交流串入直流回路故障原因的分析与处理

一、故障分析与处理
2009年7月20日，电厂开6号机，运行人员发现中央控制信号屏“直流系统故障”光字牌亮，直流监控屏上“直接接地”灯亮，切换“+”对地电压为220V、“-”对地电压为0V，很显然是负电源直接接地，运行人员通过临时断路法确定接地点在6KV五段开关的控制电源上，而6KV五段的控制小母线主接线图如图1所示。

继保人员对6KV五段控制电源进行了检查。首先拉开刀闸K4，直流接地仍存在，初步判断接地点未在6KV五段11，然后拉开刀閘K3，直接接地消失，因此判断，在6KV21控制电源上肯定存在一接地点，于是进行如下操作：将6KV21控制小母线上的各路开关控制保险依次取下后检查，结果直流接地仍然存在，由此看来接地点可能在保险的上端头引线上或在控制小母线上。于是将控制小母线至熔断器的引线的端子排连线依次解除后再检查，结果直流接地仍未消失。根据排除法，该直流接地点有可能在KM小母线上，而6号机组在运行，6KV五段母线也正在运行，且该小母线完全封装在开关屏的顶部，无法对KM小母线进行检查，至此，直流接地查找工作只好暂停。 不久，运行人员反映，部分6KV开关一操作就烧控制保险，有些连跳闸线圈都烧坏，在一个运行班内排粉机的控制保险就烧了三次，跳闸线圈烧了一次，其他磨煤机、给水泵等均有类似现象，当班的电气运行人员整天忙于换保险。
分析认为，烧保险和跳闸线圈应是直流接地引起的，于是组织继保人员对发生直流接地前后情况进行了统计分析，其情况归纳如下：
1、6KV五段内的小车开关为标准式开关可相互替换，在6号机开机前，小车开关集中一处，进行了一次检修和清扫，故开机时，推入各开关柜的小车开关大部分已变换位置;
2、在开机时，出现直流接地;
3、6号机运行中，凡进行操作的开关，其控制保险熔断、跳闸线圈烧坏较频繁;
4、中央控制屏各有关直流接地的光字牌均微亮;
5、直流监察屏电压指示不正常，指示值有400V-440V，跟随时间变化而变化，而事故刚开始时误认为监察屏有故障;
经过上述情况比较分析后，判断有可能是交流电串入直流回路所致，为证实推断，用万用表的交流档测量正、负直流的交流电压均为220V，这说明直流监察屏显示的电压是正确的。而且交流电源就在6KV21段内，于是对6KV21段内的所有断路器的接点和回路进行检查，发现只有送风机小车开关的接点与交流回路有关连，如图2所示。

图中甲、乙送风机均引两对空接点SF至上图所示的给粉机甲、乙控制回路中，甲送风机位于6KV五段21，乙送风机位于6KV五段22。如甲送风机引入的空接点SF在断路器内部有一线与断路器的控制电源负电源相连，则交流串入直流回路的可能性就较大。于是首先拔下送风机甲小车开关的二次插头，用万用表交流档测量直流母线电压，发现仍有220V交流电压存在，而此时再拉开图1中刀闸K2时，则直流回路的交流电压消失。这就是说在6KV五段22中也有一交流串入直流回路中，这正是为什么6KV五段21控制保险依次取下时，直流接地仍然存在的原因。按上述操作步骤，将送风机乙和送风机甲小车开关的二次插头同时取下，再测量控制小母线的交流电压，此时交流电压为0，同时直流接地信号消失。
因此断定甲、乙送风机引入给粉机操作回路的两对空接点，均在断路器内端子排与负电源相连是成立的，于是将送风机的开关柜替换出来，打开小车开关柜后部的面板，果然发现这两台开关引至给粉机回路的空接点均有一根连线与负电源相连，最终检查6KV五段内所有小车开关，只有这两台小车开关的空接点与负电源相连。
二、交流串入直流回路故障分析
在发电厂，由于直流供电范围大，馈线电缆长，因而电缆对地阻抗等效为电阻与电容的并联回路;又因电缆运行年代久，当运行湿度较高时，直流母线对地电容将增大，其绝缘电阻也会降低。图3画出了交流串入直流回路的等效电路。

图中C1、C2为直流母线对地的等效电容，通常情况下C1与C2基本相等;R1、R2为直流母线对地电阻，大小也基本相等;C为母线间的等效电容。
2.1为什么在直流母线负极串入交流后，其负极对地直流电压为0V呢?
由于交流串入直流回路，而三相交流电为中性点接地系统。当单相交流电与直流母线负极相连后，通过C2大电容就相当于短路，其等效电路如图4所示。故此时用万用表直流档测量负极母线电压，当然是为0V。也就是说此时的直流母线负极对地等效电阻为0。
2.2为什么在直流母线负极串入交流后，其正、负极对地交流电压均为220V呢?
根据线性电路叠加原理可知，其交流等效电路应采取如下方法简化，直流电源220V相当于短路，这样相当于直流正、负母线同时接入交流电源，因而直流母线对地的交流电压应均为220V。
2.3为什么在直流母线负极串入交流后，中央信号屏的光字牌会微亮呢?
这是因为有大电容C1、C2的存在，220V交流电源通过直流母线、光字牌灯泡、大电容C1、C2和大地形成通路，这时在电容上分担了大部分交流电压，光字牌灯泡上的电压分量较小，故中央信号屏光字牌会微亮的缘故。
通过上述分析可知：一旦交流串入直流回路后，相当于在直流母线直接接地的基础上施加了一个交流电源，因此其危害性比直流电源直接接地还要大，会造成操作回路保险熔断，跳、合闸线圈烧坏。同时使直流母线的纹波系数大大增加，远超过反措小于百分之五的要求。还会对微机保护、自动化装置造成不良影响和误动，因此出现这类故障时，应尽快排出。
三、结语
3.1当有直流接地时，且出现部分光字牌微亮和经常烧控制保险及烧跳、合线圈时，应首先考虑是否有交流串入直流回路的可能。简单的方法是用万用表交流档测量直流母线对地交流电压;
3.2采用断路法和取下保险法判断直流接地部位时，应考虑有两点接地或多点接地的可能，防止查找工作误入岐途。如果设备正在运行，在拉断直流电源前，应及时与运行人员交待清楚，同时拉闸时间不能过长，以避免设备故障时，保护不能正确出口动作。
3.3对6KV高压柜小车开关应編号对号入座运行，这样能保障设备运行的安全;
3.4查找直流接地时，切记无目的地进行拉断电路，应了解直流接地前后，系统工作的状况以及其他有关信息。比如：该直流回路是否运行和工作，回路有否异常情况等。再根椐现場的信号作出准确的判断。