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摘要：变电站和发电厂的直流系统是十分重要的电源系统。基于直流系统在电力系统中处的重要地位，其自身绝缘的可靠直接影响到整个直流系统乃至整个电力系统的安全，特别是控制回路和保护回路。以下是直流系统绝缘降低原因分析及解决方法。
关键词：直流系统绝缘;故障分析;直流系统;直流系统接地;绝缘降低排查
一、概述
在变电站和发电厂中，为保护、控制、信号、不间断电源装置等可靠供电的电源系统，通常采用直流电源。现变电站和发电厂中广泛应用的是主要采用阀式蓄电池和开关电源组成的直流控制电源系统。
直流系统母线、馈线的发生一点绝缘降低，在一般情况下并不直接影响直流系统的正常运行，但如果不及时找出绝缘减低的原因并加以修复，当另一点发生接地故障或者绝缘降低时，就可能引发事故事故。为保障直流系统的安全可靠，则必须对其绝缘状况进行实时监控。本文采取检测其对地绝缘电阻的方法来分析其绝缘状况，并对绝缘降低提出解决方法。
二、直流系统接地故障
电力系统中，直流系统电压通常采用220V和110V，依据电力行业标准<<电力用直流电源监控装置>> DL/T856-2004对直流绝缘检测的技术要求，220V直流系统绝缘整定值为25kΩ，110V系统为7kΩ。
以220V直流系统为例，当正极或负极对地绝缘电阻降低到25kΩ，则称为直流系统接地;正级小于25kΩ则称之为正极接地，负极对地电阻小于25kΩ则称之为负极接地。在电桥法表现出来则是正极对地电压降低，或负极对地电压降低。当直流系统正极或负极对地绝缘电阻降低但其阻值还大于25kΩ，称之为绝缘降低;当其阻值低于25kΩ但大于0Ω时，称之为间接接地（非金属接地）;当其阻值接近于0Ω时，称之为直接接地（金属接地）。
三、直流绝缘异常原因分析
电缆引起：主要是由于电缆在加工过程出现质量问题、敷设过程中损伤电缆或者使用时间过长老化所致。
设备引起：由于设备故障或老化造成直流对地短路，或者绝缘降低，比如经常出现的比如操作回路分、合闸线圈烧毁接地，直流空气开关由于过流发热损坏接地等。
其他原因引起：由于铁锈、小动物、蚁巢、污垢等引起直流系统绝缘降低，特别是天气异常时，如连续下雨或潮湿天气后，端子排进水或受潮引起绝缘降低。
图1 直流系统接地图
由图1可知，若A点接地，同时于B点也接地，则KM线圈接通，可能造成断路器误分或误合。同理，A点与C、F、D中一点同时接地也可能造成断路器勿动。E点与B、C、E、F中一点同时接地都可能造成断路器拒动。直流系统正负极电源之间两点接地还有可能造成熔断器熔断、烧坏直流电缆甚至引起火灾的危险。
图2 电桥原理图
图2为直流系统电桥原理图，R1=R2= 1MΩ，做星形与三角形等效变换后可转换为图3的电桥原理等效图。
由图3和图4可知，R正与R负为电桥三角形变化后的等效电阻，正常运行时，有R正、R负相等，V+、V- 相对地电压都为110V，当正级或负级相对地绝缘降低时，V+、V-会发生变化，如图4中正极接地，V+会降低，假设正极接地电阻为RX，计算结果如下：
假设正接地电阻RX=50kΩ，直流电压随平衡电阻变化情况如下：
平衡电阻为R正=R负=1MΩ时，V+ =10.5V，V- =209.5V
平衡电阻为R正=R负=50kΩ时，V+ =73V，V- =147V
由此可见直流系统绝缘降低的严重程度不能单独看直流母线电压的偏差，还跟电桥系统的平衡电阻有关。对某一变电站或发电厂直流系统，其平衡电阻是固定不变的，因此可以用直流母线电压偏差的大小来判断直流绝缘降低的严重程度。
当厂家没给出平衡电阻值时，我们可以用如下方法来计算平衡电阻：
1.测量该系统电压为：V总
2.人为在正极与地之间接入电阻RX=100kΩ，测量正极对地电压为V+
3.人为在负极与地之间接入电阻RX=100kΩ，测量正极对地电压为V-
4.计算出正极、负极对地绝缘阻值分别为：
如果该系统没有绝缘降低，则 R+ = R- 即为该系统的平衡电阻
如果该系统出现绝缘异常，现在我们可以利用上式计算出来的平衡电阻值，再通过测量系统直流母线正、负极对地电压来计算其相对地的绝缘阻值，以图4为例，计算得：
四、直流绝缘降低异常解决方法
变电站和发电厂中直流系统的绝缘降低情况是非常复杂的，但是处理绝缘降低的方法基本是一致的。方法如下：
（1）运行中的直流系统一旦发生一点绝缘降低或接地时，应引起高度重视，迅速查找原因，尽快消除缺陷，防止发展成多点接地故障。
（2）在寻找及处理接地故障时，必须保证至少有两人，在工作前，应慎重考虑，并采取必要措施，防止引起直流回路另一点接地或因直流电源中断而造成各种严重后果如装置误动作。
（3）直流接地发出信号后或发现其监视电压表指示有效大的偏差时，应及时查找并根据电压情况指示判断是哪一极接地。使用仪表测量电压时，应使用高内阻仪表，其内阻应大于2kΩ/V。
（4）直流系统接地发生后，严禁在直流回路上进行与查找接地无关的工作。
（5）在直流回路上工作的同时，发生直流系统接地，应首先在该工作回路上寻找接地点。 （6）禁止把未接地的一极接地，通过烧焦接地处来查寻接地点。
（7）在进行直流系统绝缘故障点的寻找时，应使用专用的直流接地探测器进行查找，在查找时应注意以下几点：使用探测器之前应检查探测器两接线之间是否正常，防止直流短路事故。探测器两接线的线夹应用绝缘胶布包好，防止直流短路或多点接地的发生。
（8）为了查找直流接地，可采取瞬间断开某回路电源的方法查找。工作前必须征得调度员的同意，对瞬间失电后，有可能误动的保护，应先申请将保护或一次设备退出运行后进行。
（9）采用瞬时断开某回路电源的方法查找时，应按先拉不重要馈线，后拉重要馈线。先户外，后户内的原则进行，先动部分，后静部分，拉保险丝先拉正极的，后拉负极的，合则相反。其顺序可如下：① 断开临时工作电源，② 断开事故照明回路，③ 断开信号回路，④ 断开闸回路，⑤断开蓄电池回路，⑥ 断开保护回路;操作过程中不管是否是次回路的问题，都应在3秒内把开关重新合上。
（10）当查明某一回路接地时，应尽可能找出接地点，如确定接地点在保护或自动装置内部时，通知继保人员及厂家人员检查消除。
这就是所谓的“拉路法”，直流绝缘减低回路一旦从拉开脱离系统，则直流母线的正、负极对地电压就会马上恢复平衡。实际故障排查中，由于直流供电系统的特殊性，经常发生闭环回路供电、双电源供电情况，保护装置不经调度同意也不允许私自停电，以及在施工、扩建、改造过程中遗留的回路不明确等复杂情况，使查寻直流降低故障点更加困难。故现变电站和发电厂直流系统中引入绝缘监测装置，实时监测其绝缘状况。
对于直流系统绝缘降低情况的严重程度，建议对绝缘降低的情况进行分级处理。
接地故障设置建议 0-50K
一级绝缘设置建议 51-100K
二级绝缘设置建议 101-200K
三级绝缘设置建议 201-500K
分级处理为直流系统绝缘降低分级管控提供依据，由绝缘降低发展为严重的接地故障，多数情况下是一个渐变的过程，先是一点绝缘降低，再发展到两点，最后是两点或多点接地，对整个电力系统可能产生严重的后果。
因此必须防微杜渐，从最开始杜绝绝缘降低的情况发生。这就要求直流系统有高精度的绝缘测量技术和先进的评估诊断手段，这也是对直流系统实时测控设备提出新的挑战。
参考文献：
[1]陈萍.直流系统接地危害及防范措施 电工技术.2011（04）
[2]赖嵩汕.浅谈直流接地故障的原因、危害及处理 电源技术应用.2013（06）
关键词：直流系统绝缘;故障分析;直流系统;直流系统接地;绝缘降低排查
一、概述
在变电站和发电厂中，为保护、控制、信号、不间断电源装置等可靠供电的电源系统，通常采用直流电源。现变电站和发电厂中广泛应用的是主要采用阀式蓄电池和开关电源组成的直流控制电源系统。
直流系统母线、馈线的发生一点绝缘降低，在一般情况下并不直接影响直流系统的正常运行，但如果不及时找出绝缘减低的原因并加以修复，当另一点发生接地故障或者绝缘降低时，就可能引发事故事故。为保障直流系统的安全可靠，则必须对其绝缘状况进行实时监控。本文采取检测其对地绝缘电阻的方法来分析其绝缘状况，并对绝缘降低提出解决方法。
二、直流系统接地故障
电力系统中，直流系统电压通常采用220V和110V，依据电力行业标准<<电力用直流电源监控装置>> DL/T856-2004对直流绝缘检测的技术要求，220V直流系统绝缘整定值为25kΩ，110V系统为7kΩ。
以220V直流系统为例，当正极或负极对地绝缘电阻降低到25kΩ，则称为直流系统接地;正级小于25kΩ则称之为正极接地，负极对地电阻小于25kΩ则称之为负极接地。在电桥法表现出来则是正极对地电压降低，或负极对地电压降低。当直流系统正极或负极对地绝缘电阻降低但其阻值还大于25kΩ，称之为绝缘降低;当其阻值低于25kΩ但大于0Ω时，称之为间接接地（非金属接地）;当其阻值接近于0Ω时，称之为直接接地（金属接地）。
三、直流绝缘异常原因分析
电缆引起：主要是由于电缆在加工过程出现质量问题、敷设过程中损伤电缆或者使用时间过长老化所致。
设备引起：由于设备故障或老化造成直流对地短路，或者绝缘降低，比如经常出现的比如操作回路分、合闸线圈烧毁接地，直流空气开关由于过流发热损坏接地等。
其他原因引起：由于铁锈、小动物、蚁巢、污垢等引起直流系统绝缘降低，特别是天气异常时，如连续下雨或潮湿天气后，端子排进水或受潮引起绝缘降低。
图1 直流系统接地图
由图1可知，若A点接地，同时于B点也接地，则KM线圈接通，可能造成断路器误分或误合。同理，A点与C、F、D中一点同时接地也可能造成断路器勿动。E点与B、C、E、F中一点同时接地都可能造成断路器拒动。直流系统正负极电源之间两点接地还有可能造成熔断器熔断、烧坏直流电缆甚至引起火灾的危险。
图2 电桥原理图
图2为直流系统电桥原理图，R1=R2= 1MΩ，做星形与三角形等效变换后可转换为图3的电桥原理等效图。
由图3和图4可知，R正与R负为电桥三角形变化后的等效电阻，正常运行时，有R正、R负相等，V+、V- 相对地电压都为110V，当正级或负级相对地绝缘降低时，V+、V-会发生变化，如图4中正极接地，V+会降低，假设正极接地电阻为RX，计算结果如下：
假设正接地电阻RX=50kΩ，直流电压随平衡电阻变化情况如下：
平衡电阻为R正=R负=1MΩ时，V+ =10.5V，V- =209.5V
平衡电阻为R正=R负=50kΩ时，V+ =73V，V- =147V
由此可见直流系统绝缘降低的严重程度不能单独看直流母线电压的偏差，还跟电桥系统的平衡电阻有关。对某一变电站或发电厂直流系统，其平衡电阻是固定不变的，因此可以用直流母线电压偏差的大小来判断直流绝缘降低的严重程度。
当厂家没给出平衡电阻值时，我们可以用如下方法来计算平衡电阻：
1.测量该系统电压为：V总
2.人为在正极与地之间接入电阻RX=100kΩ，测量正极对地电压为V+
3.人为在负极与地之间接入电阻RX=100kΩ，测量正极对地电压为V-
4.计算出正极、负极对地绝缘阻值分别为：
如果该系统没有绝缘降低，则 R+ = R- 即为该系统的平衡电阻
如果该系统出现绝缘异常，现在我们可以利用上式计算出来的平衡电阻值，再通过测量系统直流母线正、负极对地电压来计算其相对地的绝缘阻值，以图4为例，计算得：
四、直流绝缘降低异常解决方法
变电站和发电厂中直流系统的绝缘降低情况是非常复杂的，但是处理绝缘降低的方法基本是一致的。方法如下：
（1）运行中的直流系统一旦发生一点绝缘降低或接地时，应引起高度重视，迅速查找原因，尽快消除缺陷，防止发展成多点接地故障。
（2）在寻找及处理接地故障时，必须保证至少有两人，在工作前，应慎重考虑，并采取必要措施，防止引起直流回路另一点接地或因直流电源中断而造成各种严重后果如装置误动作。
（3）直流接地发出信号后或发现其监视电压表指示有效大的偏差时，应及时查找并根据电压情况指示判断是哪一极接地。使用仪表测量电压时，应使用高内阻仪表，其内阻应大于2kΩ/V。
（4）直流系统接地发生后，严禁在直流回路上进行与查找接地无关的工作。
（5）在直流回路上工作的同时，发生直流系统接地，应首先在该工作回路上寻找接地点。 （6）禁止把未接地的一极接地，通过烧焦接地处来查寻接地点。
（7）在进行直流系统绝缘故障点的寻找时，应使用专用的直流接地探测器进行查找，在查找时应注意以下几点：使用探测器之前应检查探测器两接线之间是否正常，防止直流短路事故。探测器两接线的线夹应用绝缘胶布包好，防止直流短路或多点接地的发生。
（8）为了查找直流接地，可采取瞬间断开某回路电源的方法查找。工作前必须征得调度员的同意，对瞬间失电后，有可能误动的保护，应先申请将保护或一次设备退出运行后进行。
（9）采用瞬时断开某回路电源的方法查找时，应按先拉不重要馈线，后拉重要馈线。先户外，后户内的原则进行，先动部分，后静部分，拉保险丝先拉正极的，后拉负极的，合则相反。其顺序可如下：① 断开临时工作电源，② 断开事故照明回路，③ 断开信号回路，④ 断开闸回路，⑤断开蓄电池回路，⑥ 断开保护回路;操作过程中不管是否是次回路的问题，都应在3秒内把开关重新合上。
（10）当查明某一回路接地时，应尽可能找出接地点，如确定接地点在保护或自动装置内部时，通知继保人员及厂家人员检查消除。
这就是所谓的“拉路法”，直流绝缘减低回路一旦从拉开脱离系统，则直流母线的正、负极对地电压就会马上恢复平衡。实际故障排查中，由于直流供电系统的特殊性，经常发生闭环回路供电、双电源供电情况，保护装置不经调度同意也不允许私自停电，以及在施工、扩建、改造过程中遗留的回路不明确等复杂情况，使查寻直流降低故障点更加困难。故现变电站和发电厂直流系统中引入绝缘监测装置，实时监测其绝缘状况。
对于直流系统绝缘降低情况的严重程度，建议对绝缘降低的情况进行分级处理。
接地故障设置建议 0-50K
一级绝缘设置建议 51-100K
二级绝缘设置建议 101-200K
三级绝缘设置建议 201-500K
分级处理为直流系统绝缘降低分级管控提供依据，由绝缘降低发展为严重的接地故障，多数情况下是一个渐变的过程，先是一点绝缘降低，再发展到两点，最后是两点或多点接地，对整个电力系统可能产生严重的后果。
因此必须防微杜渐，从最开始杜绝绝缘降低的情况发生。这就要求直流系统有高精度的绝缘测量技术和先进的评估诊断手段，这也是对直流系统实时测控设备提出新的挑战。
参考文献：
[1]陈萍.直流系统接地危害及防范措施 电工技术.2011（04）
[2]赖嵩汕.浅谈直流接地故障的原因、危害及处理 电源技术应用.2013（06）