安禹
阳城国际发电有限责任公司 山西 晋城 048000
摘要：介绍了直流系统的构成，通过一起直流接地故障分析查找，阐述了直流接地故障的分析思路方法，以及采取的措施，为今后的直流系统接地故障查找排出提供指引，便于快速准确排除故障。
关键词：直流系统，接地故障，分析排除
近年来国内新建机组容量不断提高，机组发生跳闸对电网安全影响越来越大，机组安全稳定运行要求越来越高。直流系统作为发电厂电气系统的重要组成部分，用于机组的继电保护，安全自动装置，事故信号，事故照明，以及重要设备的操作控制等电源，还作为全厂停电事故情况下机组安全停运的最后一道防线，直流系统的安全稳定对电力系统安全运行具有极其重要的意义，直流系统发生接地故障后应尽快查找排除，防止发展成为两点接地故障，使保护、安全自动装置误动，或者使断路器拒动或者误动，导致机组非停。
1 直流系统构成及运行方式
直流系统由整流柜、蓄电池及其附属设备、馈线等组成。正常运行时，110V I组蓄电池与1号整流柜并联运行，1号整流柜带110V直流I段母线上负荷，同时对I组蓄电池浮充电；110V II组蓄电池与2号整流柜并联运行，2号整流柜带110V 直流II段母线上负荷，同时对II组蓄电池浮充电；3号整流柜处于热备用状态。
直流系统如下图1
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图1
直流系统采用AEG D380G108/400型整流柜及配套西门子负荷柜，每段直流母线配置一台本德尔IRDH265型绝缘监察装置。由于主厂房内设备采用成套进口西门子产品，直流负荷采用双路直流电源经二极管隔离后供电，目的是为了提高直流供电可靠性。正常运行时，I段母线负极联络刀闸50BUD51EA001Q1与II段母线负极联络刀闸50BUE51EA001Q1都在合位，I段母线绝缘监察装置投入运行，II段母线绝缘监察装置退出运行。运行方式见图2
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图2
2 直流接地的原因
总结直流系统接地的原因一般有如下几个方面：
(1)二次回路绝缘材料不合格、绝缘性能低；施工质量不合格，电缆存在划伤、刻痕情况或运行时间较长，出现老化现象，或存在某些损伤缺陷，如磨伤、砸伤、压伤、扭伤或过流引起的烧伤等。
(2)二次回路及设备严重污秽或受潮、端子箱进水，使得直流对地绝缘严重下降。
(3)小动物爬入或小金属零件掉落在原件上造成直流接地故障；某些元件有线头、未使用的螺丝、垫圈等零件，掉落在带电回路上。
(4)蓄电池本体漏液或有接地现象。
(5)整流柜内部电容、电路板等原件故障导致直流系统绝缘降低。
(6)直流系统负荷电源变换器故障。
3 接地故障案例分析
3.1 故障现象
2017 年 12 月 26 日 09:39，5号机ASD 发“51 110V SWGR EARTHING”报警，就地绝缘监测装置显示“Rs＜1K”，绝缘监测装置报警指示灯亮（低于20KΩ报警），就地柜顶报警指示黄灯亮。用万用表测量对地电压：U 正对地=57V，U 负对地=﹣59V，且电压稳定。
3.2 故障分析及查找过程
(1)从正、负极对地电压上来分析，故障点不应该是某一极直接接地，因为若为正或负极接地，则接地极电压为零或接近于零，另一极对地电压会升高到极间电压。所以故障点应该在正、负极之间的某处。
(2)首先确认在发生接地故障报警时，未进行任何相关的设备启停操作及检修工作，排除被操作设备直流控制回路故障的可能性。
(3)2016 年 6、7 月份，5号机 110V 直流 I 段接地故障检查时绝缘监测装置曾发生过故障， 此次故障正负极对地电压都不为零，怀疑故障可能在绝缘监测装置，但更换后故障仍未消除， 排除绝缘监测装置故障。
(4)断开负极联络刀闸，110V 直流 I、II 段均发故障，故不能确定故障发生在哪段母线或其回路中。
(5)2016 年 9 月份，5号机 110V 直流 I 段接地故障报警，经拉路检查未发现故障点，最后切换整流柜后故障消失，原因为1号整流柜 A20 主控板故障。所以切换整流柜进行检查：停运1号、2号整流柜后，故障仍未消失，可基本排除整流柜故障的可能。
(6)进行拉路检查，确认故障母线段或故障支路：首先，将回路中有二极管隔离的双路电源在 110V 直流 II 段上的电源开关全部断开，再断开负极联络刀闸，发现 II 段母线对地电压及绝缘阻值恢复正常；然后，将回路中有二极管隔离的双路电源在 110V 直流 II 段上的电源开关全部合上，110V 直流 I 段上的电源开关全部断开，再断开负极联络刀闸，发现 II 段母线对地电压及绝缘阻值恢复正常，I 段母线对地电压及绝缘阻值仍不正常，故确认故障应该发生在 I 段负荷或电源回路。
(7)5号机本次停机小修时，蓄电池全部更换，所以对该回路进行检查：停运1号整流柜，启动3号整流柜接带 110V 直流 I 段，依次断开 I 组蓄电池，断开 110V 直流 I 段工作进线刀闸， 但故障仍未消除，说明故障点不在蓄电池回路以及1号整流柜至工作进线刀闸之间。恢复蓄电池回路，合上 110V 直流 I 段工作进线刀闸。
(8)最后对剩余的负荷支路逐一排查，首先检查5号机1号直流变换器 50BUK 的 6 个电源模块，当断开第 4 个电源模块电源时，故障消失，110V 直流 I 段母线对地电压及绝缘阻值恢复正常。
(9)经过以上查找处理，最终确认故障发生在5号机1号直流变换器（110V变24V）第 4 个电源模块内部，将该电源模块隔离后恢复 110V 直流系统为正常方式。随后更换该电源模块并投运后系统运行正常。
4 总结
直流系统接地故障的判断和查找是比较复杂的工作，尤其对于非金属性的接地故障更不易查找，而该案例中双路供电的 110V 直流回路在负荷侧有很多隔离二极管，这对接地故障的查找更增加了难度；对于比较隐蔽的故障，比如本次故障为直流变换器电源模块内部故障，但该电源模块仍能正常输出且无任何报警，很难让人判断为该装置内部故障引起的。因此，在发生直流接地故障报警时，应根据运行方式、操作情况、气候影响进行判断可能接地的位置，有助于快速准确排除故障。
查找故障一般应遵循以下原则：
(1)禁止使用灯泡法进行查找。
(2)在直流系统发生接地时，禁止在二次回路上工作，以免造成两点接地，引起不良后果。
(3)用万用表测量正、负极对地电压，根据测量结果初步分析判断故障性质和接地极。应使用高内阻（不低于2000Ω/Ｖ）万用表，使用时要注意万用表的档位，不可随便使用欧姆档。
(4)在查找直流接地的过程中，要做好措施，认真仔细，不得造成短路或另一点接地。
(5)查找时，必须两人进行，并防止由于拉路可能造成的保护装置误动。
(6)查找当时有过相关启停操作的设备直流控制回路。
(7)排除以前发生过故障或接地的回路及设备故障。
(8)利用直流接地故障测试仪，测量各支路对地电阻，寻找接地支路。
(9)若不能确定接地支路，则通过拉路进行检查。采取拉路查找的方法，先信号和照明部分后操作部分，先室外部分后室内部分。拉路有两个目的：一是确认故障母线段， 缩小查找范围，这需要对支路负荷和负极联络刀闸的配合操作来实现；二是确认故障支路， 查找并隔离故障点。拉路的顺序和原则：首先对有二极管隔离的双路电源进行操作；其次是无二极管隔离的双路电源；再次是单路供电的回路，但要考虑支路负荷在直流电源短时失去后的影响，必要时必须采取可靠的措施才能操作；最后是 110/24V 直流变换器回路，通过逐一断开电源模块来进行判断。
(10)最后是对电源侧故障进行排除，主要包括整流柜和蓄电池组及相关的一次回路元件。检查方法和顺序：首先切换整流柜，检查整流柜停运后故障是否消失；然后是拉开蓄电池组进行检查，但应尽量缩短直流母线脱离蓄电池运行的时间，以防整流柜此时突发故障造成直流母线失电。
5 结束语
由于直流系统的分支较多，涉及面广，很难保持较高的绝缘水平，因而发生接地的故障率很高。直流系统发生一点接地时，有时对系统没有明显的影响，但是绝不可以麻痹大意，若不及时处理，系统带“病”运行，后果十分严重。直流系统发生一点接地时，要及时对其进行查找，防止两点接地的情况发生。当正极接地时，有造成保护误动的可能，因为跳闸线圈接于负极，若回路中再发生接地或者绝缘不良均会引起保护误动作，当保护回路有寄生回路时，保护误动的可能性更大；当负极接地时，若回路中再有一点接地，就可能造成直流回路发生短路，熔断器熔断或空气开关跳闸，使保护装置和跳闸回路失电后拒动，造成恶劣后果。本文列举事例故障比较隐蔽，分析查找过程较长，其中的查找分析思路为大家在排除直流系统接地故障提供一些借鉴，及早消除事故隐患，保障机组设备安全运行。