直流接地故障分析与查找--刘菲

直流接地引起故障分析与查找刘菲（中节能（肃北）风力发电有限公司马鬃山第二风电场）摘要直流系统的绝缘状况是否良好将直接影响供电的安全可靠性。

一般情况下，直流系统中发生一点接地时，不会引起任何危害，但必须及时消除，否则一旦发生两点接地就可能使信号、保护和控制等同路发生误动、拒动、熔断器熔断等严重后果，有时直流系统一点接地也可能引起断路器跳闸，而且其危害性往往比两点接地更大，为提高直流系统运行的安全性与可靠性，本文分析了直流接地故障的原因，对多种直流接地故障诊断方法进行了介绍，总结出故障点查找的一般方法及注意事项，为今后该类故障的的处理提供了依据。

关键词：直流接地绝缘跳闸目录一、引言 (3)二、直流接地故障的原因 (3)（一）系统设计失误造成直流接地 (4)（二）设备质量缺陷导致直流接地 (4)（三）人为原因造成直流接地 (4)（四）天气或地质原因导致直流接地 (5)三、直流系统接地故障分类 (5)（一）金属性接地 (6)（二）非金属性接地 (6)（三）有源接地 (6)（四）由绝缘监测装置误报的假性接地 (7)四、直流系统接地故障查找 (7)（一）电桥法 (8)1.平衡电桥检测法 (8)2.双桥方式 (9)3.不平衡电桥检测法 (10)（二）低频信号注入法 (10)1.定频法 (11)2.定频法的改进 (12)（三）人工检测方法 (14)1.依靠经验判断 (14)2.拉路法 (14)3.暂代法 (15)五、结论 (15)参考文献 (17)直流接地引起故障分析与查找一、引言变电站直流系统，为电力系统的控制回路、信号同路、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠稳定的不间断电源，其中包含有蓄电池、充电设备、空气开关或保险及接线端子、导线、绝缘监测仪等。

直流电源通过平衡桥电阻接地，使正负极对地电压分别为直流系统电压的50％。

直流系统的可靠性及安全性直接影响整个变电站系统的安全，直流系统的故障往往会成为电力系统更大故障的隐患。

在现实生活中，还是容易发生各种各样的直流电接地造成的意外事故。

这些事故的发生，有的是因为电站运行环境较差，有的是因为施工管理过程的不规范，有的则是因为某些完全以避免的人为原因造成的。

无论何种原因，直流接地事故都会影响其他电力设备的正常运行严重者，会导致整个电网系统的瘫痪，造成无法挽回的重大损失。

二、直流接地故障的原因直流电系统是为变电站中的各种二次设备如信号设备、监控系统等提供备用和紧急用电的电源系统，在变电站发生用电事故导致停电时，可利用直流电系统提供临时照明和设备检修用电，保证事故及时得到解决。

因此，作为变电站用电安全的保护系统，其自身的保护工作也就显得异常重要。

在不同地区，不同环境下发生的直流接地故障原因也不同，有些事故甚至可能是多种原因共同作用下导致发生的。

根据发生直流接地故障的案例原因，总结了以下几个方面的可能性：（一）系统设计失误造成直流接地这一原因虽然不太常见，但由于设计人员的一些自身原因，以及审核把关不严等原因导致的直流系统在设计时就存在先天缺陷。

如因设计过程中的疏忽导致出现寄生回路和交直流串连等故障，就容易导致直流系统在运行中发生重大生产和安全事故，危害性非常严重。

（二）设备质量缺陷导致直流接地电力运行设备的质量可靠性存在问题，由于生产厂家技术水平的原因或生产标准要求等因素的影响，一些电力运行设备在绝缘电阻的设置或接地报警系统上存在质量缺陷，易造成直流接地事故发生。

还有一些设备在运行过程中由于机械震动发生设备位移、出现绝缘线破损等情况，也会导致直流接地故障的发生。

（三）人为原因造成直流接地人为造成直流接地的原因范围非常广泛情况也很复杂，但大都是因为管理人员或施工人员在工作过程中疏忽、大意甚至不负责任造成。

如在进行设备检修过程中，因工作人员不留意而导致发生直流系统瞬间接地；非绝缘检修设备在使用过程中误被放在或掉落在直流回路上造成直流接地等。

此外，现场基建工作过程中，也非常容易导致直流接地故障，如在现场施工用电过程中错接电缆芯号，就可能导致现场发生直流接地事故，甚至危及工作人员生命安全。

（四）天气或地质原因导致直流接地用电现场天气变化或特殊的地质条件也可能导致直流接地事故的发生，如雨雪天气带来的降水使绝缘系统和材料性能下降而引发直流接地，电力设备运行年头过久电路接点生锈导致直流接地，地质条件发生改变或出现地质灾害导致电缆线路遭到破坏而发生直流接地等等。

直流接地按照故障类型还可以分为金属性接地、非金属性接地、有源接地和假性接地四种情况。

金属性接地是指由于接地电阻过小造成的直流系统接地故障；非金属性接地是指呈非线性变化的接地电阻如半导体材料导致的直流接地故障，有源接地指通过其他交流或直流电源发生接地故障，是电流串连的一种典型事故，假性接地是指因各种原因导致绝缘监测装置数据判断发生偏差而造成的接地报警信号错报的情况。

这些不同类型的接地故障，会对运行设备和电力系统安全造成不同程度的损坏，应予以准确的、区别性的分析。

三、直流系统接地故障分类变电站直流系统接地故障按故障性质大致分为金属性接地、非金属性接地、有源接地和由绝缘监测装置误报的假性接地。

（一）金属性接地接地电阻很小时，称为金属性接地或全接地。

当只有一个接地点时，为单点接地；两点或两点以上接地为多点接地；正负极同时接地，而接地电阻值较为接近时，又称为平衡电阻接地；有时接地点通过多条支路连接母线，称为多支路接地现象。

直流系统发生一点接地，对二次回路一般不会造成事故，但如果出现两点接地，就可能发生断路器误动或拒动、控制回路失灵等严重问题，因此希望在发生一点接地后尽快找到故障点并恢复绝缘。

（二）非金属性接地这种接地电阻会呈现非线性变化，比如通过二次回路中的半导体材料(如二极管等)发生的接地故障，其电阻值随着施加电压的大小、方向而发生改变。

还有因为天气变化的原因，直流系统的绝缘电阻值时而降低，时而恢复，这些都是非金属性接地，这种接地的查找相对金属接地要困难。

（三）有源接地即通过其他电源(交流或直流)发生接地。

通过交流电源引起的接地，称为交一直流串电接地；当二次回路有两套或两套以上直流电源供电时，通过故障点使两套直流电源连接到一起而引起的一种接地故障现象，称为直一直流串电接地。

交一直流串电接地，只需一点接地即可引起保护误动或拒动，是最严重的直流系统接地故障。

（四）由绝缘监测装置误报的假性接地接地选线装置都是根据一些电气量作为判据，但是有多种因素可能影响接地选线的判据量，例如：负荷电流的变化会产生各种频率成份(包括直流成份)的电流，不管是低频信号注入法还是检测直流漏电流，都会受其影响，往往使绝缘监测装置不能作出正确判断；由于存在直流系统对地电容，若注入信号频率较高，其相应的容抗有时会比接地电阻还小，将有较大的接地电容电流，使得绝缘监测装置误判为接地支路；还有若人工接地点被断开，因为没有平衡桥接地回路，也就没有作为参考的地电位，此时测量的母线对地电压不能作为接地与否的判断依据，测量的结果不是通常意义下的对地电压，这样也可能会发接地报警信号。

上述情况均称为假性接地。

四、直流系统接地故障查找直流接地故障查找可分为三部分内容：接地告警、接地选线及接地定位。

接地告警是接地检测的最基本功能，需要快速准确地反映各种接地故障，否则将给系统留下安全隐患；接地选线可大大减少接地故障的处理时间；接地定位是故障查找的最终目标。

目前变电站普遍配备有绝缘监测及接地选线装置，可以用来进行直流系统接地的报警和选线，而用于接地定位的有便携式接地检测设备。

当然，这些接地故障查找设备受接地类型和工作环境的影响较大，很多时候只能作为辅助性检测手段，此时需要采用人工方法进行直流接地的查找。

（一）电桥法电桥法主要用于母线监测，通过计算正负母线对地绝缘电阻，与设定值进行比较，当绝缘电阻低于设定的报警值时，便发出接地报警，并启动下一级的支路巡检功能。

1.平衡电桥检测法平衡电桥法检测原理如图1所示。

图1电桥法检测原理R1、R2为正负母线对地分压电阻；Rx、Ry为正负母线对地电阻；U1、U2为母线对地电压；L+、L-为正负母线；Q1、Q2为转换开关。

Q1、Q2长期合上，且对地分压电阻R1、R2阻值相同。

当正、负母线对地电阻Rx=Ry=∞时，系统无接地。

当系统单端接地，比如正母线接地时，(1)通过此方程式可求得单端接地电阻Rx。

当系统出现双端接地时，(2)解得(3)式(1)至(3)中：R1=R2=R；k=。

此时，不能直接求解，处理方法是将Rx、Ry中较大的一个视为无穷大，按单端接地的情况求解，这样得到的接地电阻值大于实际值。

Rx、Ry的实际值越接近，则测量误差越大，显然，当Rx=Ry 时，U1=U2，按上式计算Rx为无穷大，即没有接地故障，存在动作死区，不能反应平衡电阻接地故障。

2.双桥方式当Q1、Q2合上，R1、R2可变时，即为双桥检测原理，电阻为R1、R2时，母线正负极对地电压为U1、U2，电阻为R11、R12时，母线正负极对地电压为U11、U12，连立式(4)、(5)可计算出直流系统正、负极对地电阻：(4)(5)3.不平衡电桥检测法不平衡电桥检测法又称为“乒乓”方式，如图1所示，当R1=R2，开关Q1、Q2交替闭合。

在第一个检测周期内，Q1闭合Q2断开，测得U1、U2，得方程（6）然后Q1断开Q2闭合，经一定延时后再次测量U1、U2，得方程（7）联立式(6)、(7)就可直接求得正负母线接地电阻Rx、Ry。

平衡桥方式在监测双端接地时误差较大，存在动作死区；双桥方式可以避免检测死区，但是需要切换平衡桥电阻值；不平衡桥方式属于动态测量，由于每次投人电阻后需要延时使母线电压稳定后再测量，检测速度比前两种慢，而且受接地电容的影响，降低了精度。

（二）低频信号注入法低频信号法采用定时在直流系统母线和大地之间注入低频交流信号，根据交流电流信号的流向查找接地故障来实现接地监测。

1.定频法所谓定频法，就是在直流系统发生一点接地故障后，经过隔直电容向直流母线注人一个低频交流电压信号。

如图2所示，如果支路没有发生接地故障，则通过交流电流互感器的电流相互抵消，传感器没有输出；当某一支路发生接地时，则由于接地点的分流作用，流过交流电流互感器的电流不再平衡，所测得的即为接地点的交流电流值，经过计算可得到绝缘电阻值，通过与设定的电流门槛值比较，若某一支路低频电流大于设定门槛值，则判断该支路接地。

这种方法主要用于便携式检测装置，用来确定接地故障点。

I+、I-为负载n所在支路的正、负极电流。

图2低频信号注入法定频法注入信号的频率一般在10-20Hz之间。

若注入的信号频率过高，检测结果受系统分布电容影响较大；若注入信号频率过低，交流电流传感器又不容易检测到此交流信号，从而影响检测结果的准确性。