1 引言
发电厂及变电站的直流系统是控制及信号系统、继电保护及自动装置的工作电源。直流系统的可靠性直接影响整个电力系统的安全。目前发电厂及变电站的直流系统均采用110v或220v电源供电。正、负母线对地是浮空的。当系统出现一点接地故障时，虽不至于影响正常工作，但是运行规程明确规定了一点接地的允许时间，所以发生一点接地故障时也应立即排除。否则，若在第一点接地尚未排除，又出现第二个接地点时，将引起信号回路，控制回路开关及继电保护装置的误动作。
同其他电力系统的仪器仪表技术发展一样，直流系统接地故障的诊断技术也随着新原理、新手段的出现而不断地有所发展，大体上可归纳为以下几个方法:
2 电桥法
2.1 电桥平衡式原理
采用电桥法研制的绝缘监察装置结构简单，成本也较低廉;但功能过于单调，仅能对系统接地给予报警，不能指示故障所在支路及接地阻值。因此，现场维护人员排除故障时，往往没有可操作性，通常采用人工拉路法，即根据负荷的重要性，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内，再依次拉开该回路的支路保险，就可以进一步确定接地点在哪一支路上。
通过以上讨论不难看出，采用电桥法在诊断和排除直流系统接地故障时，存在诸多弊病:在原理上，如图1(b)当r+和r-等比例下降时，即使已经越限，也无法报警。
2.2 易误报警
当r+和r-数值很大，但差值也很大时，即使在正常范围内，也要误报警。
2.3 不能检测和显示实际数值
在具体排除故障的手段上拉路法问题也很大:
(1) 当断开某一支路时，该支路上的控制与保护装置要短时退出，如操作不慎，还可能引起误动作，造成事故。
(2) 对于不能停电的直流设备，必须事先准备备用直流电源，同时要注意在特殊情况下单用硅整流供电会造成保护误动作。
(3) 有时接地故障发生在主控制信号回路中，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。
3 低频信号注入法
在直流系统出现接地故障后，在故障母线与地之间注入一低频信号，低频电流从信号发生器流出，经过直流系统从接地点返回，如图1所示，然后用钳型电流探头逐点检测，对低频电流走向进行寻迹，首先找到接地支路，然后沿着该支路寻找接地点，根据接地点前后的低频电流出现的差别这一判据来确定接地点所在位置。
图1 低频探测原理图
该方法成功地实现了不停电查找接地点，但其检测的正确性及灵敏度受系统分布电容的影响很大。直流系统正负母线及馈线对地存在分布电容，支路电容最大时可达数微法，整个电站总电容达数十微法，当探头在某一点测量时，由于有电容电流流过，将使得操作人员难以确定是电容电流还是接地电阻电流。如图1所示，系统母线某一支路存在接地点，假如该支路后所有的分布电容总等效值为2μf，如信号频率为20hz，电容容抗约为4kω，当支路电阻大于4kω时，流向后续电路的电流将与流过故障支路的电流相比拟，很难区分出接地支路来。
4 变频探测法
变频探测法，实际上还是低频信号注入法，只不过此时注入的信号是频率交替变化的低频信号。然后还是通过钳型电流探头，检测支路阻性电流幅值的变化，来确定接地支路与故障点。
图2 变频探测法
如图2(a)所示，直流系统中某点出现接地故障，接地电阻值为r，在存在接地点的母线与地之间注入幅值为v，频率为f的低频信号，用钳形电流探头在接地点前的回路某一点上测量电流信号。设测量点后的等效分布电容为c，等效电路如图2(b)所示，探头感受到的电流幅值i1是由接地电阻r上电流及分布电容c的电流两部分组成，由电工知识可写为:
i1=v/r + j2πfcv (1)
在注入的信号电压幅值不变的前提下，信号频率增加为kf(k＞1),则探头感受到的电流为:
i2=v/r + j2πfcv (2)
由式(1)、(2)求出探头感受到的阻性电流为:
式(3)说明，在注入电压信号幅值不变的前提下，测量出某一点的两种频率下的电流幅值，可间接获得流过该点的电阻电流值。一般情况下，常取k=2，此时其阻性电流的幅值计算公式为:
经过变频以后，就将在低频注入法原理下，仪器检测的阻性电流与容性电流的合成电流，转化为仅仅指示出阻性电流。当探头在接地点与信号发生器之间的母线或接地支路测量时(图3(a)中a、b点)感受到的是阻性和容性电流的合成电流，但仪器指示出的仅是流过c点的阻性电流;而当探头在非接地支路及非接地支路之后的母线测量时(如d、e点)，则探头仅感受到分布电容电流，感受不到阻性电流。因此可根据此原理对阻性电流进行寻迹。
式(4)是在理想条件下得出的。实际上信号发生器输出的两种频率信号电压幅值是有差别的;探头与放大电路对两种频率信号的响应也很难做到完全一致;仪器对电流幅值计算也存在误差;这些因素会造成仪器得到的i1、i2与理想值之间有较大偏差。当分布电容较大或者接地电阻较大，这时在a、b点测得绝大部分电流是容性电流，电流幅值与在d、e点近似，那么两种频率下的电流幅值之比就接近或等于两倍(i2接近或等于2i1)，在这种情况下,式(4)根号下的算式值可能小于零(i1偏小或i2偏大);也可能大于实际值(i1偏大或i2偏小)。前者使计算失效，后者使不存在阻性电流的测量点，得出“有”的错误判断。
由于以上各种情况的存在，仪器在现场实际中是很难使用的，后来也有人尝试在此基础上，再调制一高频信号，通过相位变化来区分阻性和容性电流。称为载波相位法。虽然增加了仪器判据的复杂性;但通过现场使用检验，效果仍旧不理想，原因还是分布电容。此类仪器对现场使用人员来说，在老一点的变电站可靠检测指标在5kω以下;在新变电站，可靠检测指标在10kω以下。另外低频信号的注入将使直流系统的电压波纹系数加大。
5 磁调制直流漏电流检测方法
图3为磁调制直流系统漏电流检测原理图。
图3 磁调制直流系统绝缘检测原理
在图3中，f为高磁导率的环状铁芯;
i1、i2分别为直流系统正、负母线向负荷提供的电流;
i0为三角波恒流激磁电流;w为穿过铁芯直流绕组;
w1为交流激磁绕组;w2为检测绕组;l为环型铁芯的平均长度。
假设理想情况下:铁芯的材料是均匀的，环形铁芯面积s与环形尺寸相比很小;铁芯的磁化均匀，磁滞损耗为0; 磁化经坐标原点对称，如图4(a)所示。在激磁绕组w1中通以三角波恒流激磁电流时，i0w1使铁芯充分磁化饱和，绕组均无漏磁通影响。下面分几种情况来说明其直流系统接地故障的检测原理。
5.1 直流系统正常工作情况
直流系统正常工作时，i1=i2，此时直流电流对铁芯产生的磁场强度为h0，即
h0=(i1-i2)w/l=0 (1)
而激磁绕组w1在三角波恒流源激励下产生的磁场强度为正、负半周期对称的三角波。如图4(b)所示。当铁芯为理想状态时，i0w1足以使铁芯充分饱和，其中的磁通为等腰梯形波，如图4(c)所示。同时该磁通在检测绕组w2中产生的感生电动势为:
u2的波形为正、负相同，对称于时间轴的矩形脉冲，如图4(d)所示。
5.2直流系统接地故障，i1＞i2 情况
直流系统发生故障，i1＞i2时，铁芯中的直流磁通即漏电流造成的磁通不为0，即h0=(i1-i2)/l＞0。在此情况下，交流磁化不是由原点开始，而是由h0开始，反映在图4(b)中相当于时间轴上移h0，同时磁通的波形也不是对称于时间的等腰梯形波，而是正半周窄，负半周宽的梯形波，如图4(c)，相当于时间轴上移0。对于检测绕组w2的端电压u，则使其正脉冲列向左偏移，负脉冲列向右偏移，如图4(d)虚线。
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