王玉全

【摘要】在電力系統(tǒng)運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)直流接地故障的問題，這給電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行帶來了威脅。因此，針對直流接地故障進行分析，并探索對故障的查找方法具有重要意義。本文對直流接地故障的危害進行了介紹，并分析了常用的幾種故障檢測手段，提出了檢測母線對地電阻的新方法。

【關(guān)鍵詞】直流系統(tǒng)直流接地直流絕緣檢測

一、直流系統(tǒng)接地故障概述

直流電源作為電源的一種，其最主要的特征就是帶極性，即電源正極和電源負極。直流電源不同于交流電源，它沒有真正的“地”，它的“地”只是一個概念（一般稱中性點）。直流電源正極和負極相對大地之間存在一定的絕緣電阻，這個電阻值有一定的范圍，且不能低于規(guī)定的數(shù)值。如果這個絕緣電阻值低于規(guī)定的數(shù)值，就很容易發(fā)生直流電源正接地故障或者負接地故障。

直流系統(tǒng)所接的設(shè)備較多，被廣泛應(yīng)用在發(fā)電廠或者變電站，其有著回路復(fù)雜的主要特點，在長期的運行過程中經(jīng)常會因為某些因素變化而出現(xiàn)問題。例如，周圍環(huán)境氣候發(fā)生變化、電纜或者接頭在長期使用過程中發(fā)生老化等，這些因素將無一例外的導(dǎo)致直流系統(tǒng)接地。如果系統(tǒng)存在著一點接地故障，對于設(shè)備或系統(tǒng)的正常運行并不能產(chǎn)生什么影響，如果存在著兩點或者兩點以上的直流接地故障，系統(tǒng)中的保護裝置就會出現(xiàn)誤動或者拒動的情況，嚴重影響設(shè)備和人身安全。

經(jīng)過調(diào)查顯示，在電氣故障中，因為直流接地而產(chǎn)生的故障位列第一，所以為了保證電氣設(shè)備的安全運行，就必須對其潛在的威脅予以排查。目前，直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置就會發(fā)出報警，但報警功能依然不夠具體，這就需要我們?nèi)藶榈倪M一步查找具體故障點并排除。因此，研究新的、更快更安全的查找方法勢在必行。

二、常用直流接地故障檢測方法及存在的問題

直流接地故障的檢測步驟有三個。第一，通過對直流接地電阻數(shù)值來進行判斷，看其是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，如果不在規(guī)定范圍內(nèi)，那么便存在直流接地故障。第二，對接地故障的支路進行判斷。第三，對直流接地故障點的具體位置進行查找。

迄今為止，我國直流接地故障最為常用的檢測方法主要有兩種，分別是電橋法和注入低頻交流信號法。

（一）電橋法

電橋法是直流接地故障進行檢測的方法中，使用頻率較高的一種。其基本的工作原理是在直流系統(tǒng)中設(shè)置一個人工搭建的電橋，電橋包括兩部分，一部分是直流電源正、負極對地產(chǎn)生的絕緣電阻，另一部分是人為設(shè)置的兩個電阻。當系統(tǒng)正常時，電橋會處在平衡狀態(tài)；當系統(tǒng)中某一個部分存在接地時，電橋就會失去平衡，并自動發(fā)出報警信號。然而這種方法存在著一定的缺陷：第一，當正負極絕緣電阻的數(shù)值已經(jīng)非常之低且兩個數(shù)值相當接近，即使已經(jīng)超過規(guī)定標準，電橋仍然會處于平衡狀態(tài)。第二，當正負極對地絕緣電阻數(shù)值都很大，但在規(guī)定標準范圍內(nèi)，而且兩個數(shù)值之間差非常大的情況下，就會導(dǎo)致電橋失去平衡，發(fā)生誤報警現(xiàn)象。第三，即使該方法能準確的檢測出系統(tǒng)存在故障，也不能對絕緣電阻的數(shù)值進行計算。第四，這個方法并不能有效的判斷出接地故障的支路位置，對于接地故障點也難以正確的找出。

眾所周知，這種方法投資成本少，設(shè)置的電路結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但是由于以上的幾種缺陷的存在，導(dǎo)致了該方法的精確率難以保證。因此，在要求不高的場合（可以拉開回路等）使用還是可以的，要求高的場合（不能斷電或拉開回路等）就難以勝任了。

（二）注入低頻交流信號法

與電橋法一樣，注入低頻交流信號法也被廣泛的應(yīng)用于對直流接地故障的檢測。其理論依據(jù)是，在直流母線和大地之間注入一個低頻的交流電壓源，通過電壓源可以產(chǎn)生相應(yīng)的低頻交流電流。根據(jù)低頻交流電壓和電流值可以算出直流母線對地絕緣電阻的數(shù)值，通過低頻交流電流的流通路徑，對接地故障的發(fā)生地點進行判斷，并確定故障點的位置。這種方法可以分為定頻法和變頻法兩個方面，采用定頻法比較簡單，只需要對低頻交流電流進行檢測，慢慢的在整個裝置中進行掃描，如果裝置沒有接近故障點，那么檢測出的低頻交流電流值會非常平緩，沒有明顯的變化，但是如果該裝置從接地故障點旁通過，那么互感器的輸出會出現(xiàn)顯著下降的現(xiàn)象，通過這種方法，可以準確的對故障點的位置進行判斷，相比于電橋法具有一定的進步。另一種是變頻法，首先需要對兩個頻率下的低頻電流的有效值進行檢測，并間接算出接地電阻的數(shù)值，裝置沒有接近故障地點之前，接地電阻的數(shù)值會幾乎保持不變，如果該裝置接近了接地故障點，接地電阻的數(shù)值會持續(xù)增加，通過這種方式，也能夠?qū)拥毓收宵c的具體位置進行確定。采用注入低頻交流信號法雖然能夠準確的對接地故障點進行探測，但是探測結(jié)果明顯會因為電容的介入而深受影響，所以當系統(tǒng)分布電容很大時，使用這種方法就難以對接地故障點的具體位置進行查找。與電橋法一樣，該方法具有一定的局限性。

三、直流接地故障檢測的新方法

采用注入低頻交流信號檢測法時，目的是為了系統(tǒng)能夠達到檢測精度的標準，在進行檢測之前需要對交流信號的幅值及頻率進行控制，保證裝置系統(tǒng)能具有一定的精度和穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致了交流信號源電路具有一定的復(fù)雜性。另一方面，因為電容的存在，對交流電流信號的幅值和相位進行檢測也比較復(fù)雜。檢測的精度會出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致了檢測出的數(shù)值難以進行引用。除此之外，如果向直流系統(tǒng)注入了交流信號，將會導(dǎo)致在直流系統(tǒng)中存在著一個對其性能產(chǎn)生干擾的因素，交流信號會對直流系統(tǒng)產(chǎn)生一定的負作用。在對直流系統(tǒng)進行檢測的過程中，當信號幅值和精確度提高的時候，在直流系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)誤動作，這就導(dǎo)致這種方法在實際應(yīng)用過程中不具備優(yōu)勢。為了對低頻交流信號檢測法的缺點進行克服，本文就從直流系統(tǒng)接地電阻的數(shù)值檢測、接地故障所在支路判斷、接地故障點查找這三個方面進行分析。

（一）直流系統(tǒng)接地電阻的數(shù)值檢測

檢測方法是采用開關(guān)和限流電阻，將直流電源的正、負級母線分別接地（假設(shè)正接地為第一支路；負接地為第二支路），然后測出流過開關(guān)與限流電阻之間的電流數(shù)值，并進一步確定直流系統(tǒng)正、負極對地電阻數(shù)值。如果將第一支路中的開關(guān)合上，第二支路中的開關(guān)斷開，就可以測出第一支路電流。同理，將第一支路中的開關(guān)斷開，第二支路中的開關(guān)合上，就可以測出第二支路電流，然后根據(jù)歐姆定律及數(shù)學(xué)方程式，就可以算出直流系統(tǒng)一點或多點對地電阻數(shù)值。

這種新方法具有以下優(yōu)點：第一，能夠?qū)⒄撾姌O對地電阻數(shù)值進行直接求出，并保證了計算出數(shù)值的真實性和精確性。第二，檢測精度不會因為電容的介入而影響檢測數(shù)據(jù)的真實性。

（二）直流系統(tǒng)接地故障所在支路的判斷

采用這種方法能夠?qū)χ绷鹘拥毓收习l(fā)生的所在支路進行判斷。假設(shè)直流系統(tǒng)中的正極發(fā)生了一點接地故障，我們暫且稱其為第三支路。如果將第一支路的開關(guān)斷開，第二支路的開關(guān)合上，那么第三支路中的接地電阻，經(jīng)大地與第二支路限流電阻串聯(lián)，在直流正負母線間形成了閉合回路。如果第一支路和第二支路的電流互感器的總電流效應(yīng)為零，那么第三支路的電流互感器的總電流由直流接地電阻引起，只要接地電阻的數(shù)值能夠保證，不會超過一定的范圍，就能保證第三支路傳感器電流大于霍耳傳感器的死區(qū)，這樣，第三支路的傳感器也就為裝置提供一個非零的電壓值。這個非零電壓值具有被裝置獲知的作用，進而也就完成了對接地故障發(fā)生的支路進行判斷。如果接地故障發(fā)生在直流系統(tǒng)負極的一點上，那么，可以將第一支路的開關(guān)閉合，第二支路的開關(guān)斷開，并根據(jù)輸出不為零的、不同的地點的傳感器，來對接地故障發(fā)生的具體支路進行準確的判斷。

（三）直流系統(tǒng)接地故障點探測的新方法

在這種方法下，被利用的接地故障點探測器其實就是一個直流小電流傳感器，通過上面的方法對接地故障的發(fā)生支路進行判斷，假如故障就發(fā)生在第三支路的正極，那么可以對第一支路的開關(guān)斷開，第二支路的開關(guān)閉合，為了將第三支路的正負極的兩條供電線纜進行卡住，并從開端往后捋，就需要使用鉗型毫安電流霍耳傳感器。因為在裝置中通過的是直流電流，直流電流在接近故障點之前，電流表的讀數(shù)不會發(fā)生改變，如果裝置接近或者越過故障點的時候，電流表的讀數(shù)會突然為零，通過這種手段可以便捷有效的找出故障點的具體位置。另外，如果是負極出現(xiàn)了故障，同理，只需要將第一支路的開關(guān)合上，第二支路的開關(guān)斷開，通過這方式能夠迅速的找到故障點，并且不會受到系統(tǒng)分布電容的影響，使得準確率極大的提高。

四、新方法在直流接地故障查找過程中的直接應(yīng)用

電壓為110V的直流系統(tǒng)和48v的通信電源的某站，直流系統(tǒng)的兩個部分都控制電源，一部分是交流500KV，而另一部分是交流220kv。由于設(shè)備老化，導(dǎo)致直流系統(tǒng)出現(xiàn)了接地故障，所以應(yīng)用接地探測儀，并根據(jù)220KV繼保小室的直流絕緣檢測裝置的報警，在直流第一段和直流第二段都存在著直流正極接地的現(xiàn)象，兩點的接地都發(fā)生在直流一段，如果把這兩段同時拉掉，報警裝置會停止，這就表明，在直流二段存在著寄生回路。給檢測帶來難度。因此采用對直流母線對地電阻進行檢測，對母線的絕緣系數(shù)和變化進行判斷，從而明確了查找方向。

五、總結(jié)

作為電氣設(shè)備中最大的故障，直流接地嚴重影響電氣設(shè)備的正常運行，在我國目前使用的檢測手法主要有電橋法和注入低頻交流信號法，然而在實際應(yīng)用中，這兩種方法都存在著一定的缺陷，因此，通過直流系統(tǒng)接地電阻的數(shù)值的計算，可以得知接地故障到底存在哪一條支路上，并對接地故障點進行找出，這種方法在應(yīng)用過程中的準確性和便捷性方面都有重大提升，可以被廣泛應(yīng)用。

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