直流系统接地对继电保护的影响分析

甘晓瑜

（广东电网有限责任公司惠州供电局广东惠州516000）

摘要：直流系统不仅在发电厂和变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的直流电源，也为操作提供可靠的操作电源，对发电厂、变电站的安全运行更起着至关重要的作用。结合自身工作经验，本文分析了直流系统发生接地时造成继电保护误动作的原因，并提出一系列防范措施。

关键词：直流系统；接地；继电保护

1引言

随着电网的不断发展建设，变电站设备不断增多及更新频繁的实际情况，目前构成了庞大而复杂的直流电源网络，客观上增加了直流发生故障的频率和查找直流接地故障的难度。

正常情况下直流系统正负对地均为绝缘的，系统中有一点发生接地时，一般情况下并不影响直流系统运行，但当出现两点及两点以上接地时，就会造成正负极短路，开关和保护回路误动、拒动现象。

2直流系统接地的产生与危害

2.1直流系统接地产生原因

直流系统是个不间断工作的系统，支路很多，负荷涉及面广，会因外界环境和运行条件变化等因素引起电缆老化、接线端子老化、元件损坏以及设备本身等问题引起绝缘水平下降，具体分类如下：

（1）电缆、设备、元器件老化造成绝缘水平下降，特别是遇到阴雨、浓雾等特殊天气引发直流系统接地，天气好转时可能会消失；

（2）设备检修或改造施工等原因造成直流系统回路线头松动、脱落并碰触金属外壳，造成直流系统接地；

（3）变电站二次装置损坏等情况引起直流系统接地，此类情况常常伴有保护动作，开关拒跳、拒合以及焦糊味等情况。

2.2直流系统接地的种类与危害

2.2.1接地种类

直流系统接地归纳起来有以下几种：按接地极性分为正接地和负接地；按接地类型上分为直接接地和间接接地。此外按接地情况还可分为单点接地、多点接地、环路接地、绝缘和交流半接地等。

2.2.2正极接地危害

正极接地可能造成断路器跳闸。由于断路器跳闸线圈均接负极电源，当发生系统正极接地时，正极经过大地，构成回路。如图1所示，当图中的A点和B点同时接地，相当于A、B两点通过大地相连接起来，中间继电器KM动作生成断路器的跳闸。同理，当图中的A点和C点同时接地，或图中的A点、D点同时接地均可能生成断路器的跳闸。

2.2.3负极接地的危害

负极接地可能造成断路器拒跳。如图1所示，当图中的B点，E点同时接地，B、E点通过地构成了回路，即B、E点相接将中间继电器KM短接，此时，如果系统发生事故保护动作，由于中间继电器KM被短接，KM不工作，产生断路器拒动现象，使事故越级扩大。同理，当图中的E点和C点同时接地和图中的E点和D点同时接地均可能生成断路器拒动现象。

图1直流系统接地示意图

3直流系统接地的处理措施

3.1排查流程

无论是正极接地还是负极接地，只要有一个接地，即对地构成了新的接地回路，当出现二点或多点接地时，就会发生故障，甚至事故。

总结分析电网多年运行中排查直流系统接地故障的现场情况和经验，排查流程基本为：

（1）根据直流屏故障情况（直流接地故障检测装置）显示进行判断，分析是否存在误报，确定故障回路及故障种类；

（2）采用拉路法、分段查找法对直流接地故障点进行查找，确定故障点。

3.2排查方法

当无法准确判断故障回路时，通常采用的方法称为“拉路法”。直流接地回路一旦从直流系统中脱离运行，直流母线的正负极对地电压就会出现平衡，从而确定直流接地点是否发生在该回路。

在直流系统中，各直流回路分类清晰，由专用断路器控制投退，可以通过操作控制开关或保险来进行“拉路”检查；当面对许多直流回路交叉严重，无明确控制开关的旧直流系统时，一般通过打开某直流回路特定电缆接头的“打头法”进行分段排查。“打头法”实际上是拉路法的一种延伸应用。

采用拉路法进行寻找并分段处理时，应遵守先照明和信号部分，后操作部分；先室外部分后室内的原则。根据现场的故障排除经验，对其方法进行整理如下：

（1）确定是正极接地还是负极接地，测量正负极对地电压，有效区分是正极接地还是负极接地；

（2）确定是哪段母线，减少查找范围，确定发生直流接地在哪一段；

（3）如果有直流接地选线的装置，不能准确确定，有误报的现象，请退出运行中的直流接地检测仪；

（4）采用分段分部位拉路法，操作电源一定要由蓄电池提供，先停下重要的回路，如信号回路和照明回路等。

应按照下列顺序进行：

①断合故障照明回路；②断合信号回路；③断合闸回路；④断合辅助设备；⑤断合蓄电池回路。

3.3直流接地故障

在变电站直流系统运行过程中，存在接地故障误报的情况。直流屏绝缘监察系统有接地告警，但测量母线电压及直流回路电阻的结果却显示正常，这说明系统并未真的发生系统接地。有可能是线路接线存在错误或绝缘监察模块设置存在问题。

在我国某110kV变电站交工前的自查阶段，曾出现这样一个问题：每当投入操作电源，直流故障灯开始“亮起一熄灭一亮起一报警”，绝缘监察模块显示“负极直接接地”负极对地电阻为OQ，但是通过使用测量工具检测，各回路对地电阻值都正常。通过仔细检查，在接入事故音响预告信号的二次电缆后，会触发接地报警，但这根二次线对地电阻正常，并未接地。采用拉路法，从110kVI段开始进行逐段拉路操作，最后确定为10kVII段母线上的一面电缆出线柜引起的直流接地。通过对二次回路进行深入检查，发现从电缆出线柜端子排到线路保护模块后的接线存在问题，本该接到模块后方“事故音响端子排”的三根二次线接到了负责通讯的端子排上，从而引起直流接地的报警。在恢复正确接线后，警报随即解除。

4典型案例分析

我国某用户变电站在雷雨天气多发季节，遇连雨天时，直流系统直流母线正极电压逐渐降低，绝缘水平也逐渐降低。某一天，当直流电压从+110V将至+60V左右时，该变电站断路器在同一时间全部动作，处于合位的断路器跳开，处于分位的断路器合上，且装置均显示开关位置变化，而未显示接收到任何操作指令。

该用户立即协调专业人员进行事故分析，通过采用拉路法、分段查找法对直流接地故障点进行查找，以便确定故障点并进行处理。

经检查，该变电站一个110kV隔离开关的辅助开关损坏。因防雨罩破损，被雨水淋湿产生了瞬间接地，见图2—损坏辅助开关所示；交流220V事故照明存在接地故障。

图2—损坏辅助开关

综合分析，由于该辅助开关被雨水淋湿，使该节点瞬间通过金属铁壳接地。由于该节点是从+KM（控制母线正极，+110V）输出的，因瞬间接地使直流电压+KM从+110V迅速降至0V，－KM也从－110V降至－220V；而因为手动合闸继电器SHJ和手动跳闸继电器STJ串接在－KM端，两端电压差为0V，在－KM从－110V降至－220V的过程中，继电器两端的电压差在最初为110V，因为在国网发布十八项反措之前，为了保证手跳继电器、手合继电器动作的可靠性，继电器的动作电压设为小于或等于额定电压的50%。在这种天气下，直流系统+KM接地，再加上部分装置绝缘不良，使得手动合闸继电器SHJ和手动跳闸继电器STJ瞬间同时动作，运行状态倒置（即：原本处于合位的断路器跳闸，原处于分位的断路器合闸），造成全站失电，见图3。

图3

在发布十八项反措之后，为了保证手跳继电器、手合继电器动作的可靠性及安全性，各大保护装置制造公司的继电器的动作电压均设为额定电压的55%～70%，避免了因直流系统单点接地造成继电器不正确动作。

确认事故原因后该用户立即更换了新的保护装置和损坏的辅助开关等设备，雷雨天气再也没有发生过保护装置误动作事故。

5结束语

我国电网中许多变电站已运行多年，直流系统存在一定隐患，在日常运行维护中也存在不少问题，通过对直流系统接地故障产生机理的分析，从产生、检测、排除、分析、研究等环节对直流系统接地故障进行较全面的阐述与研究，探讨更为有效的查找和排除直流接地故障的方法，并通过研究开发一种高阻抗的直流接地监测装置来大大提高直流系统运行安全性，对于建设坚强电网，保障居民生产生活用电，具有极大经济及社会效益。

附件一：某型号保护装置操作回路原理图