直流接地故障分析及查找

摘 要：直流系統(tǒng)在電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)中承擔著較為重要的作用，在交流電源停電后，能繼續(xù)為重要負荷供電，當發(fā)生接地故障后，應迅速分析、判斷，并作出正確處理。本文對某一直流電源電路進行了三個接地點的接地故障分析，重點對發(fā)生各種故障情況下電路運行進行了詳細分析。根據(jù)分析，找出了查找接地故障點的幾種方法，首先利用測量正負極對地電壓判別接地故障的極性，再用拉合回路法或注入低頻交流法，查找具體的故障支路，并須在較短時間內(nèi)處理完成，以確保直流系統(tǒng)的繼續(xù)安全、穩(wěn)定運行。

關鍵詞：直流系統(tǒng)；接地；分析；查找；低頻交流信號

直流電源作為輔助工作電源和穩(wěn)定電壓電源，在交流電源停電后，能繼續(xù)為重要負荷供電，如醫(yī)院、鐵路、電廠等重要場所。直流系統(tǒng)的可靠、安全運行，直接影響重要場所的正常生產(chǎn)。本文將對實際應用較多電壓等級的220V直流電源接地回來進行分析，并對接地后的處理進行敘述。

1 電路基本情況

如圖1，是220V直流系統(tǒng)及其負荷圖。圖中所示d1、d2、d3為三個不同的接地故障點（本文分析金屬性接地）。該電路圖，電源為直流電源220V，有四路負荷，分別是負荷1、負荷2、負荷3、負荷4，每路負荷帶一組開關，負荷1至負荷4分別由開關K1K1′、K2K2′、K3K3′、K4K4′控制。

2 各接地故障點分析

（1）當直流系統(tǒng)發(fā)生d1點故障短路時，電源正極接地故障。按照電路基礎知識，我們知道：正極接地，則該電路正極電壓U+=0V，由于負極未接地，U-=0-220=-220V。根據(jù)直流電路分析，在負荷1至負荷4的兩端，仍然為220V電壓，各負荷供電電壓正常，由于電路接通，所以，電路不受影響。

（2）當電路發(fā)生d2點故障短路時，電源負極接地故障。按照電路基礎知識，我們知道：負極接地，則該電路負極電壓U- =0V，由于正極未接地，U+=220-0=220V。根據(jù)電路基礎知識，在負荷1至負荷4的兩端，仍然為220V電壓，各負荷供電電壓正常，由于電路接通，所以，電路不受影響。

（3）同理，當電路發(fā)生d3點故障短路時，與d1點一致，電路運行不受影響。

（4）當電路同時發(fā)生d1點、d2點短路故障時，如圖2所示。

此時，由于d1點、d2點均接地，相當于在兩個接地點間短接。根據(jù)歐姆定理，電壓220V、電阻為零，電流無窮大，電源開關跳閘、熔斷器熔斷，如開關跳閘及熔斷器熔斷失敗，還可能燒損電源及電纜絕緣等，非常危險。而該回路中的負荷1至負荷4，由于兩側電壓均為零，沒有電流流過。

（5）當電路同時發(fā)生d2點、d3點短路故障時，與同時發(fā)生d1點、d2點短路故障一致。將使開關跳閘、熔斷器熔斷，危及電源及電路絕緣等，非常危險，而該回路中的負荷1至負荷4，由于兩側電壓均為零，沒有電流流過。

（6）當電路同時發(fā)生d1點、d3點故障短路時，由于兩故障點均在正極，與d1點或d3點發(fā)生單點故障一致，在負荷1至負荷4的兩端，仍然為220V電壓，各負荷供電電壓正常，由于電路接通，所以，電路不受影響。

3 接地危害

經(jīng)過以上對各接地點分析，當直流電源發(fā)生一點接地故障時，電路供電不受影響，但由于發(fā)生正負極兩點短路，可能導致燒損電源及其電路絕緣，為避免發(fā)生事故風險，應立即斷開故障負荷。如本電源回路中，當發(fā)生d1點或d2點或d3點單點接地故障時，應盡快地想辦法對應斷開K1K1′、K2K2′和K4K4′，避免發(fā)生d1點、d2點同時接地短路或d2點、d3點同時接地短路故障。

由此，當發(fā)生同極性的兩點短路，可能短路的兩點直接短接了該回路的繼電器節(jié)點，導致保護誤動。當發(fā)生正負極兩點短路，除可能導致電源熔斷器熔斷外，還會導致保護拒動。所以，直流系統(tǒng)運行種，必須避免發(fā)生兩點接地故障。

4 接地點查找

（1）根據(jù)直流系統(tǒng)接地報警，關鍵是盡快查出接地性質(zhì)與接地支路。正常運行時，正極對地電壓為110V，負極對地電壓為-110V。當發(fā)生單點非金屬性接地時，相應正極或負極對地電壓降減少，另一負極或正極對地電壓升高，例如：當正極對地發(fā)生單點非金屬性接地時，則U+﹤110V、U-﹥110V，據(jù)此，判斷故障性質(zhì)為正極單點接地。當發(fā)生單點金屬性接地時，相應正極或負極對地電壓為零，另一負極或正極對地電壓為220V，例如：當正極對地發(fā)生單點金屬性接地時，則U+=0V、U-=-220V，據(jù)此，判斷故障性質(zhì)為正極單點接地。

（2）通過拉合開關，判斷接地支路，也稱“拉路法”。就是停掉該回路的直流電源，停電時間應小于3秒，一般先從信號回路、照明回路，再操作回路、保護回路等。逐項拉合支路開關，每次觀察直流屏的監(jiān)控單元情況，如果當拉開某路后告警信號消失，再次合上該路開關，告警信號再次出現(xiàn)，則斷定此支路接地。當確定了接地點的回路范圍后，再根據(jù)回路中可能接地的線路和設備，逐步縮小查找范圍，直至找出接地點。一般情況下，潮濕污穢地方的電氣設備元件容易發(fā)生非金屬性接地。

（3）低頻交流信號注入法查找。該方法是將低頻低電壓的交流信號注入直流系統(tǒng)，當直流系統(tǒng)運行正常時，正負極的電流方向相反、大小相等，所以任一支路測得的電流和為零；當直流系統(tǒng)支路有接地故障時，在該故障支路能測出低頻接地電流，由此，計算出接地電阻，從而判斷接地支路。該方法查找主要使用便攜式直流接地定位裝置、絕緣監(jiān)測裝置等儀器。

5 結論

由于直流系統(tǒng)接地對電力系統(tǒng)的危險性大，國家、電力行業(yè)及企業(yè)在安全生產(chǎn)、經(jīng)濟效益等方面要求越來越高，當發(fā)生接地后，利用本文提到的分析及查找方法，符合現(xiàn)場實際，能快速查找故障點，以避免故障擴大。

參考文獻：

[1]劉維，王立君.淺談電力系統(tǒng)直流系統(tǒng)接地分析及處理.內(nèi)蒙古石油化工，2013-11-30.

作者簡介：楊濘鍇（2000-），男，就讀華西中學。