直流系统接地对继电保护的危害及检查方法

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直流系统接地对继电保护的危害及检查方法

     成都电业局

摘要：直流系统发生一点接地之后，将影响到继电保护的可靠性，当一点接地之后再出现一个接地点时，可能造成诸如断路器偷跳、保护误动、保护拒动等严重后果，影响电力系统的稳定。本文分析了直流系统接地之后可能造成以上事故的原理，并列举了常用的查找直流系统接地的方法。
关键词:直流系统接地；断路器偷跳；保护拒动；保护误动。
发电厂及变电站的直流系统分布面广，回路非常多，特别容易发生故障和异常，其中最常见的不正常状态是直流系统接地。通过分析直流系统接地对继电保护危害的成因，有利于提高变电检修人员以及运行人员的业务水平；通过分析消除直流系统接地故障的方法，可以从中找出最快捷的处理方法，有利于迅速消除故障，提高系统运行的稳定性。
一、直流系统接地危害及构成原理
运行实践表明，直流系统一点瞬时接地，容易造成断路器偷跳。此外，当直流系统中发生一点接地之后，若再发生另外一处接地，将可能造成直流系统短路，导致直流电源中断供电，或造成保护拒动或者保护误动事故。
1、断路器偷跳
由于直流系统一点接地而造成断路器偷跳的实例较多，直流系统接地造成断路器偷跳的原因，可以通过图1进行分析说明。
系统正常运行时，大地有直流电位，其值近似等于额定直流电压的1/2，目前通常的变电站直流系统电压为220V，则大地电位为+110V。如图1，正常运行时，电容C两侧的电压为110V，电容的地侧为+110V，电容的电阻侧为0V。当直流电源的一极（例如正极）瞬间接地时，地电位由+110V跃变至+220V,因为电容两侧的电压不能跃变，因此电容的电阻侧电位由0V跃变至+110V，则此时加在电阻R和出口中间继电器K上的电压为110V，如果出口中间继电器的动作电压比较低（例如低于100V），则出口中间继电器动作，跳开相应断路器。
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图1
注：TJ1、TJ2、 TJ3：保护出口继电器
K:出口中间继电器
C:回路对地电容
R:电阻
2、保护误动和保护拒动
当控制回路中发生两点接地时，可能造成保护误动或者保护拒动。其成因可通过图2进行分析说明。
当A、B同时发生接地故障时，A点通过大地与B点勾通，相当于保护出口接点TJ被短路，将导致出口中间继电器KC动作，勾通跳闸回路，跳开断路器；当A、C同时发生接地故障时，A点与C点通过大地勾通，使跳闸线圈TQ通过电流跳开断路器。这两种情况均会导致断路器误动。
当B、D和C、D同时发生接地故障时，出口中间继电器KC或跳闸线圈TQ将通过大地被短路，如果此时保护动作，将无法启动跳闸，致使保护拒动。
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图2
注：A、B、C、D：控制回路接地故障点
KC:出口中间继电器
TQ:跳闸线圈
BG:断路器辅助接点
TJ:保护出口接点
kc:出口中间继电器的出口接点
R:电阻
另外，当A、D两点发生接地短路时，A、D两点通过大地勾通，使直流正负极短路，可能导致直流空气开关跳闸，造成直流供电中断。
二、直流系统接地的查找方法及消除方法
目前绝大多数变电站均配置了直流系统绝缘监测装置，当直流系统发生接地时，绝缘监测装置将发出报警信号。运行人员必须尽快找出故障支路及故障点并予以消除，避免造成更大的事故。
1、接地支路的查找
一般配置了绝缘监测装置的直流系统，绝缘监测装置能够报出接地发生的支路；如果直流系统没有配置绝缘监测系统，最常用的检查方法是“拉路法”。
拉路法：依次短时拉开直流系统中某个支路空气开关，观察直流接地是否消失，若消失，则为该支路接地；若不消失，则继续拉下一路空气开关，直至找到故障支路为止。
用拉路法确定故障支路时应注意以下几点：
①当被拉支路上接有线路纵联保护（例如光纤差动保护），应事先与调度联系，退出两侧纵联保护后方可进行拉路查找。
②断开每条支路时间不宜过长（宜低于3秒），且不论是否故障在该支路，均应尽快恢复供电。
③拉路的原则是先拉信号回路，最后拉操作回路。当该支路上有保护装置在直流消失后容易误动时，在拉路前应将该保护装置退出运行。
④在拉路时，结合实际经验（例如主变本体的压力释放阀、瓦斯等非电量保护设备易在阴雨天气发生接地）和现场情况（例如某支路上有工作发生，可能是工作人员工作失误造成直流芯线接地）进行拉路，将给检修人员提供重要的参考依据，减少拉路数量，缩短找出故障支路的时间。
⑤如果直流系统配置有绝缘监测装置，但未正确报出故障支路，必须采用拉路法查找时，应两人配合检查。因为拉开故障支路时，一般绝缘监测装置报警信号要延时才能返回，因此应由一人用高内阻万用表（内阻过低会近似于接地，造成两点接地）对故障母线进行测量。
2、直流系统接地的处理方法
①处理时应两人进行工作，相互监护，使用的工具应为绝缘工具，避免造成第二个接地故障点，引起更严重的事故。
②如果是因为芯线绝缘老化或损坏，则应更换新的芯线；如果是户外设备接线盒受潮，则应采取更换密封胶圈、用红外线灯烘烤、加装防雨罩灯方法处理。
③由于绝缘监测装置仅当直流系统的绝缘低于设定值时才会报警，因此在日常运行维护中，应定时检查绝缘监测装置中直流母线对地电阻，发现绝缘降低时，提前汇报并处理，避免故障进一步恶化。
3、直流接地故障举例
2011年5月，220kV槽木变电站在投运之前，某日调试人员早晨上班时发现直流系统绝缘监测系统报直流接地，检查后发现直流I段正极母线对地电阻过低。但是在调试人员下午打算处理接地故障时，发现故障已消失。第二天早晨上班时又报直流接地，经检查任然是直流I段正极母线对地电阻过低。调试人员结合第一天凌晨下雨，而中午天气转晴的情况，判断很可能是户外设备由于雨后潮湿造成了直流接地。于是当即采用拉路法进行排查，首先拉主变非电量装置的的支路，结果拉到第二个支路即发现当2号主变辅助保护屏拉开直流后故障消失，进一步检查确定是非电量装置造成了直流接地，接着对主变本体检查，发现B相速动油压继电器的二次接线盒密封胶圈未盖好造成芯线受潮，使芯线与金属盒壁绝缘降低，造成了直流接地故障。调试人员当即向安装人员汇报，并使用红外线灯对二次接线盒进行烘烤，将密封胶圈重新恢复好，接地故障立即消失。
三、总结
直流系统在当前变电站中非常重要，大多数继电保护保护装置及综合自动化装置均使用直流供电。认真维护直流系统，避免直流系统接地故障的发生，将使继电保护更加可靠，电力系统运行更加稳定，促进社会经济建设的更好发展。
参考文献
【1】李玉海，电力主设备继电保护的理论实践及运行案例，中国水利水电出版社。

w711751@126.com

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appig2012

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