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摘要：直流系统接地故障的检测对于保障电力系统的安全运行十分重要。本文首先阐述了直流系统接地故障检测的多种理论方法；通过判断馈线电流波形，介绍了一种便携式查地仪的工作原理和具体的操作方法。检测过程中，要求同时检测馈线的正负极电源线，以消除负荷电流的干扰。
关键词：直流系统；接地故障；便携式；馈线；
1 引言
直流系统是变电站的重要组成部分，主要有由蓄电池、充电机及其附属设备、馈线、事故照明等组成[1]。直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多、且较长，易受尘土、潮气腐蚀，从而降低元件的绝缘能力，甚至绝缘破坏造成直流接地[2-3]。直流系统的接地故障易造成继电保护的自动装置误动作或拒动作，严重影响系统正常运行。因此，需要快速、准确地查找直流系统接地故障发生的位置，以便及时处理。
直流系统接地故障查找难度大、时间长、风险高，一直困扰检修维护人员，对系统的安全运行也造成不利影响。为了减轻接地故障处理的难度，降低对接地故障查找人员的技术素质要求。本文通过一种便携式接地查找设备，阐述了其工作原理和具体的操作方法；针对负荷电流的干扰问题，提出通过同时检测馈线的正负极电源线进行解决。
2 直流故障接地查找方法与原则[4-6]
2.1 查找方法
1）利用绝缘监察装置判断
变电所的直流母线一般分为两段，每段母线上均装有绝缘监察装置。在直流母线上均装有微机直流系统绝缘在线监测装置，直流系统正常工作时，装置数字显示母线电压，监测直流系统正、负母线绝缘状况，当直流系统发生接地时，装置自动启动报警之后产生低频信号，由正负直流母线平衡对地注入直流系统，再通过安装于每一支路上的传感器接收这一低频交流信号，CPU 对各条线路所采集信号电流进行分析，判断出故障线路号及接地电阻值，完成自动选接地线的功能。有的变电所的直流绝缘监察装置是利用传统的电桥原理构成的，正常运行时，直流正负母线对地绝缘电阻是平衡的，当发生一点接地时，电桥平衡遭到破坏，接地继电器流过较大的电流，当线圈电流大于整定值时，继电器动作，发出声、光信号报警。
2）瞬时拉路法
根据负荷的重要性， 依次短时拉开直流屏所供直流负荷各回路。当切除某一回路时故障消失，则说明故障就在该回路之内。继续运用拉路法，就可以进一步确定故障在此回路的哪一支路当中。例如，断开直流屏主控控制回路熔断器，绝缘监察装置”接地”信号消失，说明故障在此回路中。
3）逐段排除法
让直流负荷分段开环运行，再断开直流母线分段开关及回路环路开关，然后采用拉路法，故障范围更容易确定。
4）动态分析法
对于一些转换性接地故障，此方法比较有效。比如断路器在合闸位置时，直流系统正接地，断路器分开以后，直流系统又变成了负接地，对于这种情况，只有依据相关图纸，对其操作回路进行动态分析，分析断路器在由合到分变化过程中，哪些回路发生了电位极性的变化，（ 如断路器在分闸以后，操作回路的TWJ监视回路由正电位變成了负电位）逐步缩小查找范围，最终找到接地的部位。这种类型的故障分析起来比较麻烦，要求技术人员不但要对直流电源系统的相关特性比较熟悉，对操作回路、保护装置都要有充分的了解。
5）解线法
当确定了接地故障点的大致范围以后，如果接地部位的回路比较复杂，要确定具体的接地位置还是很困难的，这时可以采用解除被怀疑接地的电缆芯线的方法，降低查找的难度，方便查找。
2.2 查找原则
1）当直流发生接地时，禁止在二次回路上工作。查找和处理必须由两人同时进行，处理时不得造成直流短路和另一点接地。
2）不能采用任意拔一只熔断器（特别是负荷熔断器）的办法寻找故障点，这样易产生寄生回路导致保护误动作，是不可行的。
3）对于不能停电的直流设备，必须事先用备用直流电源供电，以保证在拉路时该回路直流电源不间断。
4）如果直流母线上所有负荷切除后故障仍不消失， 则说明接地故障发生在直流电源部分（直流屏、蓄电池组、浮充电机、连结电缆等）。为了避免在查找故障过程中给负荷造成较长时间停电，引起更大事故发生， 在一般情况下应先用一套具有足够容量的备用直流电源（如备用充电装置）给负荷供电，再将有故障的直流电源与外电路脱离来查找故障。
5）有时接地故障发生在主控信号回路中，在这种情况下，当拉开该回路时，中央信号失去电源，直流绝缘监察的声、光信号不能发出。这时，判断接地与否不能再利用声、光信号，而要派专人监视直流绝缘监察继电器，看其触点是否动作来判断直流回路有无接地。
8）禁止用灯泡查找接地点，以防直流回路短路。
3 便携式查地仪的工作原理
3.1 基本原理
本文提出一种便携式接地查找设备，如图1所示，由三部分组成：信号源（1）、手持检测器（2）、钳形电流互感器（3）。
随设备配有三根测试导线，红色一端插入信号源红色端子（+），另一端夹在直流母线正极熔断器；绿色线一端插入信号源绿色端子（-），另一端夹在直流母线负极熔断器，黄色线一端插入信号源黄色端子（地），另一端夹在直流屏的接地铜排上。
信号源的作用是产生一正弦波接地信号ID，通过接地母线（如图1中负母线）、空开到供电回路，及接地点，从大地返回信号源，如图1中的虚线所示。
钳形电流互感器（3）的输出接手持检测器（2），将钳形电流互感器逐人钳住馈线，如图中B点、C点，显然B点馈线支路没有接地，该支路不能检测出信号源产生的信号电流，而C点则可以检测到该电流，表明C点馈线支路存在接地故障，继续往该馈线支路负荷侧查找，到D点仍有接地信号，但在F点接地信号消失，则可判断出接地点在D点和E点之间，可不断缩小D点和E点的范围，直到找出接地点的具体位置。 接地查找过程中，信号源（1）无需移动，只需携带手持检测器（2）及钳形电流互感器（3）。由于手持检测器采用普通干电池做电源，而钳形电流互感器为无源器件，因此，该便携式接地查找设备，不受电源线的限制，可查找任意地点的接地故障。
因1套直流系统只有1组蓄电池，如果是蓄电池接地，可以很快确定接地故障位置。而直流馈线一般有几十条以上，检测出接地馈线支路需要较长时间。因此，查找接地故障的时，应先查蓄电池，后差馈线。如图1所示，先A点、后B点、再C点...等等。
3.2 负荷电流的消除方法
按正常的理解，如果直流系统正极接地，则查找直流系统正极接地支路，反之负极接地，就从负极回路查找接地故障即可。然而，采用便携式设备查找接地故障，必须同时检测馈线的正负极，如图2B点，即将馈线的正负极同时穿过钳形电流互感器。檢测蓄电池是否接地时，也应该检测蓄电池正负极2根连接线，如图2A点。
直流系统负载包括CPU、运算放大器、逻辑器件、继电器、电阻、电容、电感、二极管、三极管...等等，这些负载的电流随信号的大小、逻辑状态等条件的变化而变化，馈线中的电流（如图2中I+、I-），即有恒定的直流，也有脉动电流。
馈线中的脉动电流，可分解为各种频率的电流，其中就包含便携式接地查找设备的信号电流（图1中ID），如果只检测馈线的正极或负极，由于馈线中脉动电流的影响，将出现误判接地支路的情况。
当同时检测馈线的正负极时，如图2B点，馈线中正负极负荷电流大小相等，方向相反，在钳形电流互感器中产生的磁场相互抵消，则可消除负荷电流的影响。
3.3 接地判断
1）检测电流波形为一条直线
如图3，检测电流波形显示为一条直线，或接近于直线，表示在该馈线没有接地信号电流，即可判断该支路没有接地故障。
由于绝大部分支路都没有接地故障，因此绝大部分支路检测电流波形为图3所示的直线。
2）检测电流波形为标准正弦波
如图4检测电流波形显示为标准正弦波，表示该支路有接地信号电流，依上所述，该接地信号电流为信号源所产生（图1中ID），表明该支路存在接地故障。
一旦检测出接地支路，剩余的馈线支路可不必检测。而是顺着接地支路往负荷侧继续检测，按检测原理中讲述的方法，查找该支路具体的接地故障点，并排除故障。
3）检测电流波形为杂波
如图5检测电流波形显示为杂波，既不为水平直线，也不为标准正弦波，表示为寄生回路。检测为杂波电流馈线，无法判断是否为接地支路或为不接地支路。
先检测出杂波的馈线支路编号，继续检测其它剩余馈线，如果所有馈线都检测完毕，均未发现图4电流波形支路，则按下节方法查找寄生回路。
3.4 寄生回路的查找方法
寄生回路是指某负荷供电电源线超过2根，即有3根或3个根以上的电源线，有时也称之为环网故障。如图6所示，#1负载由2路馈线供电，有4根电源线；#2、#3负载的负极电源线互相连接，各有3根电源线。图6中描述的是2组直流系统之间的寄生回路，如果是1套直流系统，出现图中接线，仍然为寄生回路。
寄生回路对接地故障查找影响极大，常会误判为接地支路，耗费大量的时间，也大大降低检修人员对便携式设备使用信心，有的最终放弃使用。
寄生回路误判为接地支路或无法判断是否接地，其原因是负荷电源线多于2跟，使得流经正负极的负荷电流不相同，如图6中，A、B、C、D4个检测点无法抵消负荷电流变化造成的影响，将在钳形电流互感器中感应出电流，即图5。
在检测所有馈线电流都没有发现标准正弦波波形（图4），而只有不规则电流波形即杂波情况下，任意选择一条有杂波电流波形得馈线，往负荷侧继续检测，直到图6中，E、F、G点，检测电流波形为直线（图3），表明该支路没有接地；或标准正弦波（图4），表明该支路存在接地。
如果第一条杂波电流支路检测没有接地故障，再检测其它杂波电流支路，直到检测出接地故障支路。一般情况下寄生回路成对出现，如2条、4条、6条等。
4 总结
本文阐述了直流故障接地的查找方法以及相应的原则，提出一种便携式设备查找直流接地故障，分析了其工作原理和查找方法，同时对负荷电流的消除和寄生回路的查找进行了具体分析说明。
采用便携式设备查找接地故障，无需断开电源，现场使用更安全、快捷，使接地故障处理变得简单容易，按先电池，后馈线的顺序查找，可节省接地故障的处理时间。
参考文献：
[1] 田瑞敏，崔秀梅，韩晋峰，王国俊，等. 变电站查找直流接地浅谈. 科技情报开发与经济，2006，16（1）：285-286.
[2] 范玉. 变电所直流接地的原因分析. 大众用电，2004，6：33.
[3] 练静，杨晓斌. 对直流系统接地故障的分析与处理. 中国科技信息，2008，18：132.
[4] 沈从树. 浅谈变电站直流接地故障点的查找. 河南电力，2008，1：36-38.
[5] 周兴友. 直流接地故障查找方法探讨. 科技信息，2009，35：364.
[6] 张晓毅，王志强. 变电站直流接地故障的分析与查找. 中国电力教育，2008：71-73.
关键词：直流系统；接地故障；便携式；馈线；
1 引言
直流系统是变电站的重要组成部分，主要有由蓄电池、充电机及其附属设备、馈线、事故照明等组成[1]。直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多、且较长，易受尘土、潮气腐蚀，从而降低元件的绝缘能力，甚至绝缘破坏造成直流接地[2-3]。直流系统的接地故障易造成继电保护的自动装置误动作或拒动作，严重影响系统正常运行。因此，需要快速、准确地查找直流系统接地故障发生的位置，以便及时处理。
直流系统接地故障查找难度大、时间长、风险高，一直困扰检修维护人员，对系统的安全运行也造成不利影响。为了减轻接地故障处理的难度，降低对接地故障查找人员的技术素质要求。本文通过一种便携式接地查找设备，阐述了其工作原理和具体的操作方法；针对负荷电流的干扰问题，提出通过同时检测馈线的正负极电源线进行解决。
2 直流故障接地查找方法与原则[4-6]
2.1 查找方法
1）利用绝缘监察装置判断
变电所的直流母线一般分为两段，每段母线上均装有绝缘监察装置。在直流母线上均装有微机直流系统绝缘在线监测装置，直流系统正常工作时，装置数字显示母线电压，监测直流系统正、负母线绝缘状况，当直流系统发生接地时，装置自动启动报警之后产生低频信号，由正负直流母线平衡对地注入直流系统，再通过安装于每一支路上的传感器接收这一低频交流信号，CPU 对各条线路所采集信号电流进行分析，判断出故障线路号及接地电阻值，完成自动选接地线的功能。有的变电所的直流绝缘监察装置是利用传统的电桥原理构成的，正常运行时，直流正负母线对地绝缘电阻是平衡的，当发生一点接地时，电桥平衡遭到破坏，接地继电器流过较大的电流，当线圈电流大于整定值时，继电器动作，发出声、光信号报警。
2）瞬时拉路法
根据负荷的重要性， 依次短时拉开直流屏所供直流负荷各回路。当切除某一回路时故障消失，则说明故障就在该回路之内。继续运用拉路法，就可以进一步确定故障在此回路的哪一支路当中。例如，断开直流屏主控控制回路熔断器，绝缘监察装置”接地”信号消失，说明故障在此回路中。
3）逐段排除法
让直流负荷分段开环运行，再断开直流母线分段开关及回路环路开关，然后采用拉路法，故障范围更容易确定。
4）动态分析法
对于一些转换性接地故障，此方法比较有效。比如断路器在合闸位置时，直流系统正接地，断路器分开以后，直流系统又变成了负接地，对于这种情况，只有依据相关图纸，对其操作回路进行动态分析，分析断路器在由合到分变化过程中，哪些回路发生了电位极性的变化，（ 如断路器在分闸以后，操作回路的TWJ监视回路由正电位變成了负电位）逐步缩小查找范围，最终找到接地的部位。这种类型的故障分析起来比较麻烦，要求技术人员不但要对直流电源系统的相关特性比较熟悉，对操作回路、保护装置都要有充分的了解。
5）解线法
当确定了接地故障点的大致范围以后，如果接地部位的回路比较复杂，要确定具体的接地位置还是很困难的，这时可以采用解除被怀疑接地的电缆芯线的方法，降低查找的难度，方便查找。
2.2 查找原则
1）当直流发生接地时，禁止在二次回路上工作。查找和处理必须由两人同时进行，处理时不得造成直流短路和另一点接地。
2）不能采用任意拔一只熔断器（特别是负荷熔断器）的办法寻找故障点，这样易产生寄生回路导致保护误动作，是不可行的。
3）对于不能停电的直流设备，必须事先用备用直流电源供电，以保证在拉路时该回路直流电源不间断。
4）如果直流母线上所有负荷切除后故障仍不消失， 则说明接地故障发生在直流电源部分（直流屏、蓄电池组、浮充电机、连结电缆等）。为了避免在查找故障过程中给负荷造成较长时间停电，引起更大事故发生， 在一般情况下应先用一套具有足够容量的备用直流电源（如备用充电装置）给负荷供电，再将有故障的直流电源与外电路脱离来查找故障。
5）有时接地故障发生在主控信号回路中，在这种情况下，当拉开该回路时，中央信号失去电源，直流绝缘监察的声、光信号不能发出。这时，判断接地与否不能再利用声、光信号，而要派专人监视直流绝缘监察继电器，看其触点是否动作来判断直流回路有无接地。
8）禁止用灯泡查找接地点，以防直流回路短路。
3 便携式查地仪的工作原理
3.1 基本原理
本文提出一种便携式接地查找设备，如图1所示，由三部分组成：信号源（1）、手持检测器（2）、钳形电流互感器（3）。
随设备配有三根测试导线，红色一端插入信号源红色端子（+），另一端夹在直流母线正极熔断器；绿色线一端插入信号源绿色端子（-），另一端夹在直流母线负极熔断器，黄色线一端插入信号源黄色端子（地），另一端夹在直流屏的接地铜排上。
信号源的作用是产生一正弦波接地信号ID，通过接地母线（如图1中负母线）、空开到供电回路，及接地点，从大地返回信号源，如图1中的虚线所示。
钳形电流互感器（3）的输出接手持检测器（2），将钳形电流互感器逐人钳住馈线，如图中B点、C点，显然B点馈线支路没有接地，该支路不能检测出信号源产生的信号电流，而C点则可以检测到该电流，表明C点馈线支路存在接地故障，继续往该馈线支路负荷侧查找，到D点仍有接地信号，但在F点接地信号消失，则可判断出接地点在D点和E点之间，可不断缩小D点和E点的范围，直到找出接地点的具体位置。 接地查找过程中，信号源（1）无需移动，只需携带手持检测器（2）及钳形电流互感器（3）。由于手持检测器采用普通干电池做电源，而钳形电流互感器为无源器件，因此，该便携式接地查找设备，不受电源线的限制，可查找任意地点的接地故障。
因1套直流系统只有1组蓄电池，如果是蓄电池接地，可以很快确定接地故障位置。而直流馈线一般有几十条以上，检测出接地馈线支路需要较长时间。因此，查找接地故障的时，应先查蓄电池，后差馈线。如图1所示，先A点、后B点、再C点...等等。
3.2 负荷电流的消除方法
按正常的理解，如果直流系统正极接地，则查找直流系统正极接地支路，反之负极接地，就从负极回路查找接地故障即可。然而，采用便携式设备查找接地故障，必须同时检测馈线的正负极，如图2B点，即将馈线的正负极同时穿过钳形电流互感器。檢测蓄电池是否接地时，也应该检测蓄电池正负极2根连接线，如图2A点。
直流系统负载包括CPU、运算放大器、逻辑器件、继电器、电阻、电容、电感、二极管、三极管...等等，这些负载的电流随信号的大小、逻辑状态等条件的变化而变化，馈线中的电流（如图2中I+、I-），即有恒定的直流，也有脉动电流。
馈线中的脉动电流，可分解为各种频率的电流，其中就包含便携式接地查找设备的信号电流（图1中ID），如果只检测馈线的正极或负极，由于馈线中脉动电流的影响，将出现误判接地支路的情况。
当同时检测馈线的正负极时，如图2B点，馈线中正负极负荷电流大小相等，方向相反，在钳形电流互感器中产生的磁场相互抵消，则可消除负荷电流的影响。
3.3 接地判断
1）检测电流波形为一条直线
如图3，检测电流波形显示为一条直线，或接近于直线，表示在该馈线没有接地信号电流，即可判断该支路没有接地故障。
由于绝大部分支路都没有接地故障，因此绝大部分支路检测电流波形为图3所示的直线。
2）检测电流波形为标准正弦波
如图4检测电流波形显示为标准正弦波，表示该支路有接地信号电流，依上所述，该接地信号电流为信号源所产生（图1中ID），表明该支路存在接地故障。
一旦检测出接地支路，剩余的馈线支路可不必检测。而是顺着接地支路往负荷侧继续检测，按检测原理中讲述的方法，查找该支路具体的接地故障点，并排除故障。
3）检测电流波形为杂波
如图5检测电流波形显示为杂波，既不为水平直线，也不为标准正弦波，表示为寄生回路。检测为杂波电流馈线，无法判断是否为接地支路或为不接地支路。
先检测出杂波的馈线支路编号，继续检测其它剩余馈线，如果所有馈线都检测完毕，均未发现图4电流波形支路，则按下节方法查找寄生回路。
3.4 寄生回路的查找方法
寄生回路是指某负荷供电电源线超过2根，即有3根或3个根以上的电源线，有时也称之为环网故障。如图6所示，#1负载由2路馈线供电，有4根电源线；#2、#3负载的负极电源线互相连接，各有3根电源线。图6中描述的是2组直流系统之间的寄生回路，如果是1套直流系统，出现图中接线，仍然为寄生回路。
寄生回路对接地故障查找影响极大，常会误判为接地支路，耗费大量的时间，也大大降低检修人员对便携式设备使用信心，有的最终放弃使用。
寄生回路误判为接地支路或无法判断是否接地，其原因是负荷电源线多于2跟，使得流经正负极的负荷电流不相同，如图6中，A、B、C、D4个检测点无法抵消负荷电流变化造成的影响，将在钳形电流互感器中感应出电流，即图5。
在检测所有馈线电流都没有发现标准正弦波波形（图4），而只有不规则电流波形即杂波情况下，任意选择一条有杂波电流波形得馈线，往负荷侧继续检测，直到图6中，E、F、G点，检测电流波形为直线（图3），表明该支路没有接地；或标准正弦波（图4），表明该支路存在接地。
如果第一条杂波电流支路检测没有接地故障，再检测其它杂波电流支路，直到检测出接地故障支路。一般情况下寄生回路成对出现，如2条、4条、6条等。
4 总结
本文阐述了直流故障接地的查找方法以及相应的原则，提出一种便携式设备查找直流接地故障，分析了其工作原理和查找方法，同时对负荷电流的消除和寄生回路的查找进行了具体分析说明。
采用便携式设备查找接地故障，无需断开电源，现场使用更安全、快捷，使接地故障处理变得简单容易，按先电池，后馈线的顺序查找，可节省接地故障的处理时间。
参考文献：
[1] 田瑞敏，崔秀梅，韩晋峰，王国俊，等. 变电站查找直流接地浅谈. 科技情报开发与经济，2006，16（1）：285-286.
[2] 范玉. 变电所直流接地的原因分析. 大众用电，2004，6：33.
[3] 练静，杨晓斌. 对直流系统接地故障的分析与处理. 中国科技信息，2008，18：132.
[4] 沈从树. 浅谈变电站直流接地故障点的查找. 河南电力，2008，1：36-38.
[5] 周兴友. 直流接地故障查找方法探讨. 科技信息，2009，35：364.
[6] 张晓毅，王志强. 变电站直流接地故障的分析与查找. 中国电力教育，2008：71-73.