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    火力发电厂直流系统接地故障分析与处理

    时间：2023-03-24 21:55:01来源：百花范文网本文已影响人

    广东省粤泷发电有限责任公司 张鸿涛

    直流系统接地是发电厂常出现的问题之一，在直流系统长时间运行过程中，由于设备绝缘老化、设备年限、设备质量以及操作不当等原因，容易造成直流系统接地故障。一旦直流系统出现接地故障，容易出现接地短路，相关保护设备会发生误动而影响到电网的正常运行。基于此，检修工作人员亟需查找出系统接地故障点，并尽快将故障解决，以降低系统接地故障的发生率，确保发电厂的安全生产。

    1.1 概念

    直流系统也就是是指带极性的电源装置，即正极和负极也的电源设备。其作为发电厂不可缺少的重要部分，肩负着保障厂内装置照明设备、保护、控制、监测等装置功能正常运行的任务，为此该系统的运行状况直接关系到发电厂稳定运行，乃至关系到整个电力系统的安全稳定性。而电源直流系统接地的“地”并非指的就是电源与地面的实际相连接，这只是一个相对中性的概念。为了系统安全，发电厂相关电气设备会通过一种设备与这个“地”相连，而这种连接设备的电阻、电抗的值越小越好。因此，当系统中两极对地面的绝缘电阻数值减小到某一个特定的数值时，在这种情况之下，系统便会发生正极或负极接地故障。考虑到系统网络连接较为烦琐、杂乱，为此，系统接地故障会存在很多种，而最常见的几种是单点接地和多点接地。

    1.2 组成结构

    火力发电厂的直流系统一般由220V或110V两个独立的系统所构成。这些直流系统均是由充电器、蓄电池、绝缘监测装置、直流屏、降压单元等直流设备所组成。但随着制造业技术水平的不断进步，冲击负荷现象已逐渐减少，为此一些新建设的电厂基本已不再设置合闸母线和降压单位，而是直接采用直流来控制母线。其主要目的是为火力发电厂的继电保护装置、事故照明、自动装置、开关操作以及自动控制等设备提供直流电源。尤其是在火力发电厂紧急状态下，不仅为火力发电厂提供电源支撑，为发电厂的安全运行保驾护航；
    同时，在各个领域中也被视为较为稳定、安全的一种应急电源。由此可见，直流系统是火力发电厂用电中必不可少的一部分。

    2.1 故障现象

    火力发电厂检修人员在日常巡检中，经常会遇到直流系统的接地极对地电压突然降低，如220V直流系统正常时，其两极对地均为110V，考虑到继电器合闸、跳闸线圈以及继电器线圈接入负极电源，为此，一旦直流系统出现正极接地时，其极对地电压会降低到0，一般只是一点接地，对二次回路不会产生太大的影响。但若正极电源再发生一处接地，其自动装置便会出现误跳、误合，导致继电器出现误跳闸的现象，检修人员根据接地情况便可判断为正极接地。如图1所示。

    图1 直流正极接地故障图

    而负极接地则是继电器和自动装置出现拒动的重要原因，因为回路中发生一点接地故障，短路点便会在合分闸线圈的负极侧发生。在此情形下，系统内可能会发出某些拒绝指令，这也使得继电器的线圈被接地点短接而无法动作，从而出现短接，导致系统无法正常运行[1]。另外，直流回路一旦出现短接，电流便会急剧上升，过高的温度势必会将电源的保险丝熔断，并烧坏继电器接点，从而造成电气设备受损。如图2所示。

    图2 直流负极接地故障图

    此外，检修人员还经常遇到直流绝缘监测装置接地指示灯亮起来，并发出接地报警，或是出现异常跳闸现象；
    还有检修人员在送#0启备变8B 非电量保护装置DGT801U-E装置电源时，出现“直流系统绝缘监察总报警”，拉开该电源报警消失等情况；
    通过对这些故障现象分析，均判断为直流系统接地故障。为此，检修人员需要查清故障原因，并尽快处理故障。

    2.2 故障原因

    由于直流系统外露部分比较多，且电缆构成复杂、系统分布范围广等特点，使得直流系统产生接地故障的原因有多方面，如系统易受到外部环境因素，或是设备长期运行自身存在老化缺陷，抑或是检修人员操作失误等因素的影响，导致系统内一些性能较为薄弱的元件绝缘性能受损，都会引发系统发生接地故障。具体因素如下。

    2.2.1 检修因素

    在火力发电厂设备检修工程中，时常遇到检修人员不小心接错线或是检修人员疏忽大意，未按照规范进行检修工作，从而导致系统发生接地问题，如检修人员在排除设备故障时没有按照相关标准要求替换元件，或是检修时将一些电气设备元件、电缆损坏引起的直流系统接地故障；
    同时检修人员在开展#0启备变8B绕组温度计接线工作时，没有认真核对图纸、设备说明书，凭经验认为绕组温度计内部接线图与需更换下来的温度计一样，造成接线错误而引发直流系统接地故障，导致CT回路窜进温度变送器输出信号回路，交流电窜进直流电源系统回路，最终造成#0启备变在检修后延期投入运行。

    2.2.2 设备自身因素

    由于运行设备长年累月的运行，一些电气设备元件材料已出现老化，变形、断裂、破损、失效、电阻增加等问题，或是系统长年累月运行，系统内各个单元、模块的性能下降或存在生锈、破损等问题时引发的系统接地。如蓄电池的电压不正常，导致其膨胀或出现裂缝；
    绝缘监测数值设置错误，开关监测出现问题，不能及时监测到断路器或熔断器出现问题等而引发的接地故障，还有设备在运行过程中，会出现振动，长时间的振动会降低绝缘性能而引起系统接地[2]。

    2.2.3 外部因素

    发电厂中的直流系统在运行过程期间，由于系统大部分回路长期处于风吹雨淋的自然环境下运行，发电厂的直流系统以及二次回路容易受到恶劣环境或不良气候的影响，致使绝缘性能降低而出现接地故障。如每年梅雨季节空气都是潮湿，直流系统长期处于这种潮湿的环境下运行，其电缆皮层很容易出现剥落而引发接地故障；
    此外，在对直流系统日常的维护过程中，经常发现一些系统的户外二次接线盒中有水，判断应该是雨水所流入，这从而引起系统接地问题[3]；
    或是平时会有一些杂物被吹到回路之中，这些物体也会造成系统发生接地。

    3.1 启备变温度计接线错误引发直流接地

    针对火力发电厂检修工作人员因素引发的系统接地故障问题，本次以启备变温度计接线错误为例进行分析。针对该故障问题，检修人员首先测试#0启备变8B温度报警接点，并查出线缆对地绝缘为500Ω，因之前更换过绕组温度计，判断温度计内部问题。然后打开#0启备变8B绕组温度计接线盒，确定本次故障是因内部接线错误引发。为了能够尽快解决该故障问题，检修人员并针对当前的情况按照正确的内部接线图重新调整#0启备变8B绕组温度计接线，并对绝缘进行测试，以确保绝缘合格。经过检修人员的故障排除后，非电量保护装置DGT801U-E装置电源送电恢复正常，#0启备变8B也恢复正常运行。

    3.2 绝缘性能下降引发的直流接地

    针对设备自身因素导致绝缘性能下降所引发直流系统接地故障问题，首先，检修人员要查验故障现场，如设备故障周边环境、气候等基本情况进行排查，以避免是因为近期天气或设备周边环境问题而引起的设备失灵，所以检修人员需要对故障现场进行全面的分析，并借助检测仪器，检测各相关设备的绝缘性能，在检测过程中若设备发出报警信号，则表明该部分的绝缘性能受到严重的破坏，性能下降所引发的直流系统接地故障。

    其次，还要检查本次故障是否因为天气等外部环境因素的影响导致绝缘性能下降引发的接地故障，为此检修工作人员在排查时，要重点排查电缆线路等材料，毕竟南方每年梅雨季节，整个空气中水分含量异常多，在此期间，电缆线路一直处于湿气较重的环境中，其皮层受潮湿环境影响出现剥落，绝缘性能便 会下降从而引发的直流系统接地故障。考虑到上述接地故障比较复杂，传统的排查方法无法找出故障原因，为此针对上述直流系统接地故障问题，检修人员需要借助绝缘检测仪、故障检测仪器等两种仪器相结合，对故障进行定位，以此判断出接地点位置。

    但由于便携式接地故障检测仪器在实际使用中受限制，其只能排查出接地点的大概范围，却不能精准查出支路，为此这就需要采用绝缘检测仪器进行协助排查。通过两种仪器的相结合使用排查出支路，然后再深入查找接地点。该检测仪器的排查方法：首先，检修人员将检测仪器上不同支路的绝缘警告数值放大，然后根据绝缘检测仪器所发出的报警信息，查看是哪个支路的报警数值在下降，再利用检测仪器来围绕数值下降的这一支路做进一步的深入检测，最后通过检测仪器显示数值，看到这一支路的绝缘值很不稳定，由此便可判断出该线路出现了直流接地问题。

    针对火力发电厂直流系统运行过程中出现接地故障所带来的危害，为了能够降低系统接地故障的发生率，还需要做好故障的预防工作，具体预防措施如下。

    4.1 加强日常巡查力度

    考虑到火力发电厂直流系统接地故障的频发，为了能有效降低其发生率，检修人员不仅要按照相关规范要求相关要求进行维护和管理，还需要加强日常的巡查管理力度。尤其是故障高发区域的电气设备，检修人员需要缩短定期检查周期，以便能够及时发现电气设备所存在的问题，并及时进行消除。对于一些存在问题的设备元件，检修人员需要及时进行维护或更换，确保相关设备的正常进行，以此预防接地故障的发生。

    4.2 加强检修人员专业技能培训力度

    火力发电厂相关电气设备在日常的运行过程中，避免不了会出现故障，而最常见的便是直流系统接地故障问题，故障的发生势必会影响到电网的正常运行。为了避免故障的进一步恶化，检修人员一般需要最短时间内排除故障，使电网尽快恢复正常。为此，还需要加强检修人员专业知识、专业技能的培训力度，使检修人员通过不断学习相关专业知识与技能，如熟练掌握相关电气设备现场运行规程及设备原理、构造，强化设计、安装调试，故障排除等相关知识，进而提高自身故障处理能力与水平，使检修人员更好地适应直流系统中的新设备以及新问题。通过检修人员不断地学习，使检修人员能够掌握新的故障排除方法，这不仅能够增强检修人员的工作的责任心，还能使检修人员更好的解决直流系统接地故障问题，这对于降低直流系统接地故障发生具有十分重要的意义。

    综上所述，直流系统作为整个电力运行系统中重要组成部分之一，其是保障电气设备正常运行的关键。但在火力发电厂直流系统运行过程中，系统发生接地故障是无法避免的。为了保障电网的正常运行，检修人员需要排查清楚接地故障的原因，并根据故障原因提出解决故障的方法，以尽快消除故障问题，使发电厂处于稳定、可靠状态下运行，唯有这样，发电厂才能够更好地为广大的电力用户提供更好的用电服务。

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