浅谈直流系统接地故障的分析及改造

• 85 •

浅谈直流系统接地故障的分析及改造

陈全忠

(陕西美鑫产业投资有限公司，铜川727100)

摘要：直流系统是发电厂、变电站一个非常重要的电源系统，它是一个独立的电源，为发电厂的控制回路、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，它还为断路器的分、合闸提供可靠的操作电源。直流电源的可靠与否，对发电厂、变 电站的安全稳定运行起着至关重要的作用。本文通过对直流系统接地故障的原因分析，提出改造方案，完善系统的安全运行。

关键词：直流系统接地;故障报警;分析；改造0引言

目前发电厂、变电站的直流系统均采用110V或220V 电源供电，正、负极母线一般接有绝缘监测装置，对地电压 为两极电压的一半。当系统出现一点接地故障时，即会出 现异常运行状态，虽不至于对二次回路立刻造成事故，但 继续运行不能超过两小时；如果再有一点接地，可能会导 致直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源， 可能造成保护及自动装置误动或拒动，在复杂保护回路 中，同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能动作跳 闸，致使越级跳阐，造成事故扩大。

下面就某电厂4*350MW机组#1机直流系统投运时 出现接地报警进行详细地原因分析、排查及改造处理的 探讨。

1直流系统概况

某电厂4*350MW机组直流系统分为集控直流系统 和升压站网控室直流系统。网控室直流系统4台机共用1 套220V高频开关直流电源屏，设置两组型号为C&D2-

300LBT的2V/300AH蓄电池（每组103只）；集控220V直 流系统每台机组分别设置1套220V高频开关直流电源 屏及直流分屏，两组型号为C&D2-1500LBT的2V/

1500AH蓄电池（每组103只）。

主厂房和网控220V直流系统均为单母线分段接线，

两组阀控铅酸蓄电池每组各配一组智能高频开关整流

器。设置充电母线，以便断开馈电母线给蓄电池充放电。

断开一组充电器前，两组蓄电池允许短时并列，保证每段

母线不断电，但不允许两段母线长时间并列运行。主厂房

220V主屏、分屏及网控220V直流主屏每段母线上装设

一组绝缘监察装置，完成对直流母线电压和绝缘电阻的

监视，当母线电压或绝缘电阻越限时引至系统监控模块

报警。在线检测直流馈线支路的绝缘电阻，并将母线电

压、对地绝缘电阻及各馈线支路的绝缘电阻值送至系统

监控模块进行显示。设有微机型直流接地监测装置，引至

系统监控模块报警。当直流系统发生一点接地时，自动报

出接地支路和支路接地电阻。系统采用电压变送器分别

对母线的电压及蓄电池的电压进行检测。同时采用霍尔

器件检测蓄电池的电流和馈电柜总电流，并将检测信号

通过转接板送至馈电柜监控板。由监控模块完成系统各

部分工作点的显示；同时将信号进行处理与设定值比较，

作者简介：陈全忠（1968-)男，陕西铜川人，电气工程师。发出告警信号。各直流输出回路采用直流断路器，并配有 合闸指示灯，各回路断路器均配有故障告警接点，向监控 板提供告警信号。直流专用塑壳断路器辅助触点引至系 统监控模块，报警触点和辅助触点通过通讯和硬接线至 DCS,用于监视其工作状态。

2故障现象

在#1机组整套启动前，直流系统带电。在对整个直 流系统及各路直流馈线负荷检查无误后，给各个直流负 荷送电时，集控室DCS监视画面上发出#1机直流系统接 地报警。电气运行人员就地检查6.3米层#1机直流配电 室，发现直流屏上显示#21支路——#1电子间#1机热工 电源DEH柜有接地信号，直流屏绝缘监测装置显示负极 接地电阻为0。为了排除绝缘监测装置误报警，随即又用 拉回路法瞬间断开各路直流负荷进行直流接地选择，当 选择至#1机热工电源DEH柜时，集控DCS画面#1机组 直流接地报警消失。初步判断应是#1机DEH柜有直流

接地故障。

3原因分析热工电源DEH柜是全电调型汽轮机数字电液控制系 统，其主要任务是调节汽轮机的转速，使之维持等转速运

行，保证供电质量和品质，同时也是汽轮机安全稳定运行

的保障。所以DEH系统是发电厂汽轮机系统的重要负荷。

根据设计要求，每台热工电源DEH柜均有两路电源同时

供电，从而保证该装置的运行可靠性。当接地点选择至#1

机热工电源DEH柜后，首先从该负荷两路电源检查，分别

测两路直流电源电缆绝缘电阻值，均在正常范围之内，然

后检查柜内装置及各元器件一切正常。初步判断此故障应

该是#1机DEH柜本体有缺陷。

按照设计要求，DEH柜两路电源供电，并在DEH柜

内汇聚到一个端子排上，两路电源必然会存在一定的电压

差，有电压差必然会产生环形电流。而我们的绝缘监测报

警装置正是利用零序电流互感器检测到一定电流值时，发

出报警信号。很明显，在没有明显电缆绝缘损坏及外界环

境因素影响的情况下，出现接地报警信号，初步确定是这

个环流造成报警信号发出。

4故障处理改造

针对此现象，及时联系热工电源DEH柜厂家及设计 院来到现场，共同分析、商讨此事。最后决定对DEH柜停

电进行改造，在DEH柜内加装双向导通电源隔离装置。此

• 86 •

内燃机与配件

电力系统中谐波分析和抑制方法

程宏

(上海彪玛建筑工程咨询有限公司，上海200336)

摘要:文章介绍了谐波的基本原理，电流和电压谐波产生的原因，主要的谐波源及其产生的谐波特点。详细的叙述了谐波对电力

系统中设备的影响，对谐波电压和电流限制的指导原则。最后介绍了一些常用的降低谐波的方法。

关键词：谐波；电力系统；限制原则；降低方法

1谐波介绍

当波的概念在19世纪30年代得到应用，谐波就出现 在人们的视野中。除了接地，谐波已经是如今人们最关心 的关于电能质量的问题之一，在能源质量领域得到了广泛 的重视。多数情况下，直到故障的出现，才意识到它的影 响。对它进行深入的了解已经提到重要的议题上。对电力 系统中产生的谐波干扰制定规范已经变得很重要。

1.1谐波描述一个周期性的非正弦谐波，可以用下面的傅里叶表达 式来统一表达出来。

v (t)=V,sin (wt)+V2sin (2wt)+V3sin ( 3wt)+ …+Vnsin (nwt )+V„+1sin( ( n+1 )wt) +… （1)在上面的无限序列中，V,，V2，V3,…，V„代表这个连续 表达式的峰值。这就是众所周知的周期性谐波表达式。基 波（一次谐波）的频率是f，二次谐波的频率是2xf，n次谐 波的频率是nxf。为了发现非正弦电压或者电流在对设备 的影响，仅仅需要描述单次谐波的影响，然后把总的结果作者简介：程宏（1974-)男，辽宁鞍山人，上海彪玛建筑工程咨询

有限公司工程师。装置是由IGBT大功率半导体

绝缘栅双极型晶体管控制，它相当于一个非通即断的 开关，提供适当的正向和反向输出电压，能可靠的开通和 关断，有足够的输入输出电气隔离性能，使信号电路与栅 极驱动电路绝缘。DEH柜正常时两路电源同时供电，用电 源隔离装置隔离开，当任一路电源故障，另一路电源会自 动导通供电。但是在#1机DEH柜内加装改造完成此隔离 装置后，#1机集控上位机上直流系统绝缘监测依然发出 接地报警信号。经过再次分析后，考虑设计院给定的参数 是否有问题，又对#1机直流绝缘监测装置内设定的参数 进行核算，此参数是由设计院根据设备性能及现场实际所 计算的。设计院给定的接地报警设定值为40欧姆，而根据 接地报警时直流屏和绝缘监测装置上所显示的电压和泄 漏电流值所计算出来的电阻值应为12欧姆（显示电压 220V,泄漏电流 18.2A。R=U/I=220V/18.2A=12fl)。随即又 会同设计院对此电阻值进行核定，在直流绝缘监测装置液 晶面板上将接地报警门限设定值由40赘调整为12赘。

经过对#1机DEH柜内加装双向导通电源隔离装置 和对直流绝缘监测装置上的接地报警参数重新调整，#1 机直流接地报警信号消失。此后四台机组均按此方案进行

1.2电压和电流谐波的形成原因

发电厂产生的电压传输很远的距离，经过几次变压，

最后配送给用户。用户设备产生富含谐波分量的电流，尤 其是大型商业和工业设施。谐波电流传输回供电电源，通 过不同能源输送设备的阻抗，例如传输电缆、变压器、母线 等等，产生额外的电压失真。

大部分的电流失真是由于负载引起的。如果电源有明 显的电压失真，即使负载是线性的，也会产生非线性电流。了改造处理，各台机组直流系统运行正常。

5结束语

直流系统在发电厂、变电站中具有十分重要的位置， 它的可靠与否直接影响发电厂能否安全稳定运行。以上 原因仅仅是设备厂家本身及设计院的问题。但在实际生 产运行中，导致直流系统接地的原因还有很多。比如：长 期运行过程中，由于环境、气候的变化，电缆以及接头在 绝缘老化破损、机械振动、灰尘积淀、金属生锈、潮湿、漏 水等各种因素作用下，不可避免的发生直流系统接地；再 者也可能因工作人员的疏忽造成的接地，小动物爬入或 金属零件掉落在元件上造成直流接地故障等等。但无论 何种原因造成的直流接地，其危害和结果都是一样的，一 旦出现一点接地，必须立即排除，防止再发生第二点接 地，造成事故扩大。

参考文献：[1] 王莹，杨磊，王静，刘彬.浅析变电站直流系统接地故障处 理[J].低碳世界,2015(36).

[2] 陈韬，胡书琴.变电站直流系统接地故障的分析及对策[J]. 电力学报，2009(02).

[3] 李洪立.浅谈变电站直流系统接地故障和处理[J].科技展 望，2015(08).叠加起来。图1描述了单次正弦谐波如何叠加形成了非正弦谐波。