《电力系统继电保护实用技术问答(第二版)》第九章

第九章电气二次回路
1．什么是电气一次设备和一次回路?什么是电气二次设备和二次回路?
答：一次设备是指直接生产、输送和分配电能的高压电气设备。

它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。

由一次设备相互连接，构成发电、输电、配电或进行其它生产的电气回路称为一次回路或一次接线系统。

二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。

如熔断器、控制开关、继电器、控制电缆等。

由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路或二次接线系统。

2．哪些回路属于连接保护装置的二次回路?
答：连接保护装置的二次回路有以下几种回路：
(1)从电流互感器、电压互感器二次侧端子开始到有关继电保护装置的二次回路(对多油断路器或变压器等套管互感器，自端子箱开始)。

(2)从继电保护直流分路熔丝开始到有关保护装置的二次回路。

(3)从保护装置到控制屏和中央信号屏间的直流回路。

(4)继电保护装置出口端子排到断路器操作箱端子排的跳、合闸回路。

3．举例简述二次回路的重要性。

答：二次回路的故障常会破坏或影响电力生产的正常运行。

例如若某变电所差动保护的二次回路接线有错误，则当变压器带的负荷较大或发生穿越性相间短路时。

就会发生误跳闸；若线路保护接线有错误时，一旦系统发生故障，则可能会使断路器该跳闸的不跳闸。

不该跳闸的却跳了闸，就会造成设备损坏、电力系统瓦解的大事故；若测量回路有问题，就将影响计量，少收或多收用户的电费。

同时也难以判定电能质量是否合格。

因此，二次回路虽非主体，但它在保证电力生产的安全，向用户提供合格的电能等方面都起着极其重要的作用。

4．什么是二次回路标号?二次回路标号的基本原则是什么?
答：为便于安装、运行和维护，在二次回路中的所有设备间的连线都要进行标号，这就是二次回路标号。

标号一般采用数字或数字和文字的组合，它表明了回路的性质和用途。

回路标号的基本原则是：凡是各设备间要用控制电缆经端子排进行联系的．都要按回路原则进行标号。

此外，某些装在屏顶上的设备与屏内设备的连接。

也需要经过端子排，此时屏顶设备就可看作是屏外设备，而在其连接线上同样按回路编号原则给以相应的标号。

为了明确起见，对直流回路和交流回路采用不同的标号方法，而在交、直流回路中，对
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各种不同的回路又赋于不同的数字符号，因此在二次回路接线图中，我们看到标号后，就能知道这一回路的性质而便于维护和检修。

5．二次回路标号的基本方法是什么?
答：(1)用三位或三位以下的数字组成，需要标明回路的相别或某些主要特征时，可在数字标号的前面(或后面)增注文字符号。

(2)按“等电位”的原则标注，即在电气回路中，连于一点上的所有导线(包括接触连接的可折线段)须标以相同的回路标号。

(3)电气设备的触点、线圈、电阻、电容等元件所间隔的线段，即看为不同的线段，一般给予不同的标号；对于在接线图中不经过端子而在屏内直接连接的回路，可不标号。

6．简述直流回路的标号细则。

答：(1)对于不同用途的直流回路，使用不同的数字范围，如控制和保护回路用001～099 及l～599，励磁回路用601～699。

(2)控制和保护回路使用的数字标号，按熔断器所属的回路进行分组，每一百个数分为一组，如101～199，201～299，301～399，…，其中每段里面先按正极性回路(编为奇数)由小到大。

再编负极性回路(偶数)由大到小，如100，10l，103，133，…，142，140，…。

(3)信号回路的数字标号，按事故、位置、预告、指挥信号进行分组，按数字大小进行
排列。

(4)开关设备、控制回路的数字标号组，应按开关没备的数字序号进行选取。

例如有3个控制开关1KK、2KK、3KK，则1KK对应的控制回路数字标号选101～199，2KK所对应的选201～299，3KK对应的选301～399。

(5)正极回路的线段按奇数标号，负极回路的线段按偶数标号；每经过回路的主要压降元(部)件(如线圈、绕组、电阻等)后，即行改变其极性，其奇偶顺序即随之改变。

对不能标明极性或其极性在工作中改变的线段，可任选奇数或偶数。

(6)对于某些特定的主要回路通常给予专用的标号组。

例如：正电源为101、201，负电源为102、202；合闸回路中的绿灯回路为105、205、305、405；跳闸回路中的红灯回路编号为35、135、235、…等。

7．简述交流回路的标号细则。

答：(1)交流回路按相别顺序标号，它除用三位数字编号外，还加有文字标号以示区别。

例如A411、B411、C411，如表9-1所示。

(2)对于不同用途的交流回路，使用不同的数字组，如表9-2所示。

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电流回路的数字标号，一般以十位数字为一组。

如A401～A409，B401～B409，C401～C409，…，A591～A599，B591～B599。

若不够亦可以20位数为一组，供一套电流互感器之用。

几组相互并联的电流互感器的并联回路，应先取数字组中最小的一组数字标号。

不同相的电流互感器并联时，并联回路应选任何一相电流互感器的数字组进行标号。

电压回路的数字标号，应以十位数字为一组。

如A601～A609，B601～B609，C601～C609，A791～A799，…，以供一个单独互感器回路标号之用。

(3)电流互感器和电压互感器的回路，均须在分配给它们的数字标号范围内，自互感器引出端开始，按顺序编号，例如“TA”的回路标号用411～419，“2TV”的回路标号用621～629等。

(4)某些特定的交流回路(如母线电流差动保护公共回路、绝缘监察电压表的公共回路等)给予专用的标号组。

8．二次回路电缆芯线和导线截面的选择原则是什么?
答：(1)按机械强度要求。

铜芯控制电缆或绝缘导线的芯线最小截面为：连接强电端子的不应小于1.5mm2；连接弱电端子的直径不应小于0.5mm。

(2)按电气性能要求。

1)在保护和测量仪表中，电流回路的导线截面不应小于2.5mm2。

2)在保护装置中，电流回路的导线截面还应根据电流互感器1e％误差曲线进行校核。

在差动保护装置中，如电缆芯线或导线线芯的截面过小，将因误差过大会导致保护误动作。

3)在电压回路中，应按允许的电压降选择电缆芯线或导线线芯的截面：电压互感器至计费用电能表的电压降不得超过电压互感器二次额定电压的0.5％；在正常负荷下，至测量仪表的电压降不得超过其额定电压的3％；当全部保护装置动作和接人全部测量仪表(即电压互感器负荷最大)时，至保护和自动装置的电压降不得超过其额定电压的3％。

4)在操作回路中，应按在正常最大负荷下，至各设备的电压降不得超过其额定电压的10％进行校核。

9．怎样计算保护装置电流回路用控制电缆缆芯的截面?
答：保护装置电流回路用控制电缆截面的选择是根据电流互感器的10％误差曲线进行的。

选择时，首先确定保护装置一次计算电流倍数m，根据m值再由电流互感器10％误差曲线查出其允许负载阻抗数值
Z。

在计算m时，如缺乏实际系统的最大短路电流值，可按断路
1
器的遮断容量选取最大短路电流。

控制电缆缆芯截面的计算公式为
310
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)
(32211Z Z K Z L
K S --=γ (9-1)
式中 γ——电导系数，铜取57
2
mm m
•Ω；
1Z ——根据保护装置一次计算电流倍数m ，在电流互感器10％误差曲线上查出的电流 互感器允许二次负荷阻抗值； 2Z ——继电器的阻抗，Ω；
3Z ——接触电阻，在一般情况下等于0.05～0.1Ω； L ——电缆长度，m ；
1K ——连接导线的阻抗换算系数； 2K ——继电器的阻抗换算系数。

10．怎样计算电压回路用控制电缆缆芯的截面?
答：电压回路用控制电缆，按允许电压降来选择电缆芯截面。

特别是，电磁型电压校正 器的连接电缆芯的截面(铜芯)不得小于4mm 2。

按允许电压降来选择，电缆芯截面，其计算公式(只考虑有功电压降)为
S L
U P K U L γ⨯=∆3 (9-2)
式中 P ——电压互感器每一相负荷，V A ； L U ——电压互感器二次线电压，V ； γ——电导系数，铜取57死；弋面‘ S ——电缆芯截面，mm 2； L ——电缆长度，m ；
K ——连接导线的阻抗换算系数。

对于三相星形接线取l ； 对于两相星形接线取√3；对于单相接线取2。

11．怎样计算控制和信号回路用控制电缆缆芯的截面?
答：控制、信号回路用的电缆芯，根据机械强度条件选择，铜芯电缆芯的截面不应小于 1.5mm 2。

但在某些情况下(如采用压缩空气断路器时)合闸回路和跳闸回路流过的电流较大， 则产生的电压降也较大。

为了使断路器可靠动作，此时需根据电缆中允许电压降来校验电缆 芯截面，以确定1.5mm 2截面是否能满足允许电压降的要求。

一般操作回路按正常最大负荷下 至各设备的电压降不得超过10％的条件校验控制电缆芯截面。

控制电缆的允许长度L 计算为 max
1002(%)I S U U L N ⨯⨯∆=
γ
(9-3)
式中 U ∆(％)——控制线圈正常工作时允许的电压降，取10； N U ——直流额定电压，取220V ； max I ——流过控制线圈的最大电流，A ； S ——电缆芯截面，mm 2；
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γ ——电导系数，铜取2
57mm m
•Ω。

12．怎样测量一路的二次线整体绝缘?应注意哪些问题?
答：测量项目有电流回路对地、电压回路对地、直流回路对地、信号回路对地、正极对 跳闸回路、各回路间等。

如需测所有回路对地，应将它们用线连起来测量。

测量时应注意的是：①断开本路交直流电源；②断开与其它回路的连线；③拆除电路的 接地点；①测量完毕应恢复原状。

13．熔断器熔丝校验的基本要求是什么？ 答：熔断器熔丝校验的基本要求是：
(1)可熔熔丝应长时间内承受其铭牌上所规定的额定电流值。

(2)当电流值为最小试验值时，可熔熔丝的熔断时间应大于1h 。

(3)当电流值为最大试验值时，可熔熔丝应在1h 内熔断(最小试验电流值、最大试验电 流值，对于不同型式、不同规格的熔丝，有一定的电流倍数，可查厂家数据和有关规程)。

14．电压互感器二次回路中熔断器的配置原则是什么?
答：(1)在电压互感器二次回路的出口，应装设总熔断器或自动开关，用以切除二次回 路的短路故障。

自动调节励磁装置及强行励磁用的电压互感器的二次侧不得装设熔断器，因 为熔断器熔断会使它们拒动或误动。

(2)若电压互感器二次回路发生故障，由于延迟切断二次回路故障时间可能使保护装置 和自动装置发生误动作或拒动，因此应装设监视电压回路完好的装置。

此时宜采用自动开关 作为短路保护，并利用其辅助触点发出信号。

(3)在正常运行时，电压互感器二次开口三角辅助绕组两端无电压，不能监视熔断器是 否断开；且熔丝熔断时，若系统发生接地，保护会拒绝动作，因此开口三角绕组出口不应装 设熔断器。

(4)接至仪表及变送器的电压互感器二次电压分支回路应装设熔断器。

(5)电压互感器中性点引出线上，一般不装设熔断器或自动开关。

采用B 相接地时，其 熔断器或自动开关应装设在电压互感器B 相的二次绕组引出端与接地点之间。

15．怎样选择电压互感器二次回路的熔断器?
答：(1)熔断器的熔丝必须保证在二次电压回路内发生短路时，其熔断的时间小于保护 装置的动作时间。

(2)熔断器的容量应满足在最大负荷时不熔断，即：
1)熔丝的额定电流应大于最大负荷电流(在双母线情况下，应考虑一组母线运行时所有 电压回路的负荷全部切换至一组电压互感器上)，即 max 1I K I re N = 式中 N I ——熔丝额定电流；
max I ——电压互感器二次侧最大负荷电流；
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1re K ——可靠系数，取1.5。

2)当电压互感器二次侧短路时，不致引起保护的动作，此数值最好由试验确定。

16．对断路器控制回路有哪些基本要求?
答：(1)应有对控制电源的监视回路。

断路器的控制电源最为重要，一旦失去电源断路 器便无法操作。

因此，无论何种原因，当断路器控制电源消失时，应发出声、光信号，提示 值班人员及时处理。

对于遥控变电所，断路器控制电源的消失，应发出遥信。

(2)应经常监视断路器跳闸、合闸回路的完好性。

当跳闸或合闸回路故障时，应发出断 路器控制回路断线信号。

(3)应有防止断路器“跳跃”的电气闭锁装置，发生“跳跃”对断路器是非常危险的，容 易引起机构损伤，甚至引起断路器的爆炸，故必须采取闭锁措施。

断路器的“跳跃’’现象一 般是在跳闸、合闸回路同时接通时才发生。

“防跳”回路的设计应使得断路器出现“跳跃”时，将断路器闭锁到跳闸位置。

(4)跳闸、合闸命令应保持足够长的时间，并且当跳闸或合闸完成后，命令脉冲应能自 动解除。

因断路器的机构动作需要有一定的时间．跳合闸时主触头到达规定位置也要有一定 的行程，这些加起来就是断路器的固有动作时间，以及灭弧时间。

命令保持足够长的时间就 是保障断路器能可靠的跳闸、合闸。

为了加快断路器的动作，增加跳、合闸线圈中电流的增 长速度，要尽可能减小跳、合闸线圈的电感量。

为此，跳、合闸线圈都是按短时带电设计的。

因此，跳合闸操作完成后，必须自动断开跳合闸回路，否则，跳闸或合闸线圈会烧坏。

通常 由断路器的辅助触点自动断开跳合闸回路。

(5)对于断路器的合闸、跳闸状态，应有明显的位置信号，故障自动跳闸、自动合闸时， 应有明显的动作信号。

(6)断路器的操作动力消失或不足时，例如弹簧机构的弹簧未拉紧，液压或气压机构的 压力降低等，应闭锁断路器的动作，并发出信号。

6SF 气体绝缘的断路器，当6SF 气体压力降低而断路器不能可靠运行时，也应闭锁断路器 的动作并发出信号。

(7)在满足上述的要求条件下，力求控制回路接线简单，采用的设备和使用的电缆最 少。

17．画出断路器灯光监视的控制、信号回路图，并说明其接线特点
答：断路器灯光监视的控制、信号回路图，如图9-1所示。

其接线特点如下。

(1)控制开关SA 采用LW2-2型。

断路器的位置状态以红、绿灯表示。

红灯亮表示断路 器在合闸状态，并表示其跳闸回路完好；绿灯亮表示断路器在跳闸状态，并表示其合闸回路 完好。

合闸接触器KM 的线圈电阻为224Ω (采用CZ 0直流接触器)，断路器跳闸线圈电阻一 般为88Ω。

如果红、绿灯都不亮，则表示直流控制电源有问题，但此时不发音响信号。

(2)当自动同期或备用电源自动投入触点1AS 闭合时，断路器合闸，红灯HR 闪光；当 保护动作，出口中间继电器KC 触点闭合时，断路器跳闸，绿灯HG 闪光,表明断路器实际位 置与控制开关位置不一致。

当断路器在合闸位置，其控制开关SA1-3、SA17-19闭合，如 此时保护动作或断路器误脱扣时，断路器辅助触点QF 闭合，接通事故信号小母线WF 回路，
发出事故音响信号。

(3)断路器合闸和跳闸线圈的短脉冲，是靠其回路串入的断路器的辅助触点QF来保证的。

(4)当控制开关SA在“预合”或“预分”位置时，指示灯通过SA9-10或SAl4-13触点接通闪光小母线(+)WH回路，指示灯闪光。

(5)断路器的防跳，由专设的防跳继电器KCF实现。

(6)由主控制室到操动机构间联系电缆的芯数为五芯。

18．画出断路器音响监视的控制、信号回路图，并说明其接线特点。

答：断路器音响监视的控制、信号回路图，如图9-2所示。

其接线特点如下。

(1)控制开关SA采用手柄内附信号灯的LW2-YZ型。

断路器的正常合闸位置指示，是以SA手柄在合闸位置，其触点SA20—17和KCC触点接通信号灯来实现；跳闸位置指示，是以手柄在跳闸位置，其触点SAl4—15和KCT触点接通信号灯来实现。

当断路器的位置与SA 手柄位置不对应时，指示灯发出闪光。

如手柄在合闸位置，指示灯闪光，表明断路器已跳闸；如手柄在跳闸位置，指示灯闪光，表明断路器自动合闸。

(2)控制回路的熔断器FUl、FU2熔断时，继电器KCC和KCT的线圈同时断电．其常闭触点均闭合，接通断线信号小母线WCO，发出音响信号。

此时从信号灯熄灭，可以找出故障的控制回路。

该音响信号装置应带延时，因当发出合闸或跳闸脉冲时，相应的KCC或KCT 被短路而失压，此时音响信号亦可能动作。

(3)KCT和KCC继电器可以用作下次操作回路的监视。

如断路器在合闸位置时，KCC启动，其常闭触点断开；同时KCT断电，其常闭触点闭合。

当合闸回路断线时，KCC断电，KCC 常闭触点接通，从而发出音响信号。

跳闸回路的监视与此类似。

从指示灯的熄灭来找出故障的控制回路。

(4)在手动合闸或跳闸的过程中(即SA在“预合”或“预分”位置)，指示灯还能通过SAl3—14或SAl8一17发出闪光。

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(5)此接线正常时可按暗屏运行，并能使信号灯燃亮，以利检查回路的完整性。

图中(+)WS即为可控制暗灯或亮灯运行的小母线。

(6)主控制室与断路器操动机构的联系电缆芯有三芯。

19．设置中央信号的原则是什么?
答：在控制室应设中央信号装置。

中央信号装置由事故信号和预告信号组成。

发电厂应装设能重复动作并延时自动解除音响的事故信号和预告信号装置。

有人值班的变电所，应装设能重复动作，延时自动或手动解除音响的事故和预告信号装置。

驻所值班的变电所，可装设简单的事故信号装置和能重复动作的预告信号装置。

无人值班的变电所，只装设简单的音响信号装置，该信号装置仅当远动装置停用并转变为变电所就地控制时投入。

单元控制室的中央信号装置宜与热控专业共用事故报警装置。

20．简述事故信号装置的功能。

答：事故信号装置应具有以下功能。

(1)发生事故时应无延时地发出音响信号，同时有相应的灯光信号指出发生事故的对象；
(2)事故时应立即启动远动装置，发出遥信；
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(3)能手动或自动地复归音响信号，能手动试验声光信号，但在试验时不发遥信；
(4)事故时应有光信号或其它形式的信号(如机械掉牌)，指明继电保护和自动装置的动
作情况；
(5)能自动记录发生事故的时间；
(6)能重复动作，当一台断路器事故跳闸后，在值班人员没来得及确认事故之前又发生
了新的事故跳闸时，事故信号装置还能发出音响和灯光信号；
(7)当需要时，应能启动计算机监控系统。

21．简要分析常用冲击继电器的工作原理。

答：ZC-23型冲击继电器由微分变压器构成，其内部接线如图9-3所示。

继电器的端子8、16之间是微分变压器T的一次绕组。

T的二次侧接有灵敏的极化继电器KP。

当微分变压器T的一次绕组回路有电流变化时，二次侧便感应出电势，使极化继电器KP动作，KP又使重动继电器KCE动作，后者在信号系统中起动音响回路。

冲击继电器的动作情况与微分变压器T中一次绕组中的电流变化方向有关，只有电流从正极性端子流入时继电器才动作，两台冲击继电器反极性串联能实现信号回路的自动复归。

JC-2型冲击继电器是按电容器充、放电原理构成的，内部接线如图9-4所示。

继电器的端子5、7串联接人信号启动回路。

当启动回路接通时，启动电流在电阻R1两端产生一个电压增量，该电压通过极化继电器的绕组使电容器充电，极化继电器动作，后者的触点在信号系统中启动音响。

当端子2接通正电源时，极化继电器的一个绕组中流过反向电流，使极化继电器复归。

BC-4型冲击继电器是由半导体元件构成的，内部接线如图9-5所示。

继电器端子8、16 串人信号起动回路。

当起动回路接通时起动电流流过电阻R0，并产生电压降，该电压经电感L向电容C1和C2充电。

C1和C2的充电回路参数不同，充电速度也不同。

电容C1充电快，C2充电慢。

在C2充电过程中电阻R2两端产生电压差，当起动回路电流增加到一定值时，R2 两端电压使三极管V5导通，出口继电器KCO动作，其触点起动音响回路，发出音响信号。

出口继电器KCO的另一触点闭合并通过导通的三极管V6使出口继电器KCO自保持。

当电容C2充电结束，电阻R2两端电压消失，三极管V5截止。

如通过复归按钮，使复归继电器KCE2 励磁，则KCE2的常闭触点打开使KCO断开返回。

整个回路恢复到原始状态，准备下次动作。

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22．控制回路中防跳闭锁继电器的接线及动作原理是什么？
答：防跳跃闭锁继电器的接线，如图9-6所示。

防跳跃闭锁继电器回路接线原理中KCF为专设的“防跳”继电器。

当控制开关SA5～8 接通，使断路器合闸后，如保护动作，其触点KCO闭合，使断路器跳闸。

此时KCF的电流
线圈带电，其触点KCF1闭合。

如果合闸脉冲未解除(例如控制开关未复归，其触点SA5～
8仍接通，或自动重合闸继电器触点，SA5～8触点卡住等情况)，KCF的电压线圈自保持，其触点KCF2断开合闸线圈回路，使断路器不致再次合闸。

只有合闸脉冲解除，KCF的电压线
圈断电后，接线才恢复原来状态。

23．直流中间继电器的线圈线径及连接方式应符合什么规定?
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答：直流电压为220V的直流继电器线圈的线径不宜小于0.09mm，如用线径小于0.09mm的继电器时，其线圈须经密封处理，以防止线圈断线；如果用低额定电压规格(如220V电源用110V的继电器)的直流继电器串联电阻的方式时，串联电阻的一端应接于负电源。

24．直流母线电压为什么不能过高或过低?其允许范围是多少?
答：电压过高时，对长期带电的继电器、指示灯等容易过热或损坏。

电压过低时，可能造成断路器、保护的动作不可靠。

允许范围一般是±10％。

25．对监视直流回路绝缘状态所用直流表计的内阻有何规定?
答：变电所的直流母线都没有经过切换的直流绝缘检测装置，即用直流电压表分别测量母线正对地、负对地的电压，要求电压表计有较高的内阻，220V的不小于20kΩ，110V的不小于l0kΩ。

26．为什么交直流回路不能共用一条电缆?
答：交直流回路都是独立系统。

直流回路是绝缘系统而交流回路是接地系统。

若共用一条电缆，两者之间一旦发生短路就造成直流接地，同时影响了交、直流两个系统。

平常也容易互相干扰，还有可能降低对直流回路的绝缘电阻。

所以交直流回路不能共用一条电缆。

27．查找直流接地的操作步骤和注意事项有哪些?
答：根据运行方式、操作情况、气候影响进行判断可能接地的处所，采取拉路寻找分段处理的方法，以先信号和照明部分后操作部分，先室外部分后室内部分为原则。

在切断各专用直流回路时，切断时间不得超过3s，不论回路接地与否均应合上。

当发现某一专用直流回路有接地时，应及时找出接地点，尽快消除。

查找直流接地的注意事项如下：
(1)查找接地点禁止使用灯泡寻找的方法；
(2)用仪表检查时所用仪表的内阻不应低于2000g／V；
(3)当直流发生接地时禁止在二次回路上工作；
(4)处理时不得造成直流短路和另一点接地；
(5)查找和处理必须由两人同时进行；
(6)拉路前应采取必要措施，以防止直流失电可能引起保护及自动装置的误动。

28．用试停方法查找直流接地有时找不到接地点在哪个系统，可能是什么原因?
答：当直流接地发生在充电设备、蓄电池本身和直流母线上时，用拉路方法是找不到接地点的。

当直流采取环路供电方式时，如不首先断开环路也是不能找到接地点的。

除上述情况外，还有直流串电(寄生回路)、同极两点接地、直流系统绝缘不良，多处出现虚接地点，形成很高的接地电压，在表计上出现接地指示。

所以在拉路查找时，往往不能一下全部拉掉接地点，因而仍然有接地现象的存在。

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