變電站直流系統(tǒng)接地故障分析

張永生，胡旭東，王 偉，潘曉明，周陳斌

(蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215004)

變電站直流系統(tǒng)是變電站內所有繼電保護、自動化裝置、二次控制回路、斷路器分合閘機構、事故照明等設備的工作電源，并保證在交流失電狀態(tài)下不間斷的供電。由于變電站直流系統(tǒng)對變電站的安全可靠運行起著非常重要的作用，被稱為變電站的心臟。因此，直流系統(tǒng)發(fā)生故障將對變電站的安全運行產生重大影響。變電站直流系統(tǒng)主要由蓄電池組、充電機和直流饋線屏及饋線3部分組成。直流系統(tǒng)故障大多為直流系統(tǒng)內部一點接地。在發(fā)生故障后，應立即找出接地故障點，并盡快消除，否則可能產生嚴重后果。

1 直流系統(tǒng)接地的危害

變電站直流系統(tǒng)一般采用懸浮供電方式，電源正負極均不直接接地，這樣當直流電源某一極接地時一般不會立即發(fā)生短路現象。但由于DC/DC開關電源的大量應用，其EMI抗干擾措施使用了大量的電容，使得直流母線對地電容過大，即圖1中C+和C-較大。因此，若K2點發(fā)生接地故障，直流系統(tǒng)中的對地電容C+和C-有可能對出口繼電器TQ進行充放電，出現電流沖擊而造成保護裝置誤動。當繼電器內阻大、動作時間快、動作電壓低、電源負極對地電壓較高時，一點接地更容易造成保護裝置誤動。因此，發(fā)生直流系統(tǒng)一點接地故障時，必須防止發(fā)生兩點接地或保護裝置誤動。

如果直流系統(tǒng)已有一點接地時再發(fā)生另一點接地，則容易產生寄生回路，造成直流電源短路、保護裝置誤動或拒動，從而嚴重威脅電網的安全運行。如圖1所示，若K1和K2點同時接地，保護跳閘出口繼電器TQ將動作，從而造成保護誤動；若K1和K3點同時接地，則會造成電源短路；若K2和K3點同時接地，即使保護動作跳閘，但是TQ被K2和K3點短路，TQ無法動作，從而造成保護拒動。因此，直流系統(tǒng)均安裝了直流絕緣監(jiān)測裝置，在一點接地時裝置發(fā)出直流電源接地故障報警信號。工作人員在收到直流電源接地報警時必須及時處理接地故障，防止故障擴大。

2 直流系統(tǒng)接地原因分析

由于變電站直流系統(tǒng)分布范圍廣，各部分運行環(huán)境不同，所以引起直流系統(tǒng)接地的原因是多方面的，主要有以下幾個。

(1) 直流系統(tǒng)絕緣老化。經過多年運行，直流系統(tǒng)受灰塵、潮濕或各種腐蝕性氣體的腐蝕，某些元件的絕緣性能降低，從而發(fā)展為接地故障。

(2) 天氣的影響。雨、霧、雪等天氣可能造成直流系統(tǒng)受潮，某些電纜甚至會浸泡在水中，使某些部位的絕緣性能下降，造成接地故障。

(3) 工作人員操作不當。由于二次回路經常有各種施工，工作人員在施工過程中可能留下導線接頭、螺絲、墊圈等雜物，這些雜物容易造成直流系統(tǒng)金屬性接地。另外，檢修過程中檢修人員接錯電纜芯號、誤碰帶電部位等也易造成直流系統(tǒng)接地。

(4) 產品設計不合理。當直流系統(tǒng)中蓄電池電壓巡檢設備、絕緣監(jiān)察設備、端子箱、機構箱等設計不合理時，在受到震動、機械力等作用下容易造成直流系統(tǒng)接地。

3 直流系統(tǒng)接地排查方法

由于直流系統(tǒng)接地的原因復雜多樣，很難直接判斷是何處接地，因此必須根據運行現場的實際情況盡量縮小查找范圍，最終準確定位故障點。

直流系統(tǒng)接地故障排查的一般原則如下。

(1) 嚴禁故障擴大化。排查故障過程中，嚴禁二次回路有人工作，防止造成直流短路或另一點接地。

(2) 縮小故障查找范圍。在查找接地點范圍時，應先考慮室外因素，再考慮室內因素。在檢查回路時，應先檢查對安全影響較小的信號回路，再檢查對安全影響較大的控制回路。采用拉回路的方法檢查時，要先拉次要回路，再拉重要回路。

故障排查時一般采取如下步驟。

(1) 分析運行現場情況。故障排查時首先要考慮接地故障時設備的運行環(huán)境。如果故障時是陰雨天氣，主要考慮戶外裝置是否因受潮使絕緣降低造成接地；如果有人員在二次回路工作或有設備檢修試驗工作，應主要考慮是否是人為失誤造成接地。

(2) 查看絕緣監(jiān)察裝置報警信號。根據報警信號確定接地發(fā)生在哪一條母線上或哪一條饋線上。對于饋線接地，絕緣監(jiān)察裝置能夠準確判斷；對于蓄電池、直流母線、充電機3個部位，絕緣監(jiān)察裝置是無法檢測的。在沒有明確結論的情況下，可以將母線分段開關拉開或閉合退出一組蓄電池，以縮小接地故障的查找范圍，此時要注意監(jiān)視“直流母線接地”信號是否消失，同時測量該段直流母線對地電壓。

(3) 瞬時停電查找接地點。如果使用上述2種方法都不能找到接地點時，就只能采取瞬時停電的方法。其原則是先停與繼電保護無關、不影響電網跳閘的設備，再停繼電保護設備。根據現場經驗，一般順序為：停役電源、試驗電源、備用電源、事故照明電源、繼電保護信號電源、中央信號電源、繼電保護設備電源等。

4 案例分析

2011年8月，蘇州某220 kV變電站發(fā)生直流接地故障。由于故障當日曾下雨，所以初步判斷故障是由于戶外裝置受潮使絕緣降低造成的。查看絕緣監(jiān)察裝置，報告顯示：110 kV測控環(huán)路電源正極對地電壓為10 V，正極對地電阻為0，負極對地電阻為99 kΩ。這說明110 kV測控環(huán)路電源正極接地故障。由于該站絕緣監(jiān)察裝置未安裝支路檢測互感器，故不能確定是哪條110 kV測控電源發(fā)生接地故障。

因此，只能采用瞬時停電法查找具體接地點。當斷開17A9線遙信電源后，測量得直流正極對地電壓為105 V，負極對地電壓為115 V，電壓恢復正常，同時直流接地報警信號消失，這說明是17A9線測控電源正極接地。打開17A9線路間隔戶外端子箱發(fā)現，其線路側接地刀閘機構箱進水。于是將該接地刀閘直流電源線拆除，恢復17A9線路間隔直流電源，不再有直流接地現象。這樣就確定了17A9線線路側接地刀閘端子箱受潮造成直流接地。隨后，將該端子箱內部端子及導線烘干后恢復送電，一切恢復正常。

5 結束語

變電站直流系統(tǒng)接地故障嚴重影響變電站的正常運行，但在了解直流系統(tǒng)接地主要原因的基礎上，按照一定得查找原則及方法，可以縮小故障點的查找范圍，快速而準確地找到故障點。

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