寄生引起的直流接地假象分析及應對措施

厲 冰，高永強，劉自華，王世祥

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518020)

寄生引起的直流接地假象分析及應對措施

厲 冰，高永強，劉自華，王世祥

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518020)

寄生和直流接地常常引起繼電保護設備故障，兩者具有相似性和區別性。分析了寄生引起直流接地假象的原因，并將其與典型的直流接地特征進行對比，為現場工作快速判明故障類型、準確排除故障提供指導。

寄生；直流接地；繼電保護

寄生和直流接地都會引起繼電保護設備誤動作，在現場工作中常會遇到此類問題。寄生引起的直流接地假象具有突出的特征，通過與有代表性的直流接地故障進行對比分析，能夠更加清晰2者之間的區別與聯系。

1 故障現象及排查

某110 kV變電站110 kV分段1012開關執行分閘操作后，站內2個絕緣監察裝置發直流接地信號。I段直流饋線屏的負極接地，II段直流饋線屏的正極接地，2段直流母線的對地絕緣電阻值均為2.44 kΩ。

在故障排查過程中，發現110 kV分段1012開關的TWJ重動繼電器斷開相關回路的某點后，測量該點兩端均有電且電位正常，同時直流接地現象消失。經檢查分析，該重動繼電器誤將正極采用了遙信正電，負極采用了控制電源負電，如圖1所示。

圖1 直流寄生等效原理接線

在圖1中，TWJ重動繼電器內阻Rj=4.9 kΩ，與保護裝置內TWJ輔助節點串聯；保護的控制電源接在I端饋線屏，信號電源接在Ⅱ端饋線屏。該回路存在寄生；寄生引起的直流接地現象，即為直流接地假象。

2 寄生引起的直流接地假象分析

2.1 假直流接地寄生回路等效計算

圖1的等效電路如圖2a所示，其中R1、R2為直流母線平衡電阻，其范圍為20～50 kΩ，現取R=R1=R2=30 kΩ，U=110 V進行計算。由疊加原理，可將圖2a分解為圖2b和圖2c。

根據基爾霍夫原理，電流方程如下：

由于b，c電路的對稱性，故而有：

將以上6個方程聯立，可得到流經電阻Rj的電流值為：

則I，Ⅱ段直流母線對地電阻均為：

I段直流饋線屏的負母線電流為：

I段直流饋線屏的負母線電壓為：

I段直流饋線屏的正母線電壓為：

同理，可計算得出：

Ⅱ段直流饋線屏的正母線電壓UⅡ+=+7.7 V，Ⅱ段直流饋線屏的負母線電壓UⅡ-=-102.3 V。

圖2 直流寄生等效電路

以上由公式計算得出的電壓值與實際測得電壓值基本一致，說明此模型選取合理。

2.2 直流接地判據原理

現有的檢測直流系統絕緣方法主要是利用電橋平衡原理。根據電橋平衡原理設計的絕緣監測裝置被廣泛使用，常見的絕緣監察裝置的簡化示意如圖3所示。

直流母線平衡電阻R1、R2與直流母線對地的絕緣電阻R+、R-構成電橋。電橋法通過計算正、負母線的對地絕緣電阻，將其與設定值進行比較，當絕緣電阻低于設定報警值時，便發出接地報警，并啟動下一級的支路巡檢功能。110 V直流系統整定值為7 kΩ。

對于平衡電橋檢測法，當系統單端接地時(如正母線接地)，則有：

通過此方程式，還可求得單端接地電阻R+。

當系統出現雙端接地時，則有：

將R+、R-中較大者視為無窮大，按單端接地的情況求解得到的接地電阻值，其值大于實際值。

圖3 絕緣監察裝置的簡化示意

3 寄生引起直流接地假象分析

(1) 2段直流母線的對地絕緣電阻值為2.4 kΩ，均小于7 kΩ，因此2個絕緣監察裝置都會發直流接地信號。

(2) 由寄生回路等效計算得知，I段直流饋線屏的負母線電壓為-7.71 V，Ⅱ段直流饋線屏的正母線電壓為+7.7 V。該電壓值已相當低，與直流正極、負極接地時無太大差別，故而誤判為一段直流母線正接地，另一段直流母線負接地。

(3) 若斷開TWJ輔助節點，則寄生回路斷開，寄生電流也無通路。此時TWJ輔助節點正極為Ⅱ段直流母線正電壓+55 V，負極為I段直流母線負電壓-55 V；且由于寄生電流無通路，電橋平衡恢復，直流接地信號消失。

4 寄生引起直流接地假象的判斷

直流接地假象與直流接地現象容易混淆，通過與典型直流接地現象對比，就能找到兩者的差別，有助于排查現場缺陷。

為便于與直流接地假象比較，在以下討論中，將直流母線平衡電阻設定為R1=R2=30 kΩ，直流接地電阻設定為Rx=4.9 kΩ。

4.1 直流母線正、負極直流接地的判斷

4.1.1 等效電路

以直流母線負電端經電阻Rx接地為例，直流母線正、負極直流接地的等效電路如圖4所示。

圖4 直流母線正、負極直流接地的等效電路

由于直流母線正極電壓為+96.46 V，負極電壓為-13.54 V，計算得出的對地絕緣值為4.9 kΩ，小于7 kΩ，絕緣監察裝置報直流接地信號。

當接地電阻Rx阻值很低時，接地點直流母線電壓會拉低至0左右。

4.1.2 主要判據

(1) 對地絕緣值。關閉直流電源對回路搖絕緣測試，當直流母線正、負極直流接地時，回路對地絕緣值低，小于7 kΩ。

(2) 直流接地信號個數。直流母線正、負極直流接地時，只有一段直流母線電壓報直流接地信號。

(3) 直流母線正、負極直流接地時，斷開直流接地回路一點，測量該點一端有電且電位正常，另一端電位為0，且直流接地現象消失。

4.2 正、負極均等電阻直流接地的判斷

4.2.1 等效電路

以直流母線正、負極分別經電阻Rx接地為例，正、負極均等電阻直流接地的等效電路如圖5所示。

直流母線正極電壓正常，為+55 V；負極電壓正常，為-55 V。由直流接地判據原理可知，絕緣監察裝置計算出的對地絕緣值為正無窮大，故而不報直流接地信號。

當接地電阻值很低時，直流電源會由于短路電流過大而燒毀。

圖5 正、負極均等電阻直流接地的等效電路

4.2.2 主要判據

(1) 對地絕緣值。關閉直流電源對回路搖絕緣測試，當正、負極均等電阻直流接地時，回路對地絕緣值很低，小于7 kΩ。

(2) 直流接地信號個數。正、負極均等電阻直流接地時表現為正、負極對地電壓平衡，采用平衡橋原理的絕緣監測裝置不能發現直流接地故障。

(3) 正、負極均等電阻直流接地時，斷開直流接地回路的某點，測量該點一端有電但電位異常，另一端電位為0且裝置報直流接地。

4.3 直流母線Ⅰ，Ⅱ段共極接地的判斷

4.3.1 等效電路

以直流母線Ⅰ，Ⅱ段負極串電且直流母線Ⅱ經電阻Rx接地為例，直流母線Ⅰ，Ⅱ段串電接地的等效等效電路如圖6所示。

圖6 直流母線Ⅰ，Ⅱ段串電接地等效電路

兩端直流母線正極電壓均為+88.26 V，負極電壓均為-21.74 V。由于計算得到的對地電阻為9.8 kΩ，大于7 kΩ，故絕緣監察裝置不報直流接地信號。但為使計算結果具有普遍性，故以下討論Rx取值較小，且計算得到的對地電阻為小于7 kΩ的情況。

直流母線Ⅰ，Ⅱ段串電接地是寄生和直流接地故障的混合體，直流接地假象實質是寄生。

4.3.2 主要判據

(1) 對地絕緣值。關閉直流電源對回路搖絕緣測試，當直流母線Ⅰ，Ⅱ段串電接地時，回路對地絕緣值很低，小于7 kΩ。

(2) 直流接地信號個數相同但極性不同。直流母線Ⅰ，Ⅱ段串電接地有2個電源端電壓被拉低，且被拉低的電壓為共極性。

(3) 直流母線Ⅰ，Ⅱ段串電接地時，斷開直流接地回路某點，測量該點一端有電且電位正常，另一端電位為0，且直流接地現象消失。

4.4 真、假直流接地特征歸納

將真、假直流接地特征進行歸納對比，如表1所示。各種缺陷情況以相同的指標進行衡量對比，可找到各種故障的特征量，對現場快速判定故障類型、排除故障有一定指導作用。

表1 真、假直流接地特征對比

通過對表1的分析，可得出以下幾點結論。

(1) 裝置報直流接地信號，不一定是發生了直流接地；裝置不報直流接地信號，也不一定沒有發生直流接地。在現場工作中，判斷是否發生了直流接地，應以絕緣監察裝置發出的直流接地信號為參考，但最直接、有效的判據應是回路對地搖絕緣的絕緣值偏低。

(2) 若回路絕緣正常，當斷開相關回路某點時，測量該點兩端均有電且電位均正常，并且直流接地現象消失，則可判定發生了直流接地假象。

1 程 巖，羅 天．變電站寄生回路的產生及排查方法[J].自動化應用，2012(6).

2 廖 軍，吳 勝，戚振彪，等．直流接地故障分析與查找[J].廣東電力，2013(1).

3 吳家貴．剖析查找直流接地多種方法的特點[J]．動力與電氣工程，2012(1)．

4 張太林．網控110 V直流接地的查找處理及預防[J]．電力安全技術，2013(3)．

2014-11-24。

厲 冰(1989-)，男，本科，助理工程師，主要從事繼電保護方面的工作，email：shxwang123@sina.cn。

高永強(1986-),男，碩士，工程師，主要從事繼電保護方面的工作。

劉自華(1980-),男，本科，高級工程師，主要從事繼電保護方面的工作。

王世祥(1970-),男，本科，教授級高級工程師，主要從事繼電保護方面的工作。