直流电源系统环网故障危害分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
运行情况下的等效电路图ꎬ 图 ３ ( ｂ) 为正极接地
后等效电路图ꎮ
配置 [１２] ꎬ 正常工作状态下ꎬ 只投一路ꎬ 若两路都
投则造成环网ꎮ
４) 设备内部隔离不彻底ꎮ 某些装置采用两路
电源 ( 互为备用) ꎬ 但装置内部却没有隔离或隔离
不彻底 [１３] ꎮ
５) 运行环境导致绝缘老化ꎮ 在同一电缆中ꎬ
ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔ ｉｓ ｇｉｖｅｎ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍꎻ ＤＣ ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔꎻ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ
０ 引言
１ 环网故障产生原因及危害
２２０ ｋＶ 及以上变电站运行中ꎬ 环境、 检修等
两段母线同时接地
( ｂ) 正极接地
√
算得:
√
√
√
Ｖ１ ＋ ＝ Ｖ１ / ２ ( 正常运行)
Ｖ１ ＋ ＝ ２Ｖ１ / ５ ( 正极接地)
(３)
(４)
接 地 后 正 极 对 地 电 压 变 化 量 △Ｖ ＝ Ｖ１ / ２ －
２Ｖ１ / ５ ＝ Ｖ１ / １０ꎮ 可见ꎬ 在有环网故障的情况下ꎬ 发
１１１
Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００４ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: ＤＣ ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｆａｕｌｔｓ ｉｎ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ. Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ
ｃａｕｓｅｓꎬ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｈａｚａｒｄｓ ｏｆ ｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔｓ. Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ
Ｖ１ ＋
Ｖ１ －
＝
Ｒ １Ｘ ＋ Ｒ′
(６)
Ｒ Ｘ － Ｒ′
式中ꎬ Ｖ１ ＋ ＝ ２Ｖ１ / ５ꎻ Ｖ１ － ＝ ３Ｖ１ / ５ꎻ Ｒ Ｘ － → ∞ ꎮ
代入式 ( ２) 可得: Ｒ １Ｘ ＋ ＝ ２Ｒ ＝ ２Ｒ ０ ＝ ２Ｒ Ｘ ＋ ꎮ
即发生正极环网故障后ꎬ 绝缘检测仪对于接地电阻
的计算值偏大ꎬ 是故障前的 ２ 倍ꎮ 按照告警整定值
湖 南 电 力
第 ４２ 卷第 ３ 期
ＨＵＮＡＮ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ
２０２２ 年 ６ 月
ｄｏｉ:１０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １００８￣ ０１９８ ２０２２ ０３ ０２２
直流电源系统环网故障危害分析
曹文彬ꎬ 罗威ꎬ 陈瑞珍
( 国网湖南省电力有限公司超高压变电公司ꎬ 湖南 长沙 ４１０００４)
图 １ 直流环网故障
１ １ 环网故障产生的原因
直流电源系统环网故障产生的原因主要有三
种ꎬ 即运行环境影响、 检修施工操作不正确、 设备
本身故障ꎮ 具体原因如下:
收稿日期: ２０２２￣０３￣１４ 修回日期: ２０２２￣０３￣２８
１１０
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
故发生接地时ꎬ 接地极对地电阻减小ꎬ 而所分得电
压降低ꎮ
２) 当直流系统发生单极环网时ꎬ 其等效电路
如图 ４ 所 示ꎮ 由 开 关 Ｋ１、 Ｋ２ 模 拟 环 网 类 型ꎮ 当
Ｋ１ 闭合时ꎬ 即发生正极环网ꎬ 如图 ４ 所示ꎮ
( ｃ) 负极环网
图 ２ 直流环网故障示意
( ｄ) 异极环网
表 １ 环网故障的危害
极环网故障情况下ꎬ 负极平衡桥电阻对地构成的分
降低ꎮ
压效果同单极环网故障时的情况ꎮ 设正极发生接
同样电阻检测敏感度也降低ꎬ 直流系统绝缘检
测仪对系统正负极绝缘电阻的计算ꎬ 是根据正负极
电压采样值进行的ꎮ 设正极对地绝缘电阻计算值为
Ｒ ｘ＋ ꎬ 负极对地绝缘接地电阻计算值为 Ｒ ｘ－ ꎬ 则有:
Ｖ１ ＋
火灾、 蓄电池组寿命缩短等严重后果 [７－９] ꎬ 故正常
运行方式下ꎬ 禁止两套直流电源系统长时间环网
运行ꎮ
本文分析环网故障产生原因、 环网类型ꎬ 构建
直流电源系统不同环网情况下的等效电路ꎬ 重点从
电路结构的角度分析环网危害的电压表现形式ꎬ 阐
述环网故障危害的本质ꎬ 最后结合环网故障的物理
现象给出环网故障的判断方法ꎮ
Ｖ１ －
式中ꎬ Ｒ′ ＝
ＲＸ ＋ ＲＸ －
ＲＸ ＋ ＋ ＲＸ －
＝
Ｒ Ｘ ＋ Ｒ′
(５)
Ｒ Ｘ － Ｒ′
地ꎬ 则绝缘检测仪对于电压和接地电阻的计算结果
同单极环网的情况ꎬ 即 Ｒ ２Ｘ＋ ＝ Ｒ １Ｘ＋ ＝ ２Ｒ ＝ ２Ｒ Ｘ＋ ꎮ 因
此ꎬ 两极环网同样会造成接地故障监测灵敏度降
低、 保护误动机会增加等危害ꎮ
因素常常导致两套独立运行的直流电源系统发生非
正常的电气连接
直流环网
[３－４]
[１－２]
ꎬ 这种电气连接被形象地称为
文献 [１０] 规定当图 １ 中环网电阻小于 ２０ ｋΩ
时ꎬ 应发出环网故障声光报警信号ꎮ
ꎮ 环网故障是直流电源系统绝缘故障
的常见形式之一 [５－６] ꎮ 直流电源系统和负载供电的
方式导致环网故障ꎬ 将造成保护装置误动、 拒动、
第 ４２ 卷第 ４ 期
曹文彬等: 直流电源系统环网故障危害分析
１) 接线时打混ꎮ 大修技改施工时ꎬ 由于电缆
较多ꎬ 接线时易混接ꎬ 导致某个负载由Ⅰ段正极
２０２２ 年 ８ 月
１ ２ １ 单极环网
所谓单极环网ꎬ 是指两套直流电源系统发生同
( 负极) 和Ⅱ段负极 ( 正极) 供电ꎮ 这是属于较隐
图 ５ 直流系统两极环网等效电路
图 ７ 空开级差配合失效原理
１１２
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
第 ４２ 卷第 ４ 期
２０２２ 年 ８ 月
曹文彬等: 直流电源系统环网故障危害分析
１ ２ ３ 异极环网
异极环网指一段直流电源的正极 ( 负极) 与
源向其提供短路电流ꎻ 而发生环网时ꎬ 将由两段直
流电源向其提供短路电流ꎬ 短路电流增大ꎮ 而空开
因而系统无法正常接地告警ꎬ 大大降低了接地告警
级差配合是根据单套直流电源系统整定值进行ꎬ 因
的灵敏度ꎮ
此ꎬ 环网故障极易引起直流空开越级跳闸ꎬ 使级差
除此之外ꎬ 当环网故障发生时ꎬ 电压钳制的作
配合失效ꎬ 扩大事故面积ꎮ
环网ꎬ 如蓄电池组检修试验中ꎬ 在退出被试蓄电池
组前需合母联ꎮ
３) 双电源负载ꎮ 重要的保护回路采用双电源
１) 正常情况下独立运行的直流电源系统等效
算结果无影响) ꎮ Ｒ 为平衡桥电阻ꎬ Ｒ ０ 为接地电阻
( 为分析方便ꎬ 设 Ｒ ＝ Ｒ ０ ) ꎬ Ｖ１ 为 母 线 电 压ꎬ Ｖ１＋ 、
Ｖ１－ 分别为正负极母线对地电压ꎮ 图 ３ ( ａ) 为正常
ｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔｓ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｓｓｅｎｃｅ ｏｆ ｌｏｏｐ
ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔ ｈａｚａｒｄｓ ｉｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ. Ｆｉｎａｌｌｙꎬ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔꎬ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ
２) 如图 ６ 所示ꎬ ２ 套直流系统发生两极环网
将产生环流ꎬ 当电缆直径较小时ꎬ 流过的环流产生
较大的热量ꎬ 积聚的热量将导致火灾ꎮ 其次ꎬ 禁止
两段直流电源系统环网的另一个重要原因是蓄电池
ꎮ
组不能长期并联运行ꎬ 否则自放电的差异导致蓄电
发生正 极 环 网 前ꎬ 如 图 ３ 所 示ꎬ 代 入 Ｖ１ ＋ ＝
极性的互窜ꎬ 即正极与正极或负极与负极互窜ꎮ
发现ꎮ
电路如图 ３ 所示 ( 略去电容ꎬ 因稳态下电容对计
蔽的类型ꎬ 由于负载可正常供电ꎬ 运行中不易被
２) 倒 负 荷 操 作ꎮ 将 某 负 荷 转 到 另 一 段 母 线
后ꎬ 未断开原来供电的负荷开关ꎬ 导致该负荷由两
段母线同时供电 [１１] ꎬ 从而产生环网ꎬ 造成了双极
摘 要: 环网故障是直流电源系统绝缘故障的常见形式之一ꎮ 分析环网故障产生的原
因、 类型和危害ꎬ 结合直流电源系统等效电路ꎬ 着重从电路结构的角度阐述各种环网故
障的电压表现形式ꎬ 揭示环网故障危害的本质ꎮ 最后根据环网故障的物理现象ꎬ 给出判
断环网故障的具体操作方法ꎮ
关键词: 直流电源系统ꎻ 环网故障ꎻ 等效电路
Ｖ１ ＋ ＝ Ｖ１ / ２ ( 正常运行)
(１)
Ｖ１ ＋ ＝ Ｖ１ / ３ ( 正极接地)
(２)
接地 后 正 极 对 地 电 压 变 化 量 △Ｖ ＝ Ｖ１ / ２ －
Ｖ１ / ３ ＝ Ｖ１ / ６ꎮ 故发生接地后正极对地电压变小ꎬ 且
变化量为母线电压的 １ / ６ꎮ 这是因为母线对地电压
是由母线实际对地电阻分压决定的 ( 正比关系) ꎬ
用还可能导致当其中一段母线接地告警时另外一段
母线也同时告警ꎮ
１ ２ ２ 两极环网
两极环网ꎬ 指的是直流系统正极与正极、 负极
与负极同时发生电气连接ꎮ 将图 ４ 中 Ｋ１、 Ｋ２ 同时
闭合ꎬ 即构成两极环网ꎬ 如图 ５ 所示ꎮ
( ａ) 正常运行
( ｂ) 正极接地
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
第 ４２ 卷第 ４ 期
湖 南 电 力
生接地后正极对地电压变化量为母线电压的 １ / １０ꎬ
２０２２ 年 ８ 月
１) 两套直流电源系统平衡桥电阻相等ꎬ 故两
小于 环 网 前 的 电 压 变 化 量ꎬ 即 电 压 变 化 敏 感 性
Ⅱ段直流电源的负极 ( 正极) 发生电气联系ꎬ 通
常由负载接线错误导致ꎮ 异极环网如图 ８ 所示ꎬ Ｒ ｊ
表示负载电阻 ( 环网等效电阻) ꎮ
环网ꎬ 环网电阻为零) ꎮ
２ ３ 电压调节法
电压互相钳制是环网故障最直观的物理现象ꎬ
因此可人为地调节其中一段母线电压ꎬ 通过观察两
分属两段母线的供电电缆内部破损造成环网 [１４] ꎻ
蓄电池组或者充电机输出电缆共用一个通道ꎬ 运行
时间长导致电缆破损产生环网ꎮ
１ ２ 环网故障危害及其原理分析
直流电源系统环网故障的类型如图 ２ 所示ꎬ 有
正极环 网、 负 极 环 网、 两 极 环 网、 异 极 环 网 [１５] ꎮ
环网造成的危害主要有: 降低绝缘监测仪灵敏度、
为 ２５ ｋΩ 计算ꎬ 当发生单极环网时ꎬ 若有一个电阻
为 ２５ ｋΩ 的接地故障ꎬ 由于实测的电阻值为５０ ｋΩꎬ
图 ６ 两套直流系统环流等效电路
３) 空气开关装置 ( 以下简称 “ 空开” ) 级差
配合失效ꎮ 直流电源系统的某一点发生短路时ꎬ 如
图 ７ 所示ꎬ 正常情况下将只由短路点所属的直流电
中图分类号: ＴＭ４５ ２ 文献标志码: Ｂ
文章编号: １００８￣ ０１９８(２０２２)０３￣ ０１１０￣ ０５
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｌｏｏｐ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｆａｕｌｔ Ｈａｒｍ ｉｎ ＤＣ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ
ＣＡＯ Ｗｅｎｂｉｎꎬ ＬＵＯ Ｗｅｉꎬ ＣＨＥＮ Ｒｕｉｚｈｅｎ
( Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｈｕｎａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｅｘｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙꎬ
环网故障名称
引起火灾
降低蓄电池寿命
空开级差配合失效
接地告警灵敏度下降
保护误动机会增加
两极环网 正极环网 负极环网 异极环网
( ａ) 正常运行
√
图 ４ 直流系统正极环网等效电路
√
√
√
√
√
√
√
引起接地故障告警
√
√
设 Ｖ１ ＝ Ｖ２ ꎬ 根据叠加定理ꎬ 发生正极接地后计
√
保护拒动
池组欠充、 过充ꎬ 缩短蓄电池组使用寿命ꎮ
Ｖ１ / ２、 Ｖ１ － ＝ Ｖ１ / ３ꎬ Ｒ Ｘ － → ∞ ꎬ 得 出 Ｒ Ｘ＋ ＝ Ｒ ０ ＝ Ｒꎻ
此时绝缘检测仪对于接地电阻的计算是准确的ꎮ
发生正极环网后ꎬ 如图 ４ 所示ꎬ 设此时正极绝
缘电阻计算值为 Ｒ １Ｘ＋ ꎬ 绝缘检测仪对于接地电阻的
计算值按照下式确定:
增加保护误动机会、 导致两段母线同时接地、 引起
火灾、 使空开级差配合失效、 使直流电源系统单极
对地电压超过母线电压等６－１７]
ꎬ 见表 １ꎮ
( ａ) 正常运行
( ｂ) 正极接地
图 ３ 直流电源系统等效电路
根据电阻分压原理:
后等效电路图ꎮ
配置 [１２] ꎬ 正常工作状态下ꎬ 只投一路ꎬ 若两路都
投则造成环网ꎮ
４) 设备内部隔离不彻底ꎮ 某些装置采用两路
电源 ( 互为备用) ꎬ 但装置内部却没有隔离或隔离
不彻底 [１３] ꎮ
５) 运行环境导致绝缘老化ꎮ 在同一电缆中ꎬ
ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔ ｉｓ ｇｉｖｅｎ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍꎻ ＤＣ ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔꎻ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ
０ 引言
１ 环网故障产生原因及危害
２２０ ｋＶ 及以上变电站运行中ꎬ 环境、 检修等
两段母线同时接地
( ｂ) 正极接地
√
算得:
√
√
√
Ｖ１ ＋ ＝ Ｖ１ / ２ ( 正常运行)
Ｖ１ ＋ ＝ ２Ｖ１ / ５ ( 正极接地)
(３)
(４)
接 地 后 正 极 对 地 电 压 变 化 量 △Ｖ ＝ Ｖ１ / ２ －
２Ｖ１ / ５ ＝ Ｖ１ / １０ꎮ 可见ꎬ 在有环网故障的情况下ꎬ 发
１１１
Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００４ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: ＤＣ ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｆａｕｌｔｓ ｉｎ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ. Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ
ｃａｕｓｅｓꎬ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｈａｚａｒｄｓ ｏｆ ｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔｓ. Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ
Ｖ１ ＋
Ｖ１ －
＝
Ｒ １Ｘ ＋ Ｒ′
(６)
Ｒ Ｘ － Ｒ′
式中ꎬ Ｖ１ ＋ ＝ ２Ｖ１ / ５ꎻ Ｖ１ － ＝ ３Ｖ１ / ５ꎻ Ｒ Ｘ － → ∞ ꎮ
代入式 ( ２) 可得: Ｒ １Ｘ ＋ ＝ ２Ｒ ＝ ２Ｒ ０ ＝ ２Ｒ Ｘ ＋ ꎮ
即发生正极环网故障后ꎬ 绝缘检测仪对于接地电阻
的计算值偏大ꎬ 是故障前的 ２ 倍ꎮ 按照告警整定值
湖 南 电 力
第 ４２ 卷第 ３ 期
ＨＵＮＡＮ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ
２０２２ 年 ６ 月
ｄｏｉ:１０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １００８￣ ０１９８ ２０２２ ０３ ０２２
直流电源系统环网故障危害分析
曹文彬ꎬ 罗威ꎬ 陈瑞珍
( 国网湖南省电力有限公司超高压变电公司ꎬ 湖南 长沙 ４１０００４)
图 １ 直流环网故障
１ １ 环网故障产生的原因
直流电源系统环网故障产生的原因主要有三
种ꎬ 即运行环境影响、 检修施工操作不正确、 设备
本身故障ꎮ 具体原因如下:
收稿日期: ２０２２￣０３￣１４ 修回日期: ２０２２￣０３￣２８
１１０
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
故发生接地时ꎬ 接地极对地电阻减小ꎬ 而所分得电
压降低ꎮ
２) 当直流系统发生单极环网时ꎬ 其等效电路
如图 ４ 所 示ꎮ 由 开 关 Ｋ１、 Ｋ２ 模 拟 环 网 类 型ꎮ 当
Ｋ１ 闭合时ꎬ 即发生正极环网ꎬ 如图 ４ 所示ꎮ
( ｃ) 负极环网
图 ２ 直流环网故障示意
( ｄ) 异极环网
表 １ 环网故障的危害
极环网故障情况下ꎬ 负极平衡桥电阻对地构成的分
降低ꎮ
压效果同单极环网故障时的情况ꎮ 设正极发生接
同样电阻检测敏感度也降低ꎬ 直流系统绝缘检
测仪对系统正负极绝缘电阻的计算ꎬ 是根据正负极
电压采样值进行的ꎮ 设正极对地绝缘电阻计算值为
Ｒ ｘ＋ ꎬ 负极对地绝缘接地电阻计算值为 Ｒ ｘ－ ꎬ 则有:
Ｖ１ ＋
火灾、 蓄电池组寿命缩短等严重后果 [７－９] ꎬ 故正常
运行方式下ꎬ 禁止两套直流电源系统长时间环网
运行ꎮ
本文分析环网故障产生原因、 环网类型ꎬ 构建
直流电源系统不同环网情况下的等效电路ꎬ 重点从
电路结构的角度分析环网危害的电压表现形式ꎬ 阐
述环网故障危害的本质ꎬ 最后结合环网故障的物理
现象给出环网故障的判断方法ꎮ
Ｖ１ －
式中ꎬ Ｒ′ ＝
ＲＸ ＋ ＲＸ －
ＲＸ ＋ ＋ ＲＸ －
＝
Ｒ Ｘ ＋ Ｒ′
(５)
Ｒ Ｘ － Ｒ′
地ꎬ 则绝缘检测仪对于电压和接地电阻的计算结果
同单极环网的情况ꎬ 即 Ｒ ２Ｘ＋ ＝ Ｒ １Ｘ＋ ＝ ２Ｒ ＝ ２Ｒ Ｘ＋ ꎮ 因
此ꎬ 两极环网同样会造成接地故障监测灵敏度降
低、 保护误动机会增加等危害ꎮ
因素常常导致两套独立运行的直流电源系统发生非
正常的电气连接
直流环网
[３－４]
[１－２]
ꎬ 这种电气连接被形象地称为
文献 [１０] 规定当图 １ 中环网电阻小于 ２０ ｋΩ
时ꎬ 应发出环网故障声光报警信号ꎮ
ꎮ 环网故障是直流电源系统绝缘故障
的常见形式之一 [５－６] ꎮ 直流电源系统和负载供电的
方式导致环网故障ꎬ 将造成保护装置误动、 拒动、
第 ４２ 卷第 ４ 期
曹文彬等: 直流电源系统环网故障危害分析
１) 接线时打混ꎮ 大修技改施工时ꎬ 由于电缆
较多ꎬ 接线时易混接ꎬ 导致某个负载由Ⅰ段正极
２０２２ 年 ８ 月
１ ２ １ 单极环网
所谓单极环网ꎬ 是指两套直流电源系统发生同
( 负极) 和Ⅱ段负极 ( 正极) 供电ꎮ 这是属于较隐
图 ５ 直流系统两极环网等效电路
图 ７ 空开级差配合失效原理
１１２
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
第 ４２ 卷第 ４ 期
２０２２ 年 ８ 月
曹文彬等: 直流电源系统环网故障危害分析
１ ２ ３ 异极环网
异极环网指一段直流电源的正极 ( 负极) 与
源向其提供短路电流ꎻ 而发生环网时ꎬ 将由两段直
流电源向其提供短路电流ꎬ 短路电流增大ꎮ 而空开
因而系统无法正常接地告警ꎬ 大大降低了接地告警
级差配合是根据单套直流电源系统整定值进行ꎬ 因
的灵敏度ꎮ
此ꎬ 环网故障极易引起直流空开越级跳闸ꎬ 使级差
除此之外ꎬ 当环网故障发生时ꎬ 电压钳制的作
配合失效ꎬ 扩大事故面积ꎮ
环网ꎬ 如蓄电池组检修试验中ꎬ 在退出被试蓄电池
组前需合母联ꎮ
３) 双电源负载ꎮ 重要的保护回路采用双电源
１) 正常情况下独立运行的直流电源系统等效
算结果无影响) ꎮ Ｒ 为平衡桥电阻ꎬ Ｒ ０ 为接地电阻
( 为分析方便ꎬ 设 Ｒ ＝ Ｒ ０ ) ꎬ Ｖ１ 为 母 线 电 压ꎬ Ｖ１＋ 、
Ｖ１－ 分别为正负极母线对地电压ꎮ 图 ３ ( ａ) 为正常
ｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔｓ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｓｓｅｎｃｅ ｏｆ ｌｏｏｐ
ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔ ｈａｚａｒｄｓ ｉｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ. Ｆｉｎａｌｌｙꎬ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔꎬ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ
２) 如图 ６ 所示ꎬ ２ 套直流系统发生两极环网
将产生环流ꎬ 当电缆直径较小时ꎬ 流过的环流产生
较大的热量ꎬ 积聚的热量将导致火灾ꎮ 其次ꎬ 禁止
两段直流电源系统环网的另一个重要原因是蓄电池
ꎮ
组不能长期并联运行ꎬ 否则自放电的差异导致蓄电
发生正 极 环 网 前ꎬ 如 图 ３ 所 示ꎬ 代 入 Ｖ１ ＋ ＝
极性的互窜ꎬ 即正极与正极或负极与负极互窜ꎮ
发现ꎮ
电路如图 ３ 所示 ( 略去电容ꎬ 因稳态下电容对计
蔽的类型ꎬ 由于负载可正常供电ꎬ 运行中不易被
２) 倒 负 荷 操 作ꎮ 将 某 负 荷 转 到 另 一 段 母 线
后ꎬ 未断开原来供电的负荷开关ꎬ 导致该负荷由两
段母线同时供电 [１１] ꎬ 从而产生环网ꎬ 造成了双极
摘 要: 环网故障是直流电源系统绝缘故障的常见形式之一ꎮ 分析环网故障产生的原
因、 类型和危害ꎬ 结合直流电源系统等效电路ꎬ 着重从电路结构的角度阐述各种环网故
障的电压表现形式ꎬ 揭示环网故障危害的本质ꎮ 最后根据环网故障的物理现象ꎬ 给出判
断环网故障的具体操作方法ꎮ
关键词: 直流电源系统ꎻ 环网故障ꎻ 等效电路
Ｖ１ ＋ ＝ Ｖ１ / ２ ( 正常运行)
(１)
Ｖ１ ＋ ＝ Ｖ１ / ３ ( 正极接地)
(２)
接地 后 正 极 对 地 电 压 变 化 量 △Ｖ ＝ Ｖ１ / ２ －
Ｖ１ / ３ ＝ Ｖ１ / ６ꎮ 故发生接地后正极对地电压变小ꎬ 且
变化量为母线电压的 １ / ６ꎮ 这是因为母线对地电压
是由母线实际对地电阻分压决定的 ( 正比关系) ꎬ
用还可能导致当其中一段母线接地告警时另外一段
母线也同时告警ꎮ
１ ２ ２ 两极环网
两极环网ꎬ 指的是直流系统正极与正极、 负极
与负极同时发生电气连接ꎮ 将图 ４ 中 Ｋ１、 Ｋ２ 同时
闭合ꎬ 即构成两极环网ꎬ 如图 ５ 所示ꎮ
( ａ) 正常运行
( ｂ) 正极接地
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
第 ４２ 卷第 ４ 期
湖 南 电 力
生接地后正极对地电压变化量为母线电压的 １ / １０ꎬ
２０２２ 年 ８ 月
１) 两套直流电源系统平衡桥电阻相等ꎬ 故两
小于 环 网 前 的 电 压 变 化 量ꎬ 即 电 压 变 化 敏 感 性
Ⅱ段直流电源的负极 ( 正极) 发生电气联系ꎬ 通
常由负载接线错误导致ꎮ 异极环网如图 ８ 所示ꎬ Ｒ ｊ
表示负载电阻 ( 环网等效电阻) ꎮ
环网ꎬ 环网电阻为零) ꎮ
２ ３ 电压调节法
电压互相钳制是环网故障最直观的物理现象ꎬ
因此可人为地调节其中一段母线电压ꎬ 通过观察两
分属两段母线的供电电缆内部破损造成环网 [１４] ꎻ
蓄电池组或者充电机输出电缆共用一个通道ꎬ 运行
时间长导致电缆破损产生环网ꎮ
１ ２ 环网故障危害及其原理分析
直流电源系统环网故障的类型如图 ２ 所示ꎬ 有
正极环 网、 负 极 环 网、 两 极 环 网、 异 极 环 网 [１５] ꎮ
环网造成的危害主要有: 降低绝缘监测仪灵敏度、
为 ２５ ｋΩ 计算ꎬ 当发生单极环网时ꎬ 若有一个电阻
为 ２５ ｋΩ 的接地故障ꎬ 由于实测的电阻值为５０ ｋΩꎬ
图 ６ 两套直流系统环流等效电路
３) 空气开关装置 ( 以下简称 “ 空开” ) 级差
配合失效ꎮ 直流电源系统的某一点发生短路时ꎬ 如
图 ７ 所示ꎬ 正常情况下将只由短路点所属的直流电
中图分类号: ＴＭ４５ ２ 文献标志码: Ｂ
文章编号: １００８￣ ０１９８(２０２２)０３￣ ０１１０￣ ０５
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｌｏｏｐ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｆａｕｌｔ Ｈａｒｍ ｉｎ ＤＣ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ
ＣＡＯ Ｗｅｎｂｉｎꎬ ＬＵＯ Ｗｅｉꎬ ＣＨＥＮ Ｒｕｉｚｈｅｎ
( Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｈｕｎａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｅｘｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙꎬ
环网故障名称
引起火灾
降低蓄电池寿命
空开级差配合失效
接地告警灵敏度下降
保护误动机会增加
两极环网 正极环网 负极环网 异极环网
( ａ) 正常运行
√
图 ４ 直流系统正极环网等效电路
√
√
√
√
√
√
√
引起接地故障告警
√
√
设 Ｖ１ ＝ Ｖ２ ꎬ 根据叠加定理ꎬ 发生正极接地后计
√
保护拒动
池组欠充、 过充ꎬ 缩短蓄电池组使用寿命ꎮ
Ｖ１ / ２、 Ｖ１ － ＝ Ｖ１ / ３ꎬ Ｒ Ｘ － → ∞ ꎬ 得 出 Ｒ Ｘ＋ ＝ Ｒ ０ ＝ Ｒꎻ
此时绝缘检测仪对于接地电阻的计算是准确的ꎮ
发生正极环网后ꎬ 如图 ４ 所示ꎬ 设此时正极绝
缘电阻计算值为 Ｒ １Ｘ＋ ꎬ 绝缘检测仪对于接地电阻的
计算值按照下式确定:
增加保护误动机会、 导致两段母线同时接地、 引起
火灾、 使空开级差配合失效、 使直流电源系统单极
对地电压超过母线电压等６－１７]
ꎬ 见表 １ꎮ
( ａ) 正常运行
( ｂ) 正极接地
图 ３ 直流电源系统等效电路
根据电阻分压原理: