直流系统接地故障查找方法浅析

刘翰超

摘要：自从我国引进34kw工业交变电流以后，变电站成为工厂不可或缺的站点。其中，变电站直流系统是保证变电站稳定持续性工作十分重要的系统。如何迅速并且准确地查找变电站直流系统故障，是保证工业设施安全运行、居民生活用电稳定的重要前提。

关键词：变电站、直流系统、故障、查找

前言

变电站直流系统在运行的过程中在为继电保护自动装置、电力设备的控制回路、事故照明以及信号回路等提供可靠稳定的不间断电源的同时，还能够为断路器的分、合闸提供可靠地电源，使断路器能够稳定正常的工作。直流电源的正常工作状况是直流电源的正、负母线与地面保持绝缘状态；特殊情况分为两种，一种是正负电源的正极与负极母线其中有一点接地，这种情况并不会影响直流系统的正常工作，；另一种特殊情况是直流电源的正、负母线形成的回路有两点接地，这样就造成正负极短路现象，进而产生保护误动或者拒动的直流系统故障。所以在进行直流系统故障的查找时，最应该重视的就是确保在直流电系统发生一点接地故障的时候，能够在保证正常供电的情况下，迅速并且准确的找到接地故障点，才能够避免继而发生两点接地造成短路的情况，杜绝因为直流系统较大故障发生造成电力系统瘫痪。

1.直流系统回路接地的分类以及原因

在现实情况中，根据直流系统回路接地案例，可以分为一下几种不同的情况：按照接地的用电回路极性可以分为正极接地和负极接地；按照接地的形式可以分为直流系统回路间接接地(非金属接地)与直接接地（金属接地）；按直流系统回路接地点的数量进行分类，又可以分为单点接地、多点接地、环路接地和片接地。在变电站的工作系统中，直流系统的回路非常复杂，所接的设备多，而且具有设备分布范围广，回路外露部分多，电缆路数较多并且总长度较长的特点。除了这些造成直流系统故障频发的主观原因以外，还有各种环境因素造成的客观原因，比如尘土、空气、水等等原因都有可能造成绝缘元件的绝缘程度降低从而造成直流系统接地故障。经过分析主要存在一下几个重要原因：（1）二次回路绝缘年久失修老化，或者绝缘元件本身材料不合格、绝缘性能得不到保障；（2）由于外力造成的二次回路的破坏比如对线路的压伤、磨伤、砸伤或电流过载引起的电路烧伤等；（3）由于没有及时妥善处理那些没有利用价值的、备用的电缆或者已经拆除的旧电缆，导致用电系统接地；（4）二次回路及设备的工作环境受到了严重的污染，线路受潮或者室外端子箱进水，超出绝缘防护能力，从而使得直流对地的绝缘性能下降；（5）室外端子箱有小动物爬入或者二次回路中有小金属零件搭落在元件，使直流系统间接接地故障，此外还有可能因为某些线头、螺丝等元件松动后掉落在带电回路上或者金属粉末形成的爬电，也将造成直流绝缘故障。

2.直流电系统接地的常规故障检测方法

当直流电系统发生接地故障的时候，一般采用三步走的故障检测方法。第一，对整个回路中正负极线路对地电阻值进行全面的测量，看是否超出规定的数值；第二，在查出回路中正负极接地的区间范围以后，查出接地所在的支路；第三，准确查找直流系统接地的具体位置。整个步骤看似简单，但是由于直流系统电缆极其复杂，并且现场环境影响因素不同，对于每一个故障的排除都要根据具体的情况进行具体分析，在现场进行故障排除与检测是非常复杂的问题。常用的故障检测方法有电桥法以及交流信号输入法等。

2.1电桥法检测直流系统故障的具体操作方法

电桥法进行直流系统故障的原理是，通过直流系统回路对地绝缘电阻与人为设置的两个电阻组成电桥，当检测线路区间电桥平衡时，则没有问题，当电桥不能平衡并产生警报时，说明区间电回路某处接地。但这种检测方法具有一下几个缺点：（1）当电路中正负极的绝缘系数都很低，但两者差值较小时，报警器不会报警；（2）当电路中正负极绝缘电阻值差值很大，但两者都处在正常值范围之内，报警器有可能存在误报的情况；（3）这种方法只能对正负极干路进行故障检测，不能够准确查找出支路的故障，因此必须对支路进行进一步的故障排除。但是这种成本低廉，操作方法简单，设备要求低，在一些要求不高的场合可以使用。

2.2交流信号注入法的操作方法与原理

交流信号注入法，顾名思义，就是在直流系统正负母线之间人为的加入低频交流电压，也就是低频交流信号，根据已知的交流电压和电流数值，可以准确的测算出直流系统母线对地之间的电阻数值，并且理论上通过低频电流的路径和电阻数值的不同，可以推算出发生故障的准确地点。通过这种方法能够准确地从主电路或者支路中找到发生故障的位置。采用低频交流电的原因是防止直流系统中的正负母线对地分布电容产生容性电流，对检测结果产生影响。

交流信号注入法又分为定频法和变频法。定频法就是在直流系统正负母线之间加入一种低频交流信号，理论上说这种方法可以准确的推断出发生故障的位置。但是实际上，正负母线之间的分布电容容量较大，在测试过程中很可能发生放电现象，同时若线路中电阻系数发生异常，有可能影响测量数据的准确性。考虑到以上两个原因，就衍生出了变频法，变频法就是在正负母线中分别注入两次低频交流信号，这两个交流电是相同辐值但频率不同，利用电流传感器探测各支路的不同电流值，通过两个低频交流信号的比值来进行故障点的精确定位。变频法通过两次电流比值进行测量可以有效的减小电容带来的影响因素，但是仅仅根据理论计算，这种方法还是不能够有效找出故障地点。

3.开关切换检测法

开关切换检测法与上面例举的交流信号注入法相比，具有一下几点优势：首先，不用向直流系统中注入低频交流信号，不对直流系统产生危害；其次，不受直流系统中正负极回路电容的影响，能够对电路进行高精确度的检测，从而准确找到电路中故障点；最后，不需要信号发生装置，因此也就不需要大型设备进行检测，减少了系统检测过程中硬件设备的使用，大大减小了检测成本。因此，综上所述，开关切换检测法应该是今后进行大力推广的检测方式，也是最有应用前景的检测方法。

由于直流系统故障现场情况复杂多样，因此在对接地支路的一对正、负线缆的判断、寻找时通常为检测过程中最困难的环节，检测的过程中，经常发生全部或者部分馈线缆捆扎在一起的现象，想要分辨出哪两根是接地支路的一对正负线缆是很困难的，这一点也导致了直流接地故障点探测仪在现场应用时的局限性。在运用开关切换检测法进行直流接地故障点探测的时候，仍需要工作人员对现场的了解和经验，以直流接地故障点探测仪器为辅助手段，经过认真仔细的现场工作，才能最终找到接地故障点。

4.结束语

直流系统故障是变电站所有故障中最常见的一种故障，但同时也是相对比较难解决的故障。对直流系统故障的妥善处理才能保证电力系统的稳定运行，保证正常的工作与生活。本文一共介绍了三种排除与检测直流系统故障的方法，无论是哪种方法，都需要工作者在检测过程中全面分析，按照实际情况和已有的经验，选择合适的检测方法进行检测。开关切换检测法由于不受电容的影响，又因为成本低廉，将会成为未来最有运用前景的检测手法之一。

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