直流系统接地：正接地、负接地的讲解

电力讲坛 2022年4月20日浏览：1941

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。如果能有一种在监测点上不受限制，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。

现场用的设施中，绝大部分都是以电作为能源的，随着水平的提高，接触电气设施的人越来越多，而这些人的安全用电知识和技能水平又相对偏低，不能辨识危害和危险，在遇到触电事故后又缺乏及时有效的急救措施，因此在安装用于电气设施过程中易发生触电伤亡事故。

据统计每年因触电事故死亡人数都占到全部事故死亡人数7％以上，经济损失更大，加强现场安全用电，防止触电事故的发生刻不容缓。从事施工现场安全管理校准多年，在现场检查发现很多用电设施、设施校准环境很差，经常和水、泥浆打交道，由于维修保养不及时，破损、老化严重，造成用电设施、设施绝缘特性下降，而现场电工对这些用电设施、设施不能定期进行绝缘电阻测试，如果这类用电设施、设施保护装置特性差的话，操作人员校准过程中极容易造成直接触电事故。

因此，良好的绝缘是保证设施和线路正常运转的必要条件，也是防止触电伤亡事故的重要措施。

而直流绝缘检测装置不同于传统的兆欧表，检测准确度高更加智能化为设备的良好运行打下基础防患于未然及时的测量并排除一点接地防止出现两点接地对人身和设备造成损伤

由于直流系统馈线网络连接比较复杂，按接地极性可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。根据研究表明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。负接地可能导致断路器的拒跳闸。

仅对直流系统的接地故障给出报警，不能指示故障所在的直路和接地电阻值，功能过于单调。现场维护人员排除故障时，通常采用人工拉路法。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, 说明故障在该回路内。可操作性比较差，特别是对于重要负荷，短时拉闸都是不允许的。因此，采用该方法的检测装置只适用于很低端的配电房的直流柜系统。

对直流系统接地故障的分析与处理

直流系统的用电负荷极为重要,供给继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等，对供电的可靠性要求很高。直流系统的可靠性是保障变电所安全运行的决定条件之一。

一、直流系统故障接地的分析

直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多、且较长。所以，很容易受尘土、潮气的腐蚀，使某些绝缘薄弱元件绝缘降低，甚至绝缘破坏造成直流接地。分析直流接地的原因有如下几个方面：

1、二次回路绝缘材料不合格、绝缘性能低，或年久失修、严重老化。或存在某些损伤缺陷、如磨伤、砸伤、压伤、扭伤或过流引起的烧伤等。

2、二次回路及设备严重污秽和受潮、接地盒进水，使直流对地绝缘严重下降。

3、小动物爬入或小金属零件掉落在元件上造成直流接地故障，如老鼠、蜈蚣等小动物爬入带电回路；某些元件有线头、未使用的螺丝、垫圈等零件，掉落在带电回路上。

二、直流系统接地故障的危害

直流接地故障中，危害较大的是两点接地，可能造成严重后果。直流系统发生两点接地故障，便可能构成接地短路，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。在复杂的保护回路中同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能动作于跳闸、致使越级跳闸。

1．直流正极接地，有使保护及自动装置误动的可能。因为一般跳合闸线圈、继电器线圈正常与负极电源接通，若这些回路再发生一直接地，就可能引起误动作。如图：直流接地发生A、B两点时，将1LJ、2LJ接点短接，使ZJ误动作跳闸。A、C两点接地时，ZJ接点被短接而误动作跳闸。A、D两点，F、D两点接地，同样都能造成开关误跳闸。同理，两点接地还可能造成误合闸，误报信号。

2、直流负极接地，有使保护自动装置拒绝动作的可能。因为，跳、合闸线圈、保护继电器会在这些回路再有一点接地时，线圈被接地点短接而不能动作。同时，直流回路短路电流会使电源保险熔断，并且可能烧坏继电器接点，保险熔断会失去保护及操作电源。如图所示：直流接地故障发生在 B、E 两点，ZJ线圈被短接，保护动作时ZJ不能动作，开关将不能跳闸且保险将会。D、E两点接地时，TQ线圈被短接，保护动作时及操作时开关拒跳，同理，两点接地开关也可能合不上。

直流系统接地故障，不仅对设备不利，而且对整个电力系统的安全构成威胁。因此，规程上规定直流接地达到下述情况时，应停止直流网络上的一切工作，并进行选择查找接地点，防止造成两点接地。

1、直流电源为220伏者，接地在50伏以上。

2、直流电源为24伏者，接地在6伏以上。

三、直流系统接地故障的处理：

查找直流接地故障的一般顺序和方法：

1、分清接地故障的极性，分析故障发生的原因。

2、若站内二次回路有工作，或有设备检修试验，应立即停止。拉开其工作电源，看信号是否消除。

3、用分网法缩小查找范围，将直流系统分成几个不相联系的部分。注意：不能使保护失去电源，操作电源尽量用蓄电池带。

4、对于不太重要的直流负荷及不能转移的分路，利用“瞬时停电”的方法，查该分路中所带回路有无接地故障。

5、对于重要的直流负荷，用转移负荷法，查该分路而带回路有无接地故障。查找直流系统接地故障，后随时与调度联系，并由二人及以上配合进行，其中一人操作，一人监护并监视表计指示及信号的变化。利用瞬时停电的方法选择直流接地时，应按照下列顺序进行：

① 断开现场临时工作电源；

② 断合事故照明回路；