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摘要：变电站继电保护直流系统电压等级有220V和110V，直流系统采用不接地方式。运行中由于各种原因时常会造成直流系统一点或多点接地，当接地点与正常工作电路构成寄生回路时，会造成继电保护误动、拒动、直流电源短路三种故障，从而引起严重后果，下面从各种接地寄生回路形成的典型电路，分析直流接地带来的危害。
关键词：直流电源；绝缘监测；直流接地；保护误动
1 点接地产生寄生回路造成电源短路：
变电站继电保护直流系统采用不接地系统，一般讲当直流系统发生一点接地时不会立即发生寄生回路，危害保护设备的运行，但如果不及时将一点接地故障排除再发生一点接地，这对设备运行就会产生无法预计的后果，如图1所示二点接地造成电源短路。
3、一点接地造成继电器误动的原因分析
直流系统中二点接地造成危害比较容易理解，但实际上在大型变电站中由于设备对地电容的增大，一点接地同样会造成继电保护误动，其中原因主要就是直流母线对地电容所造成的，下面就对这一现象的产生和预防进行分析。
对地电容的来源：目前，变电站内继电保护设备普遍使用由微机保护，变电站综合自动化及其他一些微机监测设备的工作电源也取自直流。从直流系统电源角度来看微机设备的接入使总的直流负载相比过去在下降，但所有这些微机设备的工作电源无一例外的要使用DC/DC电源模块，通过采用DC／DC开关电源来获取微机工作所需的＋5V电源和12V、24V辅助工作电源，由于开关电源的电磁兼容（EMC）问题使得在所有的开关电源电路中其输入端都加有EMI抗干扰措施。通过EMI手段来达到保证开关电源及设备本身不受噪声源的影响，同时抑制开关电源本身噪声源向外辐射这个双重目的。EMI技术的电路共有特点就是在正对地和负对地之间接有电容，由于电源设备众多，作为单个电源设计不成问题的对地电容汇集到直流系统中造成直流系统对地电容过大，在一些特殊条件下直流系统中的一点接地就可由直流系统中的对地电容对出口继电器的充放电电流冲击使继电器瞬间误动。
直流系统等效电路：直流系统在运行中的实际等效电路如图4所示：
在直流系统等效电路中我们去掉了与其无关的回路，图中R1、R2为绝缘监测仪内部采样电阻，通常都大于20K，一般现在使用微机绝缘监测其内部采样电阻值在47K～220K之间，且一般R1等于R2。R＋和R－为直流系统对地绝缘电阻，对地电阻其实是由各个直流回路对地绝缘电阻并联而成，新的变电站R＋和R－电阻都在1000K以上，老变电站直流母线对地绝缘电阻R＋和R－一般也在100K左右，而且这个电阻受天气影响而变化，并与直流系统中所有设备清洁及电气绝缘有关，当设备积灰比较严重时环境湿度变化会引起电阻值的大幅度变化，绝缘损坏也会造成直流接地。图中C＋和C－为直流系统综合起来的总的对地等效电容，对地电容来自二个方面一是电缆对地的分布电容，但分布电容数值相对较小（每米电缆对地电容值小于10PF），不是构成直流系统对地电容的主要原因。另一个是直流负载设备电源的EMI中的电容，如通常微机保护的开关电源的正、负输入端接有4个0.47uF对地电容。这样当一个直流系统上挂接很多个开关电源时由于EMI的原因就形成了很大的直流系统对地电容。曾用比对法对变电站进行实地测量得出对地电容大于33UF。
一点接地时继电器误动条件：当直流系统对地电容增大到一定数值时，直流负母线对地电压高于继电器动作电压时，直流系统的一点接地就有可能致使继电器误动，如图5所示：
当在A点接地时，C＋对继电器充电，C—对继电器放电（等效为C＋与C—并联对继电器放电）。这时继电器内部就有电流流过，当电容器上的电压大于继电器动作电压时继电器就有可能误动。
继电保护出口继电器的一端按惯例均接在直流电源负极一侧，因此直流系统的负对地电压和对地电容大小决定在一点接地时是否有可能误动出口继电器。继电器动作电压一般规定大于50％工作电压为最低动作值，当直流系统负对地电压为50％时，可以保证不管对地电容多大均不会在一点接地时电容器的充放电使得继电器误动，但实际运行中的对地电压不仅仅取决于绝缘监视仪内部采样电阻的分压，在绝缘监视仪采样电阻值一定时，当外部绝缘下降到可与采样电阻值相比时（这是经常可能发生的），负对地电压值取决于外部绝缘状况，负对地电压大于50％是经常的发生的，当这几个条件都满足时继电器另一端一点接地还是会造成继电器误动。图6显示负对地电压、对地电容、继电器动作电压和继电器动作时间的关系：
图中有三个不同动作时间（30mS、60 mS、90 mS）以及不同动作电压（50V、60V）继电器，对应于二个不同容量对地电容和不同的放电电阻形成的四条放电曲线，在一点接地对地电容放电曲线下可以看出动作电压60V、动作时间90mS的继电器在30uF或50uF电压50V或60V的冲击下是不会动作的，但动作时间快的继电器和动作电压低的继电器就完全有可能落在电容器放电曲线内而动作，如动作电压50V、动作时间30mS的继电器在60V电压放电情况下100％动作。所以当继电器动作时间快、动作电压低、继电器内阻大，负对地电压较高时一点接地会造成误动。
直流系统对地电压分析：从图6中可以看出负对低电压太高在有对地电容存在的情况下带来安全隐患，因此应当关心和控制负对地电压。在电力系统继电保护的直流系统中，直流母线电压的绝缘不是通常意义上的对地绝缘，由于监测对地电阻的需要在绝缘监视仪内部直流母线正负对地均接有数值在100K以上的采样电阻。过去的监测系统均采用平衡桥原理，直流母线接入一个桥电阻接地网络，用来监视接地情况。在220V直流系统正负母线之间串联二个1K电阻，在其中点接一个直流小电流继电器，电阻值为15K（110V直流系统小电流继电器内阻为7.5K），继电器的另一端接地，（参见第四章）。直流系统对地的电阻本身不大（在7.5K~15K），当直流系统中继电器内阻远小于15K（110V为7.5K）时，在发生直流一点接地时其继电器上所得分压远小于其动作电压，绝缘监测电桥电阻阻不会影响继电器误动，但较小的平衡桥检测电阻使得对地电压较稳定，只有当直流系统电阻下降较大并可与电桥检测电阻相比时才影响对地电压的平衡。现在情况有了变化；一个是小功率继电器应用较广，内阻较过去有所提高，另外使用微机绝缘监测所需接入的桥电阻的电阻值可以取得较大，尽管降低了绝缘监测仪接入对直流系统对地电阻的影响，但在直流系统绝缘下降时对地电压平衡影响较大，所以在运行中感觉对地电压不如过去采用电阻值较小时稳定。
论文作者:汪锋1,蔡建辉2,刘志华3,王振丰4
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/7
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