接地时,则外部分闸条件被短接而误动作跳闸。A、D两点,A、F两点接地,同样都能造成开关误跳闸。

2、直流系统负极接地的危害

直流负极接地,也可能造成保护及自动装置拒绝动作。因为断路器的跳、合闸线圈以及保护继电器会在这些回路再有一点接地时,线圈被接地点短接而不能动作。同时,直流回路短路电流会使电源保险熔断,并且可能烧坏继电器接点,保险熔断会失去保护及操作电源。

如上图所示,直流接地故障发生在C、E两点,D、E两点,F、E两点接地时,分闸线圈被短接,保护动作及操作时开关拒跳。同理,两点接地开关也可能合不上,如B、E两点接地时。

直流系统接地故障,不仅对设备不利,而且对整个电力系统的安全构成威胁。因此,出现直流接地故障时,必须尽快进行查找并排除故障,避免事故扩大及造成严重后果。

二、直流系统出现接地故障的原因

按接地点所处位置的不同,可将直流接地分为室内与室外两种形式,按引起接地的原因,又可分为以下几种形式:

1、由下雨天气引起的接地。在大雨天气,雨水飘入未密封严实的户外二次接线盒,使接线桩头与外壳导通起来,引起接地。例如瓦斯继电器不装防雨罩,雨水渗入接线盒,当积水淹没接线柱时,就会发生直流接地与误跳闸。在持续的小雨天气(如梅雨天),潮湿的空气会使户外电缆芯破损处或者黑胶布包扎处,绝缘大大降低,从而引发直流接地。

2、由小动物破坏引起的接地。当二次接线盒(箱)密封不好时,蜜蜂会钻进盒里筑巢,巢穴将接线端子与外壳连接起来时,就引发直流接地。电缆外皮被老鼠咬破时,也容易引起直流接地。

3、由挤压磨损引起的接地。当二次线与转动部件(如经常开关的开关柜柜门)靠在一起时,二次线绝缘皮容易受到转动部件的磨损,当其磨破时,便造成直流接地。

4、接线松动脱落引起接地。接在断路器机构箱端子排的二次线(如10kV开关机构箱内的二次线),若螺丝未紧固,则在断路器多次跳合时接线头容易从端子中滑出,搭在铁件上引起接地。

5、误接线引起接地。在二次接线中,电缆芯的一头接在端子上运行,另一头被误认为就是备用芯或者不带电而让其裸露在铁件上,引起接地。在拆除电缆芯时,误认为电缆芯从端子排上解下来就不带电,从而不做任何绝缘包扎,当解下的电缆芯对侧还在运行时,本侧电缆芯一旦接触铁件就引发接地。

6、插件内元件损坏引起接地。为抗干扰,插件电路设计中通常在正负极与地之间并联抗干扰电容,该电容击穿时引起直流接地。

7、设备的维护不够恰当。电气设备在进行二次回路的安装过程中,容易出现电缆接头松动的现象,若就是维护与运行的操作不够规范就可能出现断线或就是人为误碰导致的直流接地,在潮湿的环境下、驱潮设备维护不当,都可能导致直流系统接地的情况产生。

8、在直流回路中混入了交流电。交流电与电压互感器的二次回路电压源窜入到直流系统中导致的直流系统接地原因有好几种,主要原因有两种,首先就是接线失误,其次就是绝缘下降。

9、寄生回路、直线寄生回路在日常的检修过程中,出现的概率较

高,它主要就是让两个直流系统间产生电联系,从而导致假接地现象的产生。这种情况的出现具有一定的偶然性,要想彻底解决这种问题,可以选择将寄生回路消除。

三、直流系统接地/绝缘故障的特征

直流系统正常时,一般正负极之间电压就是不变的,正、负之间的电压就是220V, 正级对地为110V,负级对地为-110V,其参考电位就是地电位,也就就是零电位。当有直流接地发生时,正极与负极对地电压会产生不平衡,比如正极对地还在110V 左右, 如果负极接地,那么负极对地电压幅值会减小,参考电位向负级也偏移,原来就是-55V 左右,现在可能变成-30V 等等甚至更小, 而正对地电压则会相应提高, 比如到80V 等。经过正规设计的直流系统中,发生一极接地,直流母线电源电压不变,这也就是发生一点接地时,直流系统在短时间就是可以正常工作的,不过最好查出接地点,加以消除。

四、直流系统接地/绝缘故障查找方法

1、确认直流接地故障的真实性。

直流系统一般都有绝缘监测装置,当发生直流接地故障或直流绝缘降低时,监测装置会报警。发生直流接地故障、直流绝缘降低故障报警时,首先应排除误报警的可能,可依据上节“直流系统接地故障的特征”进行测量判断。

2、在确有接地故障特征后,分清接地故障的极性,分析故障发生的原因。

3、若二次回路有工作,或有设备检修试验,应立即停止。拉开其工