华能山东发电有限公司白杨河电厂255200
摘要：大型发电厂直流系统是十分重要的电源系统，它是一个独立的电源，为电力系统的控制回路、信号回路、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。尽管直流系统十分稳定可靠，但由于直流系统在二次系统中处于重要的地位，直流系统自身的可靠及安全直接影响到整个系统的安全，特别是控制回路和保护回路的应用，使直流系统的故障成为电力系统更大的事故隐患，其中重中之重就是我们常说的直流系统接地故障。本文主要针对发电厂直流系统接地故障的查找方法与原因分析，期望能给发电厂继电保护专业的同行从业者提供参考。
关键词：直流接地；故障分析；故障处理；方法措施；注意事项；
引言：
直流系统是绝缘系统，直流系统作为电力二次系统的重要组成部分，涉及到继保、监控、远动和通讯装置的安全稳定可靠运行。实际运行过程中，直流系统引起保护的误动或拒动，严重威胁到电网的安全运行，因此必须快速查找直流系统故障并及时消除故障隐患，从而保证电力系统的安全性和可靠性。
目前发电厂的直流系统均采用220V电源供电，正常时，正、负极对地绝缘电阻相等，正、负极对地电压平衡。发生一点接地时，正、负极对地电压发生变化，接地极对地电压降低，非接地极电压升高，在接地发生和恢复的瞬间，经远距离、长电缆起动中间继电器跳闸的回路可能因其较大的分布电容造成中间继电器误动跳闸。除此之外，对全站保护、监控、通讯装置的运行并没有影响。但是，存在一点接地的直流系统，虽不至对二次回路马上造成事故，但供电可靠性大大降低，因为在接地点未消除时，若在复杂保护回路中同极两点接地，可能造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源，还可能将某些继电器短接，不能动作跳闸，致使越级跳闸造成事故扩大。所以直流一点接地时，设备虽可以继续运行，但接地点必须尽快查到，立即消除或隔离。
本文介绍发电厂直流系统接地直流接地的概念及产生的原因，分析了直流接地系统故障的危害及解决方法，与常见直流接地故障的防范对策及注意对象，为现场检修及维护人员迅速且有效地应对直流系统接地故障提供参考。
一、直流接地产生的原因
（一）前言
直流电源为带极性的电源，即电源正极和电源负极。直流电源的“地”并不是实际接地，仅仅是个中性点的概念。如果直流电源系统正极或负极对地间的绝缘电阻值降低至某一整定值，这时我们称直流系统有正接地故障或负接地故障。
从我们所遇到的直流接地情况看，以端子箱、压力表进水，电缆表皮破损，裸露金属积有灰尘，在空气潮湿时引起直流接地最为常见；备用电缆芯端面没有包扎好而导致接地的现象也时有发生，另外，电缆在金属处拐弯或穿过金属物，由于振动、碰撞下产生绝缘磨损，也会发生直流接地。特别在发电厂建设施工中或扩建过程中，由于施工及安装的种种问题，难以避免的会遗留电力系统故障的隐患，直流系统更是一个薄弱环节，投运时间越长的系统发生直流接地故障的概率越大。
（二）接地原因
由于直流系统网络连接比较复杂，其接地情况归纳起来有以下种种:按接地极性分为正接地和负接地；按接地种类可分为直接接地和间接接地；按接地的情况可分为单点接地、多点接地、环路接地和绝缘降低；按接地点所处位置的不同，直流接地分为室内接地和室外接地。按引起接地的原因，可分为以下几种：
（1）自然原因：在大雨天气，雨水飘入未密封严实的户外二次接线盒，使接线桩头和外壳导通起来，引起接地。在持续的小雨天气，潮湿的空气会使户外电缆芯破损处或者黑胶布包扎处，绝缘大大降低，从而引发直流接地。特别是处于沿海地区的电厂，因海拔较低且处于高盐、高湿环境，更不可避免地会发生直流系统接地故障。
（2）施工原因：电缆接线时将芯线绝缘外皮损坏、电缆敷设时将电缆损伤、直流电源系统对地绝缘太低、绝缘端子损坏与外壳接触、电缆对地绝缘低等因素。施工环节在投产初期不易控制和检查，投运时间越长，系统接地故障的概率就越大。
（3）设备原因：设备本身回路绝缘低和直流带电设备直接与设备外壳相接或相碰，发生直流系统绝缘低或接地现象。为抗干扰，插件电路设计中通常在正负极和地之间并联抗干扰电容，该电容击穿时也会引起直流接地。
（4）外力原因：接在断路器机构箱端子排的二次线，在工作过程中因挤压、移动、及不当冲洗等造成螺丝未紧固，则在断路器多次跳合时接线头容易从端子中滑出，搭在铁件上引起接地。
（5）人为原因：工作人员在二次回路进行工作时，由于误碰、误接线造成直流二次回路中存在接地的情况。
二、直流接地的危害
直流一点接地时，一般不会立即产生寄生回路，危害保护设备的运行。但是，存在一点接地的直流系统，供电可靠性大大降低。在接地点未消除时再有其它点接地，能发生造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动外，还可能造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源，在复杂保护回路中同极两点接地，就可能导致直流电源短路，正接地可能导致断路器误跳闸；负接地可能导致断路器的拒跳闸，如图1所示。在极端情况下，当直流系统对地电容增大到一定数值，直流负母线对地电压高于继电器动作电压时，一点接地就有可能致使继电器误动。
图1直流系统两点接地
就动作的实际情况看，当直流系统监测回路发出预告信号报警，显示该系统接地，可以断定直流系统的接地故障已经造成了断路器可能发生误跳或拒跳的事故隐患，应立即排除。
三、直流系统接地故障的查找、排除
当直流系统发生直流接地故障时，应迅速进行查找，及时找出接地点，尽快消除故障。在查找之前应首先粗略分析一下故障产生的原因，确定首要查找的目标和处所。例如是否与直流设备运行方式的改变有关?是否与设备操作有关?是否与站内工作人员有关?是否与当时的气候变化有关?等等
（一）直流接地故障的查找步骤
首先要找到接地的位置，这就是我们常说的接地故障定位。直流接地大多数情况不是一个点，可能是多个点，或者是一个片，真正通过一个金属点去接地的情况是比较少见的。更多的会由于空气潮湿，尘土粘贴，电缆破损或设备某部分的绝缘降低，或外界其它不明因素所造成。大量的接地故障并不稳定，随着环境变化而变化。因此在现场查找直流接地是一个较为复杂的问题。
直流系统中的空气开关或熔断器是分层分级配置的，一般由总路空开、分路空开串联而成，两级空气开关将直流回路分成了三段。两级空气开关分别是直流屏总路空气开关和各设备分路空气开关，三段回路分别是直流母线及其引出线回路、总路空开馈出的电缆和桥接母线回路、分路空开馈出的保护、控制、监视、储能回路。其中，第三段回路数量最多、接线最复杂、接地几率最高，几乎所有的直流接地都出现在这一段。要想尽快找到接地点所属空开，接地的确切位置和确切原因，就必须对三段回路的构成、作用和现场具体位置十分熟悉，所以查找直流接地的第一步就是熟悉现场直流系统接线。只有熟悉了接线，心中有了数，才能在拉路寻找时不漏拉、不错拉、不重复拉。
首先，定位到总路空气开关。目前直流屏上都安装有微机直流绝缘监察装置，发生直流接地时，绝缘检测仪会报出是哪一极（正极还是负极）接地、接地电阻是多少，随后会报出接地支路号，根据支路号就可将接地点定位到总路空气开关。如果绝缘监察装置没有选线功能，又怎样定位到总路空开呢？这种情况下，只有对总路空气开关进行拉路寻找了；如果拉开某路空气开关后，接地极母线对地电压立刻升高到110V左右，则接地点就位于该空开控制的下级回路之中。
其次，定位到分路空气开关。根据现场标示和相关图纸，找出总路空开下级串接的所有空气开关。对于信号回路，如测控装置电源空开、遥信电源空开、通讯电源空开，其不影响故障跳闸，只涉及监控、指挥信号，可最先拉。对于保护控制回路空开，直接影响到系统安全，拉路时间越短越好，需控制在3秒以内，拉路顺序可按其对应一次设备实时潮流大小来排序，先拉负荷轻的空开，再拉负荷重的空开。如果拉开某路空气开关后，接地极母线对地电压立刻升高到110V左右，则接地点就位于该空开控制的下级回路之中。
最后，定位到具体位置。室外接地点位于场地电缆和电缆对侧回路中时，解开端子箱到开关机构箱直流电缆所有电缆芯，用摇表在端子排测量接地极绝缘电阻，若绝缘恢复，说明接地点在本电缆和开关机构二次回路中。若绝缘没有变化，说明接地点位于端子箱引出电缆和电缆对侧回路中。室内接地点位于保护屏内时，依次拔出装置插件，测量端子排接地极对地绝缘电阻，若绝缘恢复，说明接地点就在对应插件中。若绝缘没有变化，说明接地点位于保护屏端子排、端子排引出屏间直流电缆和屏内布线中，用摇表对屏内直流回路的每颗接线端子摇测绝缘，找出接地的那几颗端子，对端子金属部分、连接线部分仔细观察，找出接地点。
（二）直流系统接地故障的查找方法
（1）拉路分段处理法
这是电力系统查直流接地故障一直沿用的一个简单办法。所谓“拉路”，就是停掉该回路的直流电源，停电时间应小于3秒。通过拉路寻找，可将接地点限定在某个空开控制的直流回路中，再通过解开电缆芯，将接地点限定在室内或室外部分；再通过拔出插件，可将接地点限定在插件内和插件外。经过层层分解、段段排除，最终可将接地点定位于一段简单回路中，再用摇表对回路中的每根接线摇测绝缘，把接地点进一步限定在几根导线或几颗端子上。
该种方法，由于二次系统越来越复杂，大部分的厂站由于施工或扩建中遗留的种种问题，使信号回路与控制回路和保护回路已没有一个严格的区分，而且更多的还形成一些非正常的闭环回路，必然增大了拉回路查找接地故障的难度。正由于回路接线存在不确定性，往往令在拉回路的过程中，常常发生人为的跳闸事故，再加上微机保护的大量应用，微机保护由于计算机的运行特性也不允许随意断电，所以这种办法已基本不用了。
（2）直流接地选线装置监测法
该装置的优点是能在线监测，随时报告直流系统接地故障，并显示出接地回路编号。缺点是该装置只能监测直流回路接地的具体接地回路或支路，对具体的接地点无法定位。技术上它受监测点安装数量的限制，很难将接地故障缩小到一个小的范围。而且该装置必须进行施工安装，对旧系统的改造很不便。此类装置还普遍存在检测精度不高，抗分布电容干扰差，误报较多的问题。在拉路寻找时，切断各支路直流的时间只有几秒钟，绝缘监测仪信号来不及复归，致使靠绝缘检测仪判断接地消失的方法找不出接地点。
（3）便携式直流接地故障定位装置故障定位法
该装置是近几年开始在电力系统较为广泛应用的产品。该装置特点是无需断开直流回路电源，可带电查找直流接地故障。完全可以避免再用"拉回路"的方法，极大地提高了查找直流接地故障的安全性。而且该装置可将接地故障定位到具体的点，便于操作。目前生产此类产品的厂家也较多，但真正好用的产品很少，绝大部分产品都存在检测精度不高，抗分布电容干扰差，误报较多的问题。
四、查找直流接地故障的技巧
（一）及时查找
因直流接地故障常常随环境、气候的变化而变化，十分不稳定，造成难以查找的事故隐患，只要出现故障应立即查找。
定期巡检
不一定故障出现时再去查找排除。利用精度较高的查找装置定期对各个直流回路进行检查，建立厂站直流系统台帐，记下绝缘较差的直流回路，待气候渐湿时，再重点监测。目前已有部分电厂和变电站采用此法，并已开始建立这种经常性的工作。
按序查找
先信号回路、事故照明回路；再操作回路、控制回路；最后保护回路。先室外后室内拉，按先次要设备后主要设备，先临时备用电源后工作电源，最后依次解列充电设备和蓄电池。实际工作时拉路经验查找顺序大致如下：首先当时有检修工作或正在进行操作的回路；其次易受潮设备回路，特别是雨天；再次可疑或经常易接地的回路；最后变压器及重要设备的控制回路。
断开环路
如果客观上有断不开的环路，应对检测到的接地故障回路(环路接地，表现出来一般都是两个以上回路)的接地精度仔细分析，找出接地更严重的回路，继续查找。
五、查找接地故障时的注意事项
（一）当直流系统一点接地时，禁止在二次回路上工作，同时应密切监视一次设备的运行情况及有关仪表指示的变化情况。查找故障，必须二人及以上进行，防止人身触电，做好安全监护。按符合实际的图纸进行，防止拆错端子线头，防止恢复接线时遗留或接错；所拆线头应做好记录和标记。查找直流接地时应防止人为造成短路或另一点接地，导致误跳闸。
（二）瞬停直流电源时，时间不应超过3秒钟，动作应迅速，防止失去保护电源及带有重合闸电源的时间过长。但集成电路和微机保护的直流电源拉开10秒后才允许合好，即使回路有接地，也应先合上，再设法处理。
（三）试拉的直流负荷与其它部门或专业有关时，应事先与对方联系，并且尽量避免在高峰负荷时进行。防止保护误出口，必要时在拉断操作电源前，所以在拉合前应申请退出保护出口压板，解除可能误动的保护，操作电源正常后再投入保护。必要时事先应取得调度许可，查找无问题后，按调令恢复保护。
（四）禁止用灯泡查找接地点，以防直流回路短路。使用仪表检查时，表计内阻应不低于2000欧／伏。
（五）为防止误判断，观察接地现象是否消失时，应从信号、光字牌和绝缘监察表计指示情况综合判断。
六、结论
目前，不论是拉路查找分段处理法还是直流接地选线装置监测法，都不能精确定位到接地点，均需不断总结使用经验，结合寻找接地点的一般原则和注意事项，才能做好直流接地查找工作。重要的是建立厂站直流系统台帐，直观清晰的将直流系统分布状况展现出来，以便更好地帮助人员提高效率，最终快速准确的找出接地点。
首先，直流供电系统一定不能采用环状供电应改为辐射状供电，以方便故障查找，同时提高供电可靠性。其次，应根据国网公司反措要求，使交、直流完全分开。操作和控制直流完全分开，避免存在交直流混合情况。最后，加强工作班成员的技术培训，减少工作过程中人为造成的直流接地。
直流接地故障的查找难点在分析和判断，只有正确的分析和判断，才能尽快地解决问题，少走弯路；直流接地查找关键是要精通直流回路系统运行和维护的方法，今后工作中应认真加强检测，精心呵护，防微杜渐，为直流系统和电厂的安全稳定运行作出贡献。
参考文献：
[1]高智勇．查找直流接地故障方法探讨[J]，2012．
[2]张信、卢灿．直流系统接地的危害分析与处理[J]，2007．
[3]毛锦庆．电力系统继电保护实用技术问答[M]，2010．
[4]王宗达、张山春、毕强．直流设备检修[M]，2012．
[5]张秉俊．变电站直流接地故障分析与查找[J]，2016.
[6]向小民．发电厂和变电站直流系统接地故障诊断[J]，2012．
[7]张科峰、方稳根．厂站低压直流系统接地查找口，2008．