直流接地

继电保护电流回路两点接地的分析处理

陈广军 广东省高州供电分公司 (525200)

1 问题提出

在电力系统中，二次回路对保障系统安全运行起到非常重要的作用。系统正常运行情况下，为了保证人身和设备的安全，《电力作业现场安全规程》规定电流互感器二次回路的一个电气连接必须有一个可靠的接地点。同时为了保证继电保护和自动装置的正确工作，要求电流回路一点接地。但是，变电所电流二次回路连接设备繁多，延伸范围广，常常由于人为的接线错误或一些不可避免的自然规律，如绝缘的老化等，出现在一个电气连接的二次回路中出现多点接地，而且系统的二次回路大部分在室外，绝缘损坏的几率大，多点接地导致保护的不正确动作，造成大面积停电事故在系统屡屡发生。造成两点接地有以下几点：

(1) 主控室内控制屏和保护屏分别接地，引起两点接地。

(2) 10kV开关柜出厂时电流二次回路接地点已和断路器外壳连接，在安装中开关柜与接地网连接，已有一点接地，又在控制室接地，造成电流回路两点接地。

(3) 在对变电所的改造中，将接地点改接在控制室，将户外端子箱接地点解开，但由于人为疏忽，造成电流回路两点接地。

(4) 电流二次回路绝缘损坏接地，造成电流回路两点接地。

2 两点接地的危害

(1) 电流二次回路是通过电缆连接的，当接地网上出现短路电流或雷击电流时，由于电缆屏蔽层两点的电位不同，使屏蔽层内流过电流，可能烧毁屏蔽层。当屏蔽层内流过电流时，对每个芯线将产生干扰信号。

(2) 在电流二次回路中，如果正好在继电器电流线圈的两侧都有接地点，一方面两点接地点和地所构成的并联回路，会短路电流线圈，使通过电流线圈的电流大为减少。此外，在发生接地故障时，两接地点间将因地网通过零序电流而产生地电位差，将在电流线圈中产生极大的额外电流。这两种原因，将使通过继电器电流线圈的电流与电流互感器二次通入的故障电流有极大差异，会引起保护的不正确动作，同时会引起计量的不准确。

3 解决方法

为了消除两点接地的隐患，在电流互感器一次侧A相通入交流电流，电流二次回路用钳形电流表监测A相及N线，如A相与N线电流相等，则电流回路一点接地，同时也检验了接线的正确性；如N线电流是A相电流的一半左右，则电流回路是两点接地，且为主控室和开关场两点接地。如果N线电流比A相电流的少一小半左右，则电流回路也是两点接地，且为主控室内两点接地(保护屏和控制屏分别接地)。例如，电流互感器变比为300/5，在一次A相通流60A，电流二次回路在A相监测为1A，二次回路N点也为1A，则为一点接地；如果电流二次回路A相为1A左右，二次回路N点为0.5A左右，则为主控室和开关场电流两点接地；如果电流二次回路A相为1.23A左右，二次回路N点为0.77A左右，则为主控室内控制屏和保护屏分别接地，引起电流两点接地。不管在中性点非直接接地电网中或在直接接地电网中，还是在电磁型保护或微机型保护中都同样适用上述方法。可解决电力系统中长期困扰人们的交流二次回路多点接地问题，能够及时发现交流二次回路的多点接地，避免了因交流二次多点接地造成的保护误动和拒动，保证了电网的安全运行。

4 结束语

在变电所新投保护，以及变电所保护改造的工作中，采用上述方法，保证了电流二次回路必须有且只能有一点接地。实践证明，该方法不但能检查多点接地问题，而且能检查电流回路接线的正确性。

一、关于直流系统接地

1、什么叫直流系统接地？

由于直流电源为带极性的电源，即电源正极和电源负极。交流电源是无极性电源，电力系统交流电源有一个真正的“地”，这个地也是电力系统安全的一个重要概念。为了系统安全，变电站、发电厂所有设备的外壳都会牢牢的接在这个“地”，而且希望其阻抗越低越好。直流电源的“地”对直流电路来讲仅仅是个中性点的概念，这个地与交流的“大地”是截然不同的。 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，或者低于某一规定值，这时我们称该直流系统有正接地故障或负接地故障。

2、直流系统为什么会接地？

发电厂、变电站直流系统所接设备多、回路复杂，在长期运行过程中会由于环境的改变、气候的变化、电缆以及接头的老化，设备本身的问题等等，而不可避免的发生直流系统接地。特别在发电厂、变电站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接地故障的概率越大。

3、直流系统接地的危害

（1）接地分类: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，亦称金属接地或全接地和间接接地，亦称非金属接地或半接地；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或称片接地。

（2）、正接地可能导致断路器误跳闸

由于断路器跳闸线圈均接负极电源，故当发生正接地时可能导致断路的跳闸，如图所示，当图中的A点和B点同时接地，相当时A、B两点通过大地连起来，中间继电器KM必然动作造成断路器的跳闸。同理，当图中的A点和C点同时接地，和图中的A点、D点同时接地均可能造成断路的跳闸。

（3）、负接地可能导致断路器的拒跳闸:如图所示，当图中的B点、E点同时接地，这B、E点通过地连通后，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不动作，断路器不会跳开，产生拒动，使事故越级扩大。

从以上分析看出，直流系统如果仅仅是一点接地，对二次回路不会造成事故，如果有两点接地，就可能发生断路器误动或拒动。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。

二、怎样查找、排除直流系统接地故障

排除直流接地故障。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。

1、 查直流接地的方法

（1）、拉回路法：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“拉回路”，就是停掉该回路的直流电源，停电时间应小于三秒。一般先从信号回路，照明回路，再操作回路，保护回路等等。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。2001年10月，广西电力局中心调度所继保科发文，明令禁止“拉回路”查找直流接地。

“拉回路”可能导致控制回路和保护回路重大事故发生。

（2）、直流接地选线装置监测法

这是一种在线监测直流系统对地绝缘情况的装置。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，但对具体的接地点无法定位。技术上它受监测点安装数量的，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。如果能有一种在监测点上不受，检测精度较高，选线准确的直流接地选线装置，应是一种较好的选择。

（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。该装置的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。

三、查找直流系统接地故障的深层次分析

据现场使用情况反映，绝大部分查找直流系统接地故障的装置都不是很好用，其原因要从直流系统接地说起，由于发电厂、变电站的直流系统是一个庞大的、复杂的直流电源网络，所接设备多，母线、小母线层层分布，回路纵横交错，客观上增大了查找直流接地故障的难度。

1、关于分布电容的讨论

我们知道电容的特性是对直流呈现开路，对交流呈现一定阻抗特性，其阻抗的计算公式Zc=1/2πfC其中f为交流信号频率，C为电容量，C越大，该电容呈现的容抗就越小，频率越高，该电容呈现的容抗也越小。

变电站、发电厂直流系统的对地分布电容情况是直流系统越大，回路越复杂，所接设备越多，系统呈现的对地分布电容也越大，我们曾对100KV、220KV和500KV不同电压等级的变电站的直流系统做过测试，其分布电容大致呈现如表A所示。

按现场运行经验，变电站、发电厂直流系统的对地分布电容还与发电厂、变电站的投运时间有关，投运时间越长的变电站，分布电容也更大，一般来说，如果查找直流接地的检测装置以叠加低频交流检测信号方式在直流系统上，假设点的交流信号频率f=2Hz(目前绝大多数装置都采用5Hz)，那么，直流系统的分布电容对检测装置所叠加的低频交流信号.

2、对直流系统接地故障的定义标准的讨论

上面说过直流接地是指直流系统正或负极对地绝缘阻抗值降低到某个规定值或某个设定值时，我们称直流系统发生了接地故障。

电力系统对直流系统的接地故障目前尚无统一的标准，各个厂站按各自的要求将接地故障报警值按对地电压不平衡情况定义。

直流系统绝缘监测普遍采用平衡电桥方式来判定对地绝缘，即为正或负对地绝缘降低时，平衡电桥失去平衡，绝缘监测指示上正对地或负对地电压会升高或降低。由于平衡电桥回路选用的电阻目前尚无统一标准。各直流屏生产厂家均有不同的平衡电桥电阻取值，就现场实际运行情况，平衡电桥的电阻取值从1K—36K不等，这样仅仅用对地电压的变化来说明接地故障的程度，显然不是十分准确的。直流系统对地的绝缘情况，准确的说，应该用阻抗来衡量。 发达国家的电力系统，对一座较大规模的发电厂、变电站，直流系统对地绝缘阻抗的报警值设定在50KΩ，目前我国一些全套引进进口设备，管理先进的个别发电厂（如大亚湾核电站），直流系统绝缘告警值仍沿用国外标准，设为50KΩ。

事实上绝大部分的电厂、变电站，由于种种原因，其接地故障报警值一般设在5K—25K之间，有些甚至更低。这就形成一个直流系统接地故障的怪圈，运行水平高、管理严格的发电厂、变电站，比运行水平低、管理松散发电厂、变电站的直流接地故障概率似乎还高。个别运行水平低下的变电站一两年也难有直流接地故障报警。其根本在于直流系统绝缘监测平衡电桥电阻取值的极大差异，造成对地绝缘整定值过低，无法真正体现实际的绝缘情况。哪怕断路器因直流系统接地故障有过误跳，也查不到事故真正原因。

3、关于多点接地及闭合环路接地，正负同时接地的讨论

多点接地、环路接地、正负同时接地是查找直流系统接地故障的难点，这类接地故障对系统危害更大。“拉回路”是难以拉出接地回路的。目前应用中的无论是直流接地选线装置还是便携式查找接地装置，绝大部分都无力处理以上的接地。因为此类接地故障较为复杂，要求检测设备具有相当高的精度，抗分布电容指标较高，否则就会出现误报，使检测无法进行。环路接地检测时，要能精确区分接地环路的不同位置接地程度的差异，经分析比较，逐步逼近真正的接地故障点。同样多点接地，无论是处于同一回路，还是分处于不同回路，在主回路上还能判别，往下查找已查不出接地支路或分支路，检测设备的精度显然不够。如果检测设备的抗分布电容干扰指标不够，还可能会出现更多误报。正负同时接地，目前大部分直流系统绝缘监测，已不能有效的报告接地故障，平衡电桥方式判定出的，仅仅是正接地故障和负接地故障，同时接地时对地绝缘的差值。因此，定期巡检直流系统的对地绝缘，对运行安全要求较高的发电厂、变电站已十分必要。综上所述，用仪器查找直流系统接地，最重要的是要解决直流系统分布电容的干扰，提高查找检测设备的检测精度，解决受对地分布电容干扰大和多点接地、环路接地的误报问题。

四、怎样正确选择直流接地故障查找地装置

按现场的运行经验，从上面分布电容产生的对地容抗经验数据分析，选择直流接地故障查找地装置，一定要严格掌握两个重要指标，其一是装置抗分布电容干扰，（目前绝大多数生产厂家的设备都未列出该指标）。要求其抗分布电容干扰，对地分布电容系统总值应大于或等于80MF，回路的对地分布电容系统值应大于或等于8MF；其二是检测接地故障的对地阻抗值应大于或等于40KΩ。达不到上述两个指标的直流接地故障查找地装置，在现场应用中，对大部分的直流系统接地故障往往检测不出，更不用说用作定期巡检装置。

五、查找直流接地故障的技巧

1、查找及时。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。

2、定期巡检直流系统的对地绝缘。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，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（主要在500KV变电站和部分接地较多的30万KW以上发电机组）。

3、按序查找，先信号回路，事故照明回路，再操作回路，控制回路，保护回路。先重点检测绝缘情况较差的回路。

4、对环路供电的直流系统应先断开环路开关，如果客观上已断不开的环路（此类情况现场情况很多），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）其接地精度仔细分多样，找出接地更严重的回路，继续查找。

5、选用高精度的查找装置，对接地告警比较严重的，大部分情况都并非一点接地，应

用精度较高的检测装置区分不同故障程度的回路，从接地故障严重的回路的入手。

查找直流接地故障方法探讨

技术分类:电机与运动控制 作者：高智勇 发表时间：2006-11-06

发电厂的直流系统是蓄电池组与浮充电装置并联供给直流负荷的运行系统。正常情况下，直流电源的正、负母线对地是绝缘的，当回路发生一点

接地时，在一般情况下并不影响直流系统的运行。但当回路发生两点或多点接地时，就会造成正负级短路，开关与保护误动或拒动。此外，在特殊情况下，一点接地也可能造成保护误动作。直流系统接地故障在发电厂经常发生，对于运行环境差，运行时间长的设备，发生故障的机会更多，而且往往会同时出现几个接地点，查找起来显得非常困难。根据工作中的一些体会，谈一谈查找直流接地故障的一些基本方法及其注意事项。

1 常用的基本方法

1．1 利用绝缘监察装置判断

发电厂的直流母线一般分为两段，每段母线上均装有绝缘监察装置。主厂房在直流母线上均装有微机直流系统绝缘在线监测装置，直流系统正常工作时，装置数字显示母线电压，监测直流系统正、负母线绝缘状况，当直流系统发生接地时，装置自动启动报警之后产生低频信号，由正负直流母线平衡对地注入直流系统，再通过安装于每一支路上的传感器接收这一低频交流信号，CPU对各条线路所采集信号电流进行分析，判断出故障线路号及接地电阻值，完成自动选接地线的功能。

广安电厂辅助厂房的直流监察装置是利用传统的电桥原理构成的，正常运行时，直流正负母线对地绝缘电阻是平衡的，当发生一点接地时，电桥平衡遭到破坏，接地继电器流过较大的电流，当线圈电流大于整定值时，继电器动作，发出声、光信号报警。

1．2 利用拉路法进行判断

根据负荷的重要性，依次短时拉开直流屏所供直流负荷各回路。当切除某一回路时故障消失，则说明故障就在该回路之内。继续运用拉路法，就可以进一步确定故障在此回路的哪一支路当中。例如，断开直流屏主控控制回路熔断器，绝缘监察装置”接地”信号消失，说明故障在此回路中。

1．3 逐段排除法

让直流负荷分段开环运行，再断开直流母线分段开关及回路环路开关，然后采用拉路法，故障范围更容易确定。

2 查找直流接地故障时的注意事项

1）当直流发生接地时，禁止在二次回路上工作。

查找和处理必须由两人同时进行，处理时不得造成直流短路和另一点接地。

2）不能采用任意拔一只熔断器（特别是负荷熔断器）的办法寻找故障点，这样易产生寄生回路导致保护误动作，是不可行的。

3）对于不能停电的直流设备，必须事先用备用直流电源供电，以保证在拉路时该回路

直流电源不间断。

4）如果直流母线上所有负荷切除后故障仍不消失，则说明接地故障发生在直流电源部分（直流屏、蓄电池组、浮充电机、连结电缆等）。为了避免在查找故障过程中给负荷造成较长时间停电，引起更大事故发生，在一般情况下应先用一套具有足够容量的备用直流电源（如备用充电装置）给负荷供电，再将有故障的直流电源与外电路脱离来查找故障。

5）有时接地故障发生在主控信号回路中，在这种情况下，当拉开该回路时，信号失去电源，直流绝缘监察的声、光信号不能发出。这时，判断接地与否不能再利用声、光信号，而要派专人监视直流绝缘监察继电器，看其触点是否动作来判断直流回路有无接地。

6）某一分支回路的电缆芯中，有属于控制、信号、闪光等回路用芯，当该电缆损坏接地时，接地故障可能同时在接于直流母线上的控制、信号、闪光等回路出线。如顺着某一回路查找到电缆接地故障，其它回路故障就应怀疑是否也是由此引起。考虑到这种连带关系，往往能获得事半功倍的效果。

7）查找接地故障前，应充分了解情况。如运行有无异常现象、回路有无工作、天气情况等。具体查找时，以先信号和照明部分后操作部分，先室外部分后室内部分为原则。在切断各专用直流回路时，切断时间不得超3s，不论回路接地与否均应合上。若直流失电可能引起保护及自动装置误动，在切断前应采取必要的安全措施。当发现某一专用直流回路有接地时，应及时找出接地点，尽快消除。

3 哪些部位容易发生接地

1）控制电缆线芯细，机械强度小，一旦受到外力作用，极易造成损坏，特别是屏蔽线

接地时，若施工时不小心，也会伤到电缆绝缘造成接地。

2）室外开关场电缆，其保护铁管中容易积水，时间长了造成接地。

3）变压器的瓦斯继电器接线处，因变压器渗油或防水不严，造成绝缘损坏接地。

4）有些光字牌或照明的灯座，若更换灯泡不当，也易造成灯座接地。

5）断路器的操作线圈，电笛、电铃等，若引线不良或线圈烧毁后绝缘破坏发生接地。

6）室外开关箱内端子排被雨水浸入，室内端子排因房屋漏雨或做清洁打湿，均能造成接地。

7）锅炉、输煤等工作环境较恶劣的地方，设备端子受潮或积有煤粉、灰尘等，由此造成绝缘降低引起接地。