(同煤大唐塔山第二發(fā)電有限責(zé)任公司，大同 037000)

0 引 言

發(fā)電廠直流系統(tǒng)作為獨(dú)立存在的非主體系統(tǒng)，主要是用于保護(hù)電力傳輸操作質(zhì)量及設(shè)備安全的系統(tǒng)。一旦直流系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，將造成發(fā)電廠無(wú)法正常供給電能。目前直流系統(tǒng)中常選用的安全電壓為220 V以及110 V。為了確保發(fā)電廠能夠保持安全供電狀態(tài)，應(yīng)切實(shí)做好接地故障處理工作，進(jìn)而增強(qiáng)發(fā)電廠安全性。

1 發(fā)電廠直流系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

發(fā)電廠直流系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)主要包括直流母線、電源、饋線等原件，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其中直流母線往往發(fā)揮著集聚電能，并經(jīng)由饋線將其輸送至直流回路的作用。而直流電源是由充電設(shè)施、蓄電池組所組成。蓄電池組中還涉及到多個(gè)串聯(lián)蓄電池。當(dāng)發(fā)電廠直流系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓越高時(shí)，所需要的蓄電池就越多，進(jìn)而造成輸出電流較大。在發(fā)電廠直流系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，充電設(shè)施保持充電狀態(tài)，蓄電池組則作為備用能源為系統(tǒng)提供備用電服務(wù)。一旦直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障，充電設(shè)施將損壞。所以，應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)快速檢測(cè)系統(tǒng)故障。

2 發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障快速定位方法

2.1 拉路法

拉路法是發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障中最為常見(jiàn)的一種快速定位法。它是指在短時(shí)間內(nèi)對(duì)直流系統(tǒng)中的直流饋線低壓斷路器進(jìn)行拉扯，之后再確定接地故障的具體支路。在采用拉路法檢測(cè)接地故障時(shí)應(yīng)事先告知電網(wǎng)調(diào)度及運(yùn)維管理部門，以免影響發(fā)電廠正常運(yùn)營(yíng)進(jìn)度。另外，在應(yīng)用拉路法時(shí)還應(yīng)按照“先外后內(nèi)”的原則進(jìn)行故障檢測(cè)，并先行對(duì)信號(hào)回路進(jìn)行檢測(cè)，然后再針對(duì)操作回路加以檢測(cè)，并確保斷開(kāi)時(shí)間≤3 s。若在使用拉路法期間仍未發(fā)現(xiàn)支路存在接地故障，應(yīng)根據(jù)直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐段進(jìn)行分離檢測(cè)，最終確保直流系統(tǒng)接地故障得到有效排查，為發(fā)電廠的發(fā)展提供安全保障。

2.2 自動(dòng)隔離法

在對(duì)發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障進(jìn)行定位時(shí)還可利用自動(dòng)隔離法，它是在發(fā)電廠直流系統(tǒng)具備多個(gè)電源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)直流饋線支路進(jìn)行切開(kāi)式檢測(cè)，并將直流系統(tǒng)中的直流饋線電壓轉(zhuǎn)化為正常電壓值，通過(guò)觀察接地電壓轉(zhuǎn)移情況找到故障點(diǎn)。在應(yīng)用自動(dòng)隔離法快速定位接地故障時(shí)，并不需要斷開(kāi)饋線支路電源，故而值得在發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障檢測(cè)中進(jìn)行積極推廣。

2.3 動(dòng)態(tài)差值法

動(dòng)態(tài)差值法對(duì)于發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障有著較為顯著的故障檢測(cè)效果，以220 V直流系統(tǒng)、100 kΩ電阻為例從相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可知，見(jiàn)表1。利用動(dòng)態(tài)差值法進(jìn)行接地故障快速定位，所得出的母線絕緣電阻檢測(cè)數(shù)值準(zhǔn)確性更高。在動(dòng)態(tài)差值法下需對(duì)直流母線的絕緣電阻與支路絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，判斷支路電流與母線接地電壓數(shù)值變化情況，并依據(jù)電路定律公式：E=U-Ir，最終可獲取漏電流檢測(cè)數(shù)據(jù)，由此為直流系統(tǒng)接地故障快速定位工作提供重要參考依據(jù)。

表1 動(dòng)態(tài)差值法接地故障電阻檢測(cè)數(shù)據(jù)

2.4 小波相對(duì)熵法

通過(guò)建立仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軐?shí)現(xiàn)接地故障的快速定位，如圖2所示。比如在某發(fā)電廠中，直流系統(tǒng)的電源為108節(jié)2 V蓄電池串聯(lián)連接，從所設(shè)置的仿真模型中可按照下列方法進(jìn)行接地故障定位：其一，為了確保直流系統(tǒng)仿真模型處于穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)將接地故障的時(shí)間控制在0.4 s，并把過(guò)渡電阻數(shù)值調(diào)整到10 kΩ；其二，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣時(shí)，應(yīng)保證采樣頻率在1 600 Hz，之后再收集支路漏電流變化趨勢(shì)；其三，依據(jù)仿真模型相關(guān)數(shù)據(jù)及檢測(cè)結(jié)果確定支路漏電流特征。當(dāng)直流系統(tǒng)檢測(cè)后推斷出絕緣性能良好，可利用相對(duì)熵最大值找到接地故障點(diǎn)，見(jiàn)表2。若絕緣性能不佳，通過(guò)熵值比對(duì)可得出具體接地故障信息[1]。

表2 直流系統(tǒng)接地故障相對(duì)熵變化情況

3 發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障防范措施

3.1 規(guī)范故障檢測(cè)流程

在防范發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障時(shí)還應(yīng)制定完善的故障檢測(cè)流程，從而確保直流系統(tǒng)保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。具體內(nèi)容如下：

(1)在對(duì)接地故障進(jìn)行檢測(cè)時(shí)應(yīng)先行排查二次接線或設(shè)備絕緣性等方面的影響。由于某些發(fā)電廠在以往建設(shè)期間未能意識(shí)到現(xiàn)場(chǎng)管理的重要性，進(jìn)而出現(xiàn)肆意丟棄電纜現(xiàn)象。當(dāng)電纜置于地面上時(shí)很容易引發(fā)接地故障。此時(shí)相關(guān)人員應(yīng)檢查電纜是否存在破損等狀況，然后再對(duì)直流系統(tǒng)中各元件性能加以檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)漏電狀況，應(yīng)立即進(jìn)行修復(fù)，這樣可最大化降低接地故障的發(fā)生率。

(2)在了解過(guò)室內(nèi)接線情況外，若并未找到接地故障原因，應(yīng)將重心放于直流系統(tǒng)元件上。比如檢查是否受潮或絕緣材料絕緣性能偏低等，這些都可造成接地故障的發(fā)生。

(3)重點(diǎn)檢測(cè)回路，當(dāng)發(fā)電廠絕緣性有所降低時(shí)，直流系統(tǒng)未必發(fā)生接地故障。此時(shí)應(yīng)從回路上對(duì)其進(jìn)行分析，從而保證接地故障能在規(guī)范化的檢測(cè)流程下快速確定故障原因及位置。

3.2 控制兩級(jí)接地現(xiàn)象

在發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障中一點(diǎn)接地故障較為常見(jiàn)，但若未能及時(shí)進(jìn)行有效處理很容易發(fā)生兩級(jí)接地現(xiàn)象，進(jìn)而增加發(fā)電廠直流系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，甚至造成短路，引起設(shè)備損壞等不良后果。通常情況下，發(fā)電廠直流系統(tǒng)常采用的線路連接方式為“不接地”模式，當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)立即針對(duì)直流系統(tǒng)相關(guān)裝置誤操作等行為進(jìn)行深入調(diào)查，并在不影響直流系統(tǒng)供電效果的情況下快速檢測(cè)出接地點(diǎn)，并判斷是否存在接地故障，之后再馬上根據(jù)以下計(jì)算公式得出系統(tǒng)接地電流，由此有針對(duì)性的制定接地故障處理方案，避免發(fā)生兩級(jí)接地現(xiàn)象致使事態(tài)嚴(yán)重危及供電質(zhì)量[2]。

接地電流公式：I=U(Lah+35Lcab)/350 I

其中I指的是直流中單相接地電流(A) ，U為 額定電壓(kV)，Lah 是指直流電壓下線路的長(zhǎng)度(km) Lcab 代表同一電壓下的電纜長(zhǎng)度(km)

同時(shí)，對(duì)于發(fā)電廠直流系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的安裝設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)予以妥善保管，并清楚的記錄系統(tǒng)原理圖，以便檢測(cè)人員能夠以此為依據(jù)提高接地故障排查效率。

在處理直流系統(tǒng)接地故障時(shí)，還應(yīng)把控好接地范圍，按照發(fā)電廠直流系統(tǒng)中電流的走向及接地位置分段檢測(cè)是否存在接地故障，如圖3所示。維修人員可借助故障快速定位儀參照電路圖紙對(duì)接地區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，一旦出現(xiàn)電壓或電流驟然變化狀況，可判斷此點(diǎn)位處于接地故障范圍內(nèi)。一般在220 V直流系統(tǒng)中，若正極接地，它的負(fù)電源電壓值則為-220 V，而在負(fù)極接地時(shí)，正電源則為220 V，可根據(jù)電壓檢測(cè)值快速確定是否屬于接地故障。另外，在借助儀表進(jìn)行檢測(cè)時(shí)還應(yīng)將其允許最大電阻值保持在2 000 Ω，以此增加結(jié)果的精準(zhǔn)度。

3.3 知曉故障處理事項(xiàng)

在發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障防范過(guò)程中，應(yīng)明確知曉故障處理時(shí)主要事項(xiàng)，進(jìn)而在最短時(shí)間內(nèi)完成排查與故障解決任務(wù)。

首先，相關(guān)人員應(yīng)全面了解直流系統(tǒng)接地故障三種類型的特征，并結(jié)合實(shí)際檢測(cè)情況對(duì)其展開(kāi)科學(xué)檢測(cè)。比如發(fā)生一點(diǎn)接地故障，電力裝置會(huì)有誤動(dòng)或制動(dòng)行為。此時(shí)應(yīng)按照一點(diǎn)接地故障的排查方法加以防控，以免事態(tài)嚴(yán)重造成系統(tǒng)崩潰[3]。

其次，在應(yīng)用快速定位法時(shí)具有一定的順序，故而應(yīng)對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化管理，以便在處理接地故障能快速找到故障點(diǎn)。

最后，通過(guò)計(jì)算直流負(fù)荷找到最佳處理方法。一般應(yīng)參照下列公式設(shè)置接地故障處理方案：Cc1=Kk·I，Cc2=Kk·[I1/Kc1+1/Kc2(I2-I1)]，由此得出的直流負(fù)荷數(shù)值可作為接地故障參考數(shù)據(jù)。

比如在某起故障事件中，發(fā)電廠直流系統(tǒng)的正負(fù)電源電壓分別為+30 V與-180 V，運(yùn)用斷開(kāi)3 s空氣開(kāi)關(guān)的方式檢測(cè)接地信號(hào)是否有所變化，之后又延長(zhǎng)斷開(kāi)時(shí)間，后期發(fā)現(xiàn)當(dāng)空氣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)20 s時(shí)，正電源幅值為105 V，并借助500 V萬(wàn)能表進(jìn)行測(cè)量，得出此時(shí)電阻值為0，最終得出故障原因是插頭鋼板處留有積水，導(dǎo)致直流系統(tǒng)無(wú)法正常發(fā)揮絕緣效用，直到故障排除后具有100 MΩ，這才促使直流系統(tǒng)重新恢復(fù)原有運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 注重檢修人員培訓(xùn)

檢修人員是有效防范發(fā)電廠直流系統(tǒng)接地故障的核心力量。因此，應(yīng)適當(dāng)加大維修人員培訓(xùn)力度。一方面，需指導(dǎo)維修人員深度掌握直流系統(tǒng)接地故障類型及直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且還應(yīng)注重市場(chǎng)設(shè)備信息的了解效果，從而更加準(zhǔn)確快速的對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行細(xì)致的分析。同時(shí)，在應(yīng)用拉路法進(jìn)行接地故障快速定位時(shí)還需確保維修人員具有較高的安全意識(shí)，在維修前穿戴好防護(hù)服，避免故障排查期間突發(fā)意外。另一方面，維修人員應(yīng)對(duì)發(fā)電廠做好質(zhì)量驗(yàn)收工作，按照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直流系統(tǒng)中的饋線、電源進(jìn)行檢測(cè)，待合格后方可正常應(yīng)用于發(fā)電廠供電作業(yè)中，這樣可從根源處限制接地故障的發(fā)生。

比如安徽某發(fā)電廠，專門實(shí)行了“全年安全教育”舉措，對(duì)一整年的安全防護(hù)工作進(jìn)行詳細(xì)的安排與統(tǒng)籌，尤其在直流系統(tǒng)接地故障診斷上，定期對(duì)其進(jìn)行保養(yǎng)與維護(hù)，從而增加了直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使其能夠?yàn)榘l(fā)電廠提供更好的輔助服務(wù)。此外，發(fā)電廠還應(yīng)指導(dǎo)維修人員對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行合理控制，比如在惡劣天氣過(guò)后需對(duì)直流系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，包括絕緣性、安全性等，以此達(dá)到最佳防范目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)發(fā)電廠直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，輕則造成控制裝置發(fā)生誤操作狀況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，進(jìn)而影響發(fā)電廠正常運(yùn)行秩序。因此，相關(guān)人員應(yīng)全面掌握接地故障快速定位法內(nèi)涵，并從檢測(cè)流程、控制兩級(jí)接地現(xiàn)象、故障處理事項(xiàng)、人員培訓(xùn)等方面著手，確保發(fā)電廠直流系統(tǒng)發(fā)揮出真正作用。