淺談直流系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理方法

宋立國(guó)

（云南能投紅河發(fā)電有限公司，云南開(kāi)遠(yuǎn)661600）

1 直流系統(tǒng)概述

由交流配電單元、充電模塊、直流饋線柜、監(jiān)控模塊、蓄電池組成的直流電源系統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)，為信號(hào)設(shè)備、保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、事故照明、應(yīng)急電源及斷路器分/合閘操作提供直流電源。直流系統(tǒng)在發(fā)電廠是一個(gè)獨(dú)立的電源，不受交流電源的影響，在全廠失電的情況下仍能保證控制信號(hào)、保護(hù)/自動(dòng)裝置、開(kāi)關(guān)、設(shè)備及各種重要電機(jī)的正常運(yùn)行，確保設(shè)備運(yùn)行安全、可靠。

我公司的直流系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行十多年，整體來(lái)說(shuō)，此套直流系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，但其間還是或多或少出現(xiàn)過(guò)一些問(wèn)題。本文主要總結(jié)了該直流系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)的問(wèn)題，為同行維護(hù)好直流系統(tǒng)提供一些思路和方法。

2 直流系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理方法

2.1 直流系統(tǒng)異常報(bào)警

直流系統(tǒng)投產(chǎn)初期，一次直流系統(tǒng)報(bào)接地告警。專業(yè)人員就地查看后發(fā)現(xiàn)，6組直流系統(tǒng)（1/2號(hào)機(jī)動(dòng)力直流、1/2號(hào)機(jī)控制I、II組直流）同時(shí)接地報(bào)警。

檢修人員認(rèn)為信號(hào)為誤報(bào)。通過(guò)查找資料（圖1、圖2）可知，無(wú)論采用哪種接地檢測(cè)原理，直流系統(tǒng)必須有接地點(diǎn)，如果接地不良，有可能導(dǎo)致直流系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)出接地故障點(diǎn)或報(bào)警異常。因此，檢修人員認(rèn)為可能是直流系統(tǒng)接地點(diǎn)存在問(wèn)題。通過(guò)實(shí)地查證，發(fā)現(xiàn)直流室地網(wǎng)與主地網(wǎng)并未連接，從而導(dǎo)致直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)異常報(bào)警。檢修人員將直流室地網(wǎng)與主地網(wǎng)連接后，試驗(yàn)驗(yàn)證接地報(bào)警正常。

圖1 平衡電橋法

2.2 設(shè)備衛(wèi)生

影響電子設(shè)備壽命的一個(gè)重要環(huán)境因素就是灰塵，因此工作人員每年分兩次對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行吹灰。我公司直流系統(tǒng)在運(yùn)行到第三、第四年，充電機(jī)故障率突升，降低了直流系統(tǒng)的可靠性。

圖2 不平衡電橋法

工作人員打開(kāi)了其中一個(gè)充電模塊，發(fā)現(xiàn)有大量灰塵，可事實(shí)上半個(gè)月前才對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行吹灰、清掃。檢修人員著重從減少灰塵角度分析：直流母線室位于兩座鍋爐中間，屬于重灰塵區(qū)，而且直流母線室裝有兩道門(mén)，由于空氣對(duì)流導(dǎo)致灰塵變多；對(duì)充電機(jī)只進(jìn)行設(shè)備表面吹灰，內(nèi)部有些死角的灰不能有效清除，導(dǎo)致吹灰效果不佳。針對(duì)以上兩點(diǎn)，采取了以下措施：（1）封閉靠近過(guò)道外側(cè)的一道門(mén)；（2）進(jìn)行吹灰工作時(shí)，將充電模塊拆開(kāi)吹灰，防止有死角。

采取上述措施后，工作人員在后期吹灰時(shí)，設(shè)備灰塵量明顯減少，充電模塊的故障率也降低很多，其中一組充電模塊運(yùn)行了13年還可以正常工作。

2.3 接地故障

直流系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障就是接地故障。直流系統(tǒng)接地可能導(dǎo)致保護(hù)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)，因此發(fā)生直流接地時(shí)一定要及時(shí)處理，避免發(fā)生多點(diǎn)接地后導(dǎo)致接地點(diǎn)難以查找。很多接地故障是室外設(shè)備的事故按鈕接線盒受潮導(dǎo)致，經(jīng)過(guò)重新對(duì)事故按鈕盒進(jìn)行封堵，已經(jīng)大大減少了直流接地的發(fā)生次數(shù)。

查找直流接地最常用的方法是拉路法。檢修人員沒(méi)有像往常一樣采用直流小母線供電方式，而是在重要的配電室設(shè)置了直流分屏，分屏為每個(gè)負(fù)荷支路配置了接地檢測(cè)CT，利用檢測(cè)設(shè)備直接找到故障點(diǎn)，提高了工作效率。值得注意的是，如果采用環(huán)路供電時(shí)，必須斷開(kāi)環(huán)路的合環(huán)開(kāi)關(guān)，否則將嚴(yán)重影響接地支路的查找。

變壓器溫度計(jì)的干接點(diǎn)接的也是直流電源，因此在校驗(yàn)變壓器的溫度計(jì)時(shí)，拆下的線一定要單獨(dú)包扎好，否則可能導(dǎo)致直流接地或非電量保護(hù)（溫度）報(bào)警。

正常運(yùn)行時(shí)直流系統(tǒng)接地報(bào)警定值為25 kΩ，有時(shí)整個(gè)直流系統(tǒng)絕緣值比較低而又沒(méi)有達(dá)到報(bào)警值，這時(shí)候一般通過(guò)調(diào)整報(bào)警定值（正常運(yùn)行時(shí)絕緣電阻值為999.99 kΩ，當(dāng)系統(tǒng)絕緣值在100 kΩ以內(nèi)，通過(guò)調(diào)整接地報(bào)警值找到絕緣不好的支路，如果系統(tǒng)絕緣值大于100 kΩ，則不能通過(guò)調(diào)整接地報(bào)警值找到絕緣不好的支路）找到故障支路，提前消除隱患。

2.4 倒換母線電源過(guò)程中倒換開(kāi)關(guān)合不到位

核定蓄電池容量的充、放電過(guò)程中，需要對(duì)直流母線進(jìn)行倒換操作。正常操作：通過(guò)查看位置指示是否到位、是否聽(tīng)到“啪嗒”的聲音來(lái)確認(rèn)開(kāi)關(guān)是否分合到位。此方法不夠直觀，對(duì)操作人員技能要求較高。某電廠就曾發(fā)生一起由于直流電源開(kāi)關(guān)合不到位導(dǎo)致的直流母線失電事故。工作人員吸取教訓(xùn)，利用開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)，加裝位置指示燈，降低了操作難度，提高了操作可靠性。

2.5 充電模塊的輸入、輸出端隔離

有些直流系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，所有充電模塊的交流電源回路并接在一起、所有輸出直流回路并接在一起。在這種情況下，如果其中一個(gè)模塊內(nèi)部發(fā)生短路故障就有可能導(dǎo)致交流電源總開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，致使直流系統(tǒng)失去交流工作電源，導(dǎo)致整個(gè)直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障，擴(kuò)大了事故范圍。

針對(duì)這個(gè)情況，工作人員對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行了改造，在直流模塊輸入、輸出端分別加裝了隔離空開(kāi)，有效防止了因模塊短路故障引起的交流工作電源誤跳，導(dǎo)致事故的擴(kuò)大；同時(shí)可以簡(jiǎn)單、有效地隔離單個(gè)故障模塊，降低了更換充電模塊過(guò)程中工作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也減少了采取安全措施的時(shí)間，提高了更換故障充電模塊工作的效率。

2.6 交流竄直流

二次系統(tǒng)由直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)組成，正常運(yùn)行時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)互相獨(dú)立，互不影響。但由于某些原因造成交流竄入直流系統(tǒng)，就有可能危及整個(gè)直流系統(tǒng)及直流用電設(shè)備安全穩(wěn)定性，造成保護(hù)裝置不能正常工作，導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)跳閘或拒絕動(dòng)作，發(fā)生事故。

常見(jiàn)的交流竄直流的原因：交直流回路共用電纜；端子排潮濕凝露或雨水入侵；交直流電纜破損、誤碰、誤接線等。

正常情況下，直流系統(tǒng)的交流含量小于10 V。2019年4月某天，直流系統(tǒng)報(bào)警，發(fā)現(xiàn)有一組控制直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)儀報(bào)交流竄直流警告。由于竄入的交流電電壓不穩(wěn)定（有時(shí)為0 V，有時(shí)大于200 V），絕緣監(jiān)測(cè)裝置無(wú)法選出故障支路，在確認(rèn)直流系統(tǒng)合環(huán)點(diǎn)打開(kāi)的情況下進(jìn)行拉路尋找，最終確認(rèn)故障原因是變頻器控制直流電源支路。圖3為變頻器控制電源系統(tǒng)圖。

通過(guò)變頻器控制電源圖可知，正常情況下，可以通過(guò)外部直流電源、外部交流電源整流、內(nèi)部交流電源整流為變頻器控制系統(tǒng)提供工作電源，不存在交流竄直流問(wèn)題。通過(guò)拉路法確認(rèn)，故障原因是變頻器內(nèi)部交流電源引起，通過(guò)故障錄波裝置錄波發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部交流電源電壓為正常工作電壓（AC220 V）且穩(wěn)定，但相對(duì)地或N對(duì)地電壓有時(shí)出現(xiàn)較大突變。圖4為變頻器內(nèi)部交流電源相對(duì)地、N對(duì)地電壓波形，圖5為變頻器內(nèi)部交流電源N對(duì)地電壓突變，導(dǎo)致通過(guò)內(nèi)部交流電源整流的直流回路存在較大的交流電壓成分，并通過(guò)直流電源回路竄入直流系統(tǒng)，導(dǎo)致直流系統(tǒng)交流電壓過(guò)高報(bào)警。處理方法如下：

圖3 變頻器控制電源系統(tǒng)圖

圖4 變頻器內(nèi)部交流電源相對(duì)地、N對(duì)地電壓波形

圖5 變頻器內(nèi)部交流電源N對(duì)地電壓突變

（1）找到內(nèi)部交流電源對(duì)地電壓突變的原因并消除（對(duì)比其他變頻器的內(nèi)部交流電源，并不存在相對(duì)地或N對(duì)地的電壓突變現(xiàn)象）。

（2）在內(nèi)部交流電源下口加裝隔離變，對(duì)內(nèi)部交流工作電源進(jìn)行隔離，防止內(nèi)部交流電源對(duì)地電壓波動(dòng)影響整流回路，進(jìn)而導(dǎo)致交流竄直流故障的發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)以上案例分享，希望可以為同行消除直流系統(tǒng)故障提供一些思路。針對(duì)不同廠家的直流系統(tǒng)，檢修人員要加強(qiáng)對(duì)直流系統(tǒng)故障的統(tǒng)計(jì)、分析，發(fā)現(xiàn)共性問(wèn)題并有針對(duì)地予以解決，減少直流系統(tǒng)故障的發(fā)生率，不斷提高直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。