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   1　直流系統接地的危害

　　要站在電網的高度，從系統的角度去看待直流接地的危害。眾所周知電力系統中直流操作系統采用對地絕緣運行方式，當發生一點接地時，并不引起任何危害，但必須及時處理，否則，當發生另一點接地時，有可能使繼電保護發生誤動、拒動。

運行實踐中發現，直流接地不僅會造成繼電保護誤動、拒動，甚至會造成采用直流控制的設備誤動、拒動，以至損壞設備，造成大面積停電、系統瓦解的嚴重后果。因此，對于直流接地問題，不能僅從一個變電站、一個電廠角度分析問題，要從整個電網高度去考慮。

　　如2000年7月6日在暴雨天氣下，石家莊220kV大河樞紐變電站，站內發生了直流接地。273－1電動刀閘在運行中自動分閘，無任何信號。經查找分析，273－1刀閘控制箱滲水受潮，確認為因直流兩點接地，造成該刀閘誤分。石家莊500kV廉州樞紐變電站，因大雪天氣，直流兩點接地，造成站用380V交流電源控制開關跳閘。

　　2　直流絕緣檢測監測系統的現狀

　　目前各類絕緣監察檢測裝置所采用的技術原理，與現場實際情況存在一定的差距，造成了裝置的功能難以完全滿足現場實際需要。

2.1　絕緣監察裝置技術原理存在的問題

　　對于生產現場而言，電廠、變電站多年運行后，電纜絕緣普遍下降，各種端子箱、機構箱、刀閘輔助接點箱等生銹損壞，密封性下降，遇雨、雪、濕霧天氣，易發生接地；而且，往往為非金屬性接地(對地阻值高)、多點接地、正負極均有接地以及正、負極絕緣電阻之差較小，形成對稱性接地故障接地性質。

　　而目前各種直流絕緣監察裝置(含常規型、微機型)對于直流系統接地的監察報警均采用電橋平衡原理，對上述高阻對稱性接地無法有效檢測。

　　因受電橋平衡原理的限制，裝置只能監測非對稱性直流接地故障，在正、負極絕緣電阻均等下降或其值相接近時，裝置不能反應。現有各類裝置的對地直流絕緣監測裝置的靈敏度均在兩極絕緣電阻之比為2：1至10：1的范圍。而且，若兩極絕緣電阻相差較大，而實際上任一級的絕緣水平并未低于允許值的情況下，也可能報警，使檢測人員誤認為絕緣水平下降。

　　2.2　支路檢測原理存在的問題

　　隨著微機保護大量抗干擾電容的安裝使用，直流系統開環輻射供電運行方式的采用使直流系統的對地電容電流增大。現國內廣泛使用向系統注入信號方式的微機型絕緣支路選線裝置，實際上已無法實現對接地支路的有效查找。當電容電流大于檢測裝置對絕緣電阻泄漏電流的整定值時，將造成誤發信號，影響裝置的正確判斷。

　　河北省電力公司曾對4個廠家的產品進行了現場試驗檢測，結論：(1)某支路電阻性接地20kΩ時，支路查找判斷準確性相差較大；電阻性接地30kΩ時，接地支路判斷均不正確。(2)某二支路分別電阻性接地10kΩ時，支路查找誤報、漏報。(3)加入40μF電容后支路檢測失效。

　　運行實踐也證明：如石家莊500kV廉州樞紐變電站，安裝有國內某廠的接地選線儀。在380V控制電源直流接地時，報出220kV、500kV回路直流接地，對運行、檢修人員查找接地造成了極大的干擾，危及電網安全運行。

　　2.3　接地支路的分支接地支路的查找，無有效手段

　　目前，隨著繼電保護反事故措施的落實，直流系統中保護、控制熔斷器越分越細，數量越來越多，造成直流屏饋出支路下的分支支路數量越來越多。現有的微機支路檢測裝置采用的加裝檢測互感器的方法從技術上、成本上已難以滿足要求。有的廠家推出了便攜式定點查點設備，原理仍為注入信號式，其缺點前面已述。特別需要指出的是，此型裝置的電流傳感器必須為卡鉗式，有氣隙檢測分散性大。

　　2.4　現有的各類絕緣監察裝置不能自動滿足直流系統運行方式變化的要求

　　按照國電公司新下發的反事故技術措施“防止電力生產重大事故的25項重點要求”，樞紐變電站直流系統廣泛采用雙組蓄電池、單母線分段接線方式。兩段直流的母線在并列運行方式下(如單組蓄電池容量試驗時)，要求及時停運某一段母線的直流絕緣監察裝置，以保證直流系統對地絕緣電阻不降低，否則可能造成在直流一點接地時繼電器誤動；在兩段直流母線分列運行方式下，要求及時投運兩段母線的絕緣監察裝置，否則會造成一段直流母線失去絕緣監視。

　　以常規直流絕緣監察裝置為例：兩段直流母線分列運行時，是兩個獨立的直流系統，每段母線均投運一套監察裝置。為了測量對地電位，每個絕緣監察裝置設有一個人為的接地點。為防止在直流網絡中其它任何地方再發生一點接地時而引起繼電器誤動，要求絕緣監察繼電器的線圈具有足夠大的電阻值。(對220V直流系統該線圈的電阻值為30kΩ，其起動電流為1.4mA。系統中其它繼電器的起動電流都應選擇大于1.4mA)。在并列運行時，相當于一條直流母線一個直流系統，必須在并列前停運一段母線的絕緣監察裝置，否則會造成兩個30kΩ電阻并列，對地絕緣電阻變為15kΩ，造成一點接地(220kV直流系統對地絕緣報警值為20kΩ)。此時如再有另一點接地，其接地電流足以造成某些繼電器誤動。(幾年前石家莊市內某電廠就因為絕緣監察裝置對地電阻偏小，再有一點接地就造成保護誤動事故)。同理，在兩段母線由并列運行轉分列運行后，應及時將已停運的一段母線絕緣監察裝置投入，否則會造成該段母線及其系統失去對地絕緣監察。

　　現有的各類直流絕緣裝置均不能自動適應兩段直流母線的分、并列運行方式，一般采用在二次接線上利用手動開關或母線聯絡開關輔助接點切換停運一套裝置的接地方式。有的廠家產品甚至不設手動開關，通過斷開一套裝置的接于直流母線的熔斷器而停運裝置。

(1)手動開關一般采用如下方式：

　　兩段母線分列運行時，Q置位置三，1－3、2－3均接通，兩套裝置獨自運行；

　　兩段母線并列運行時，Q置位置一(或二)，一套裝置無接地點停運，一套運行，同時監視兩段母線。

　　(2)或者采用固定停、投一套裝置的方法：

　　手動方式受人員因素影響大，而且母線運行方式的變化是較少進行的操作，運行檢修人員對此易忽略。

　　利用輔助接點方式原理與上圖相似，只是手動開關換成了聯絡開關的輔助接點。此方式受接點可靠性因素的影響，特別對于較復雜的接線，兩段母線間有多個聯絡開關以及動控母線分開時，需多個接點組合判別的情況，難以滿足運行可靠性的要求。

　　3　對策及效果

　　為解決上述問題，我們與協作單位聯合研制一種新型的微機直流接地選線監測裝置――GYM直流接地選線監測儀，并做為河北省電力公司2001年科技項目。

　　該裝置相比以往各類裝置，通過在技術原理上的改進，使之更好地滿足現場實際需要。

　　3.1　GYM的工作原理

　　采用平衡電橋與不平衡電橋相結合，可有效地檢測正、負極同時接地或延續發展正、負極接地，對地絕緣電阻不受正、負極接地電阻是否相同或接近的影響。

　　其工作原理：當設備工作在平衡狀態時，K1、K2合上，為Ⅰ段母線提供一個接地點，記錄下此時的正母線對地電壓、負母線對地電壓，以及Ⅰ段各支路的對地漏電流值。如果此時有一點接地發生，此時的|V正|≠ |V負|，根據電壓的偏差值就可得出接地電阻的阻值。

　　當發生正負同時接地時，則此方法不能準確測出接地電阻，而需要使用不平衡方法檢測母線對地絕緣。當設備處于自動檢測方式時，首先采用平衡電橋K1、K2合上，當接地的正負母線的對地電阻不相等，或不同時相等，則會造成正母線對地及負母線對地的電壓偏差，此偏差一旦超過設定的值(10V)時，設備將啟動一次不平衡檢測，即將K1、K2分別合上一次，記錄K1合上時的正負母線對地電壓及支路漏電流；K2合上時正負母線對地電壓及支路漏電流，根據母線對地的4個電壓值，即可計算出正負母線的對地電阻

　　R＋=(V3－V1)R0/V1 R－=(V2－V4) R0/V4

　　再結合支路的2個漏電流值，即可計算出支路對地的電阻Rn＋及Rn－，Ⅱ段母線的檢測方法同Ⅰ段母線。為了克服系統電容的影響，我們采用切換后延時采樣，以避開電容充放電的過渡過程的影響。

　　3.2　對直流系統運行方式的影響

　　采用將電橋改為分別投入兩段母線的方法，使直流系統的Ⅰ、Ⅱ段母線是否并列運行不影響本裝置的檢測，不影響系統對地絕緣電阻，自動滿足直流系統運行方式變化的要求。

　　采用將電橋改為分別投入兩段母線，這樣在同一時刻，兩段母線上只有一段的平衡電阻，另一段沒有，采集數據根據投入的電橋在哪一段上就記錄哪一段的辦法。這樣，系統兩段母線是否并列運行就不會影響到對絕緣的監測，不會降低直流系統對地絕緣電阻，從而實現了自動滿足直流系統運行方式變化的要求。

　　3.3　支路檢測不注入信號，采用高靈敏度的直流傳感器

　　我們采用高靈敏度的直流傳感器(精度達0.1mA)，結合不平衡電橋可以測出多支路同時接地或同時平衡接地的情況，并可直接顯示接地漏電流數值。不需注入信號。并通過多次實驗，將直流傳感器的抗過載能力提高，過載恢復后能即刻恢復其檢測性能。利用系統在絕緣良好的時候，每月進行一次零點掃描，將傳感器的零點誤差消除。

　　3.4　在裝置中設置定檢方式，方便對接地支路的分支支路的查找

　　在裝置中設置定檢方式，通過傳感器對報警支路的漏電流的高速檢測與監視，直接顯示在裝置的液晶屏幕上，配合拉合報警支路的分支路熔斷器，有助于查找具體的接地支路，特別是對于多路、多點接地的情況。

　　3.5　采用防誤技術，提高裝置的抗干擾能力

　　對支路電流的采集，因信號小、易受環境的影響，我們采用采集母線對地電壓的辦法。因電壓量是比較強的信號量，且檢測不易受到外界的影響，用母線電壓計算出的阻抗如果正常，則支路就不可能有報警發生。我們在軟件上封鎖支路報警的輸出，但同時計算支路的信號電壓值與零點值的誤差。如果誤差過大，則給出支路檢測元件故障的告警信息，顯示在屏幕上，以便及時排除。

　　4　GYM型直流接地選線監測儀的測試、運行及鑒定情況

　　4.1　檢測、鑒定

　　裝置研制成功后，樣機于2000年4月6日通過了電力工業部電力設備及儀表質量檢驗測試中心的檢測并頒發了檢測報告(繼電自動)檢字2000第X017號，檢測結論：檢測結果滿足檢測依據的要求，合格。并于2001年6月11日，該裝置通過了由河北省電力公司組織的產品鑒定。

　　4.2　現場運行

　　首臺樣機于2000年9月安裝于220kV許營變電站，運行良好。在2000年12月22日下午，許營站發生直流接地，該裝置準確報警，并給出相應接地支路編號。經人工檢查，確認接地點在該支路上。在隨后的幾天，因現場施工問題，許營站多次發生直流接地，該裝置均準確判別報警。在2001年4月16日，220kV大河變電站在進行直流改造過程中，系統發生直流接地。大河站使用新裝的GYM型監測儀查找，該裝置準確判斷出接地支路，并顯示接地電流為2mA；為確認其查找的準確性，采用直流倒負荷、分環等多種運行方式，利用多個直流支路帶接地支路，該裝置均準確辨別接地支路，接地電流2mA。經實際拉路查找，接地點在202回路，證實裝置檢測準確。

　　運行實踐證明，該裝置能夠同時監視兩段直流母線的電壓及正、負級對地絕緣阻抗，不受兩段母線分、并列運行影響。對接地支路的檢測準確，有利于現場值班員、檢修人員快速準確地處理直流接地故障，對確保電網運行安全起到了重要的作用。達到了研制工作預期的目的。

　　目前，該裝置已在石家莊、滄州、衡水、安陽、長治等地變電站投運20余套。