《直流接地故障分析与查找》
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摘 要：直流系统在电力系统、工矿企业中承担着较为重要的作用,在交流电源停电后,能继续为重要负荷供电,当发生接地故障后,应迅速分析、判断,并作出正确处理.本文对某一直流电源电路进行了三个接地点的接地故障分析,重点对发生各种故障情况下电路运行进行了详细分析.根据分析,找出了查找接地故障点的几种方法,首先利用测量正负极对地电压判别接地故障的极性,再用拉合回路法或注入低频交流法,查找具体的故障支路,并须在较短时间内处理完成,以确保直流系统的继续安全、稳定运行.
关键词：直流系统；接地；分析；查找；低频交流信号
直流电源作为辅助工作电源和稳定电压电源,在交流电源停电后,能继续为重要负荷供电,如医院、铁路、电厂等重要场所.直流系统的可靠、安全运行,直接影响重要场所的正常生产.本文将对实际应用较多电压等级的220V直流电源接地回来进行分析,并对接地后的处理进行叙述.
1 电路基本情况
如图1,是220V直流系统及其负荷图.图中所示d1、d2、d3为三个不同的接地故障点（本文分析金属性接地）.该电路图,电源为直流电源220V,有四路负荷,分别是负荷1、负荷2、负荷3、负荷4,每路负荷带一组开关,负荷1至负荷4分别由开关K1K1′、K2K2′、K3K3′、K4K4′控制.
2 各接地故障点分析
（1）当直流系统发生d1点故障短路时,电源正极接地故障.按照电路基础知识,我们知道：正极接地,则该电路正极电压U+等于0V,由于负极未接地,U-等于0-220等于-220V.根据直流电路分析,在负荷1至负荷4的两端,仍然为220V电压,各负荷供电电压正常,由于电路接通,所以,电路不受影响.
（2）当电路发生d2点故障短路时,电源负极接地故障.按照电路基础知识,我们知道：负极接地,则该电路负极电压U- 等于0V,由于正极未接地,U+等于220-0等于220V.根据电路基础知识,在负荷1至负荷4的两端,仍然为220V电压,各负荷供电电压正常,由于电路接通,所以,电路不受影响.
（3）同理,当电路发生d3点故障短路时,与d1点一致,电路运行不受影响.
（4）当电路同时发生d1点、d2点短路故障时,如图2所示.
此时,由于d1点、d2点均接地,相当于在两个接地点间短接.根据欧姆定理,电压220V、电阻为零,电流无穷大,电源开关跳闸、熔断器熔断,如开关跳闸及熔断器熔断失败,还可能烧损电源及电缆绝缘等,非常危险.而该回路中的负荷1至负荷4,由于两侧电压均为零,没有电流流过.
（5）当电路同时发生d2点、d3点短路故障时,与同时发生d1点、d2点短路故障一致.将使开关跳闸、熔断器熔断,危及电源及电路绝缘等,非常危险,而该回路中的负荷1至负荷4,由于两侧电压均为零,没有电流流过.
（6）当电路同时发生d1点、d3点故障短路时,由于两故障点均在正极,与d1点或d3点发生单点故障一致,在负荷1至负荷4的两端,仍然为220V电压,各负荷供电电压正常,由于电路接通,所以,电路不受影响.
3 接地危害
经过以上对各接地点分析,当直流电源发生一点接地故障时,电路供电不受影响,但由于发生正负极两点短路,可能导致烧损电源及其电路绝缘,为避免发生事故风险,应立即断开故障负荷.如本电源回路中,当发生d1点或d2点或d3点单点接地故障时,应尽快地想办法对应断开K1K1′、K2K2′和K4K4′,避免发生d1点、d2点同时接地短路或d2点、d3点同时接地短路故障.
由此,当发生同极性的两点短路,可能短路的两点直接短接了该回路的继电器节点,导致保护误动.当发生正负极两点短路,除可能导致电源熔断器熔断外,还会导致保护拒动.所以,直流系统运行种,必须避免发生两点接地故障.
4 接地点查找
（1）根据直流系统接地报警,关键是尽快查出接地性质与接地支路.正常运行时,正极对地电压为110V,负极对地电压为-110V.当发生单点非金属性接地时,相应正极或负极对地电压降减少,另一负极或正极对地电压升高,例如：当正极对地发生单点非金属性接地时,则U+﹤110V、U-﹥110V,據此,判断故障性质为正极单点接地.当发生单点金属性接地时,相应正极或负极对地电压为零,另一负极或正极对地电压为220V,例如：当正极对地发生单点金属性接地时,则U+等于0V、U-等于-220V,据此,判断故障性质为正极单点接地.
（2）通过拉合开关,判断接地支路,也称“拉路法”.就是停掉该回路的直流电源,停电时间应小于3秒,一般先从信号回路、照明回路,再操作回路、保护回路等.逐项拉合支路开关,每次观察直流屏的监控单元情况,如果当拉开某路后告警信号消失,再次合上该路开关,告警信号再次出现,则断定此支路接地.当确定了接地点的回路范围后,再根据回路中可能接地的线路和设备,逐步缩小查找范围,直至找出接地点.一般情况下,潮湿污秽地方的电气设备元件容易发生非金属性接地.
（3）低频交流信号注入法查找.该方法是将低频低电压的交流信号注入直流系统,当直流系统运行正常时,正负极的电流方向相反、大小相等,所以任一支路测得的电流和为零；当直流系统支路有接地故障时,在该故障支路能测出低频接地电流,由此,计算出接地电阻,从而判断接地支路.该方法查找主要使用便携式直流接地定位装置、绝缘监测装置等仪器.
5 结论
由于直流系统接地对电力系统的危险性大,国家、电力行业及企业在安全生产、经济效益等方面要求越来越高,当发生接地后,利用本文提到的分析及查找方法,符合现场实际,能快速查找故障点,以避免故障扩大.
参考文献：
[1]刘维,王立君.浅谈电力系统直流系统接地分析及处理.内蒙古石油化工,2013-11-30.
作者简介：杨泞锴（2000-）,男,就读华西中学.
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