直流系统接地故障查找方法的分析

直流系统接地故障查找方法的分析

[摘要] 论述了直流系统接地故障产生的原因，分析了直流系统两点接地的危害。介绍了便携式

直流接地故障接地定位仪的工作原理及在查找直流接地故障时应注意的问题进行了分析。在对直流系统了解的基础上，熟练掌握固定式绝缘检测装置和便携式直流接地故障接地定位仪的使用方法，在是正确查找和处理直流系统故障的重要途径。

[关键词] 直流接地直流系统非电量保护检测仪

0、前言

在电力系统中，断路器的操作控制回路和继电保护装置的电源都是直流电源。变电站内直流系统的支路很多，涉及面广，对户外电气设备工作环境恶劣，极易造成直流系统接地。直流系统接地的危害不仅使继电保护装置误动、拒动，还会造成直流控制的一次设备误动、拒动，以至损坏设备，甚至造成大面积停电和系统崩溃的严重后果。因此，必须重视直流系统接地故障检查和故障排除工作，当发生直流一点接地故障后快速、准确地查找、排除故障点，确保系统安全稳定运行。查找直流接地的传统方法是借助绝缘监察装置和手动拉路。

1、直流系统接地的危害性

变电站的直流系统比较复杂，通过电缆与室外配电装置的端子箱、操动机构等相连接，发生接地机会较多。直流系统发生一点接地时，由于没有短路电流流过，熔断器不会熔断。但是潜在危险性很大，必须及时排除。否则，当发生另一点接地时，就有可能使信号回路、保护回路和控制回路误动作或拒绝动作，并且有使熔断器熔断、烧坏继电器触点的可能性，导致设备损坏，造成大面积停电、系统瓦解的严重后果。

2、直流接地故障产生的主要原因

2.1基建及施工遗留的故障隐患

在变电站建设施工或改造过程中，由于施工及安装的种种问题，会遗留下电力系统故障的隐患，直流系统更是故障隐患的薄弱环节，这些环节在投产初期不易控制和检查，投运时间越长，系统接地故障的概率就越大。

2.2外力损伤

直流回路在运行过程中不可避免地要受到检查维护人员在工作过程中挤压、移动、及不当冲洗等外力造成的损伤。

2.3质量原因

因市场供应直流电缆设备质量参差不齐，质量不良的直流电缆成为一种直流接地的故障隐患。

2.4自然原因

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、气候的变化、电缆和接头的老化及设备本身的问题等而发生直流接地故障，特别是处于南方沿海地区，因经常受到台风吹袭、雷雨天气、高湿环境的影响，更不可避免地会发生直流系统接地故障。3、直流系统接地故障诊断技术的发展及现状

同其他电力系统的仪器仪表技术发展一样，直流系统接地故障的诊断技术也随着新原理、新手段的出现而不断地发展，可归纳为以下几个方法。

3.1电桥法

采用电桥法研制的绝缘监察装置结构简单，成本低廉；但功能过于单调，仅能对系统接地给予报警，不能指示故障所在支路及接地阻值。

3.2低频信号注入法

直流系统出现接地故障后，在故障母线与地之间注入一低频信号，低频电流从信号发生器流出，经过直流系统从接地点返回，如图1所示，然后用钳型电流探头逐点检测，对低频电流走向进行寻迹，首先找到接地支路，然后沿着该支路寻找接地点，根据接地点前后的低频电流出现的差别这一判据来确定接地点所在位置。

图1 低频探测原理图

该方法成功地实现了不停电查找接地点，但其检测的正确性及灵敏度受系统分布电容的影响很大。直流系统正负母线及馈线对地存在分布电容，支路电容最大时可达数微法，整个电站总电容达数十微法，当探头在某一点测量时，由于有电容电流流过，将使得操作人员难以确定是电容电流还是接地电阻电流。

3.3变频探测法

变频探测法，实际上还是低频信号注入法，只不过此时注入的信号是频率交替变化的低频信号。然后还是通过钳型电流探头，检测支路阻性电流幅值的变化，来确定接地支路与故障点。图2为变频探测法的原理图和等效回路图。

图2 变频探测法的原理图和等效回路图

如图2(a)所示，直流系统中某点出现接地故障，接地电阻值为R，在存在接地点的母线与地

之间注入幅值为U，频率为f的低频信号，用钳形电流探头在接地点前的回路某一点上测量电流信号。设测量点后的等效分布电容为C，等效电路如图2(b)所示，探头感受到的电流幅值I1由接地电阻R上的电流及分布电容C的电流两部分组成，即

经过变频以后，就将在低频注入法原理下仪器检测的阻性电流与容性电流的合成电流，转化为仅仅指示出阻性电流。当探头在接地点与信号发生器之间的母线或接地支路测量时(图2(a)中A点、B点)感受到的是阻性和容性电流的合成电流，但仪器指示出的仅是流过C点的阻性电流；而当探头在非接地支路及非接地支路之后的母线测量时(如图2(a)中D点、E点)，则探头仅感受到分布电容电流，感受不到阻性电流。因此可根据此原理对阻性电流进行寻迹。式(4)是在理想条件下得出的。实际上信号发生器输出的两种频率信号电压幅值是有差别的；探头与放大电路对两种频率信号的响应也很难做到完全一致；仪器对电流幅值计算也存在误差；这些因素会造成仪器得到的I1，I2与理想值之间有较大偏差。

4、直流系统接地故障查找方法

4.1拉回路法

拉回路法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3S。故障查找一般先从信号回路、照明回路、再操作回路、保护回路等顺序查起。由于二次系统越来越复杂，在施工或扩建中遗留有许多故障隐患，使信号回路与控制回路和保护回路已没有一个严格的区分，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。

4.2微机智能绝缘监测装置与智能直流系统接地故障定位装置结合的方法

4.2.1OPWHIP-683DB的工作原理

信号发生器从系统采样正、负、地电压、电阻信号，CPU判断是否正常。若正常则显示正常，不对系统注入任何信号；若不正常，判断是否正接地或负接地，如果是正接地就在正与地之问加入一个微弱的电流信号，如果是负接地就在负与地之问加入一个微弱的电流信号。TOPWHIP-683DB便携式直流接地故障接地定位仪对主变瓦斯回路接地时可能发生主变瓦斯保护误动情况做了改进，仪器信号输出降低功率至0.05瓦，以及仪器工作时对直流系统的电压波动在百分之五内。

4.2.2检测方法

绝缘检察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。因它受监测点安装数量的限制，很难将接地故障缩小到一个较小的范围内。

当固定绝缘检察装置正确选定直流系统某一支路后，就可用便携式直流接地故障接地定位仪进行接地点的精确查找。便携式直流接地故障接地定位仪夹在母线排或故障支路上采用树状方法查找故障。

5、使用便携式直流接地检测仪应注意的问题

5.1使用便携式直流接地检测仪引起的误动

广东省某110kV变电站，发生负极接地故障，使用“TOPWHIP-xxx”便携式直流系统接地故障定位装置”，查找接地故障。当接入“TOPWHIP-xxx”便携式直流系统接地故障定位装置”信号源时，误跳一台110kV主变，事后通过拉闸，查出重瓦斯保护出口继电器线圈回路有接地故障，但没有其它接地故障。