中原油田分公司供电服务中心457001
摘要：直流接地是直流系统运行中常见故障，影响到系统安全运行。本文简述并分析了直流系统接地故障的危害，并提出了交流检测法和直流检测法两种在线实时检测直流接地电阻的方法，其中对直流检测法的原理、软硬件实现及优点进行了较详细的论述。
关键词：直流系统；接地；检测方法
引言
直流系统是一个独立的电源系统，它不受发电机、厂用电及其他一次设备运行方式的影响，运行稳定，供电可靠性高，为控制、信号、继电保护、自动装置及事故负荷等提供可靠的直流电源。直流系统的可靠与否，对发电厂、变电站的安全运行起着至关重要的作用，而直流电源的绝缘水平直接影响到直流回路的可靠性。直流系统最常见的故障为直流接地（一点或两点接地）故障。
1直流系统接地危害
直流系统为不接地系统，一点接地一般不会造成直接的危害，系统可以正常运行，但是回路中再发生接地或绝缘不良造成两点接地时，就会引起保护及自动装置的误动或拒动、熔丝熔断等故障。
1.1两点接地可能造成断路器误跳闸
如图1所示，当直流系统接地发生在A、C两点时，将断路器跳闸接点短接，而将跳闸线圈TQ启动引起跳闸。类似情况2016年10榆林3号变曾经发生过，12771开关跳闸线圈绝缘不良导致直流负极接地，直流系统正极瞬时接地导致12771开关误跳闸。
1.2两点接地可能造成断路器拒动
如图1所示，接地发生在B、D两点或C、D两点，断路器会拒动。
1.3两点接地引起熔丝熔断
如图1所示，接地发生在A、D两点引起熔丝熔断。
当接地点发生在B、D两点或C、D两点，保护动作时，不但断路器拒动，而且引起熔丝熔断，同时有烧坏继电器触点的可能。
2直流接地电阻的检测方法
鉴于直流系统的重要性和直流接地的危害性，及时发现直流接地故障并尽快找到接地点位置对安全运行至关重要。由于发电厂、变电所的直流系统接线较复杂，采用传统拉路查找法费时费力，且对安全生产存在着潜在的危险性，因此随着科学技术的发展，尤其是微机技术在现场的推广应用，近几年来通过研究提出了一些在线实时检测直流系统接地故障的原理，并研制出相应的实用装置。
2.1交流检测法
交流检测法即低频信号注入母线法，其原理如图2所示。
当发生接地故障时，在直流故障母线与地之间注入10Hz低频交流电压信号，低频信号经过直流系统从故障点返回，在检测电路CPU的控制下，周期性地对各个支路进行巡回检测。当某一支路正常时，通过电流传感器的正反方向电流完全相等，总效应为零，传感器输出为零。当某一支路中发生接地故障时，从该支路的电流传感器，可以测出从低频交流信号源到地的低频电流，拒此，可以算出直流系统对地绝缘电阻RG的大小。根据传感器所在支路的不同，可以判断出接地点所在的支路，根据信号源迭加的母线的不同，可以判断出是接地点极性。
交流检测法需向直流母线注入低频交流电压信号，受系统分布电容影响大，同时增大了直流系统的纹波系数，影响直流系统的安全运行。
2.2直流检测法
2.2.1直流检测法原理
为了克服交流检测法的不足，提出了一种新的接地电阻检测方法，即直流检测法，其原理如图3所示。
图中R+、R-表示系统正负母线对地绝缘电阻值，系统正常时，R+、R-很大，通过R+、R-的泄漏电流可以忽略。当直流母线有一极对地绝缘下降时，比如正极绝缘下降，但是由于R-较大，通过R+、R-的泄漏电流仍很小，以致于仪器和电路无法检测到这一电流，如果直接检测这一电流的话，灵敏度和精度将非常低。为解决这一问题，提出了不平衡电桥这一检测原理。图中R1、R2、K1、K2构成了不平衡电桥，K1和K2不同时闭合，当系统发生正极母线绝缘下降时（如图中回路3通过电阻Rd接地），将K2闭合，此时KM+经Rd和R2至KM-形成回路，回路中有较大电流通过，检测这一电流可计算出接地电阻值。一般直流绝缘检测电路很难检测直流正负对地绝缘电阻同时降低的情况，利用图3所示检测原理可以精确计算出直流正负对地绝缘电阻同时降低时系统绝缘电阻值。在系统发生接地故障时，通过巡回检测安装在各支路上电流传感器的输出，即可判断出接地支路。
2.2.2直流检测法的硬件组成
直流检测系统的主回路采用了CPU控制的光控开关，系统控制和检测全部由CPU控制，其中CPU选用80C196系列，因80C196系列CPU具有A/D转换功能，不必令加A/D转换电路。模拟开关的输入为位于各支路的直流电流传感器的输出，CB用来控制两只光控开关的状态。显示电路用于显示检测结果，串口可用于变电站无人值守时将数据远传。
2.2.3直流检测法的软件原理
在该系统中，软件的功能包括：控制可控开关，实现对直流系统正、负极母线或供电电缆对地电阻的数值检测；当检测到直流系统出现接地故障时，保持可控开关于合适状态（开或关），逐个读入各支路的传感器的输出数值，并判断故障支路；进行接地极性指示、故障支路号显示和故障电阻数值的显示；故障时发出声光报警信号，并通过串口送出。
2.2.4直流检测法的优点
直流检测法同交流检测法相比，具有以下优点：不对直流系统注入任何信号，因而不会对直流系统产生任何不良影响；不受直流系统分布电容的影响，检测灵敏度高，故障支路选线和故障点判断准确；检测量为简单的直流信号，易于检测与处理，数值计算量小，精度高；不需信号发生装置，硬件设计简单，成本低。
3结束语
直流系统接地对发电厂、变电站的安全运行危害极大，选择先进的检测方法可快速、准确地查找出直流接地故障并及时尽快消除故障点，对发电厂、变电站的安全运行意义重大。
参考文献：
[1]《电力工程直流系统设计手册》中国电力出版社