摘要：直流配电系统因为设备数量多、分散布置的特点容易出现接地问题。而这其中的闪发接地故障，因其持续时间短，无法采用目前普遍使用的向直流系统注入微小交流信号的方法来定位接地故障点。本文介绍了一种基于接地发生瞬间直流系统电压变化情况和各个支路电流变化情况来定位接地故障点的新的接地故障定位技术。
关键词：直流系统；瞬时接地；故障定位
0 背景
大亚湾核电站主要使用的48V和125V的直流配电系统，长期以来存在闪发绝缘故障报警的情况，每次持续时间均很短，维护人员达到现场后绝缘故障已经消失，无法使用市场上现有的绝缘查找装置定位故障点。有的系统闪发绝缘故障持续几年也无法解决，严重威胁直流配电系统的安全稳定运行。
当前市场上的直流配电系统绝缘查找装置均要求在绝缘故障持续存在的情况下通过在直流配电盘注入低频交流信号，然后在下游支路负载测试低频交流信号的方法定位接地故障点。对于闪发的绝缘故障，因其持续时间短，这类绝缘查找装置无法定位故障点。
1 直流系统在线绝缘监视原理
目前国内运行的直流绝缘监测装置的原理绝大部分采用平衡桥检测原理；
在绝缘正常时，正负极电压基本平衡，当直流系统的绝缘下降时（直流接地），系统正、负极对地电压会发生偏差，装置通过检测对地电压的变化进行接地告警。
根据检测方式目前国内直流绝缘监测装置选线采用的技术原理主要分为：平衡桥原理和双桥原理。
衡桥原理即在直流配电系统中接入一套平衡电桥，电桥的中间抽头接地，当系统发生单极接地，对地电压偏移，如正极接地时，正极对地电压降低，负极对地电压升高，装置通过计算，若接地阻值达到告警整定值时在线绝缘装置给出告警。接地电阻计算公式：
图一：在线绝缘监视装置平衡桥原理
对于大部分接地故障采用上述的平衡电桥均可以正常检测到正负极接地故障。但若直流系统发生同时两极接地，对地电压不偏移，即正负极平衡接地时，在线绝缘装置则默认为系统绝缘正常，即
因此平衡桥存在检测死区，为了解决特殊的直流接地（两极接地）的检测问题，在平衡桥检测方式上又延伸出了乒乓方式、双桥方式（多桥）、平衡桥加切换桥方式等检测装置，其原理基本相同，以双桥方式加以介绍。
图二：在线绝缘监视装置双桥原理
双桥原理即在线绝缘检测装置内部使用了两套电桥，并且电桥的电阻值不相等。因为R1、R2电阻值不相同，因此不管接地电阻如何，K1、K2两套电桥切换时，系统对地电压均有变化，根据K1、K2两套电桥分别接入后直流系统正负极对地的电压值即可计算出正负极对地电阻。K1、K2不停切换，则造成系统对地电压一直有波动，波动幅度取决于R1、R2的比值，两者相差越大，波动就越大。
2 瞬时接地故障定位原理
直流系统正常运行时，各个支路正负极导线内部电流大小相等，方向相反（假设正负极导线平行布置）。当出现接地故障时，因在线绝缘监视装置内部平衡桥的存在，直流系统出现接地故障时整个系统对地电压会发生变化，同时在接地支路上流过正负极导线的电流不再相等，即存在接地故障的一极导线内部电流会大于没有接地故障一极的导线，I+>I-。
图三：瞬时接地故障定位原理
在发生接地故障的过程中，接地支路内部的电流会发生变化，因为直流系统分部电容的存在，直流系统正负极的对地电压不会发生瞬变，同时接地支路内部的电流也就只会缓慢变化，而对于没有接地故障的支路，其内部电流只与其回路负载大小相关，与直流系统是否存在接地故障无关，正负极电流并不会发生变化。对于瞬时接地故障，通过同时检测各个支路正负极内部电流的变化情况即可用判断出接地故障支路。因在接地发生瞬间，接地支路一极的电流会逐渐增大，而另外一极的电流不会变化，采用这一检测原理的装置在电路设计中采用一个交流互感器同时监测正负极电流，通过信号处理后即可监测出接地一极的电流变化情况，实现定位接地故障的目的。
在实际应用中，因为现场复杂电磁环境等因素的干扰，电流互感器可能会检测出虚假的接地故障信号，此时还需要采集直流系统正负极对地电压的变化情况作为是否存在真实接地的辅助判断手段。
3 基于这一原理开发的瞬时接地故障定位装置
图四：瞬时接地故障定位录波仪结构示意图
图五：瞬时接地故障定位录波仪硬件外观图
基于这一技术开发的瞬时接地故障定位录波仪包括：触摸显示屏、电流转换钳、嵌入式主板、电源模块、连接电缆、机箱等。其中，电流转换钳和显示器分别与嵌入式主板连接；整套装置由220VAC提供工作电源。瞬时接地故障定位录波仪提供8个输入监视通道，每个通道配一个电流互感器；同时主机通过连接电缆与被测直流系统正负极、大地连接。图四为瞬时接地故障定位录波仪示意图。
4 现场使用情况
核电站瞬时接地故障定位录波仪研制成功以来在大亚湾基地125/48V直流系统上使用，多次成功定位到闪发绝缘故障。其中几次具体事例如下：
图五：瞬时接地故障定位录波仪接地故障波形图
2017-01-13上午10点左右，岭澳一期主控室出现L9LCD001AA报警，持续大约8S后消失，运行人员现场查看配电盘上绝缘指示已到无穷大。维修人员立即查看此前接到现场的瞬时接地故障定位录波仪信息，确认为L0SEO系统存在短时的正极接地故障，其它系统没有异常。
进一步查看KIT记录，在L9LCD绝缘低报警出现前2分钟左右L0SEO系统出现了L0SEO995AA/918EC的异常报警，与LPO沟通OME上午有L0SEO CR箱清扫检查工作，与OME协调和工作负责人沟通，他们确认为其检查箱体内设备时误碰报警回路端子，导致L9LCD系统产生接地故障，触发了L9LCD001AA报警。
2017-02-13下午6：11左右岭澳一期主控室再次出现L9LCD001AA报警，报警供闪发两次，每次持续时间大约1S，两次报警间隔18S。运行人员现场查看配电盘上绝缘指示已到无穷大。维修人员立即查看此前接到现场的瞬时接地故障定位录波仪信息，确认为L9LGR901UP下游负载出现瞬时接地故障（记录仪中也记录到两次接地故障），其它系统没有异常。进一步查询L9LGR901UP下游负载，最后定为为其下游的SP动作后短时接地导致系统出现绝缘故障，瞬时接地故障定为录波仪成功定为到故障点。
5结束语
经过多次的设计优化，基于该检测技术的瞬时接地故障定位装置在大亚湾核电站成功解决了多起瞬时接地故障，证明了这一瞬时接地故障检测技术的可行性。该检测技术不仅可以在核电站使用，同时该装置不仅可以在核电站可以广泛使用，在电网、常规电厂等使用了低压直流供电系统的企业也具有很好的应用前景。
参考文献：
[1] 濮继龙，大亚湾核电站运行教程.北京：原子能出版社，1999.
[2] 庞松涛，压水堆核电站过程控制系统，北京：中国电力出版社，2014.
[3] 苏林森，杨辉玉..900MW压水堆核电站系统与设备，北京：原子能出版社，2007.
[4] 陈济东.大亚湾核电站系统及运行.北京：原子能出版社，1994.
[5] 赵益民.图解仪表维修工入门考证一本通.北京：化学工业出版社，2015.
[6] 左国庆.自动化仪表故障处理.北京：化学工业出版社，2003.
[7] 国海东，刘江彩.自动化装置安装与维修.北京：化学工业出版社，2005.
论文作者:王正斌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/19
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