淺析變電站直流系統(tǒng)接地故障

張明友

（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司南寧局，廣西 南寧 530021）

變電站直流系統(tǒng)主要由蓄電池組、充電機(jī)、直流主屏、饋線屏、母線電壓與絕緣監(jiān)視裝置及微機(jī)直流監(jiān)控裝置等組成，為保護(hù)、自動(dòng)裝置、測(cè)控裝置、操作回路、事故照明等裝置提供工作電源，其可靠性直接影響變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，通常是可以繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)造成什么危害的。 但若發(fā)生另一點(diǎn)接地時(shí)，就可能會(huì)引起保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置以及操作回路發(fā)生誤動(dòng)或者拒動(dòng)、直流電源短路、熔斷器熔斷等嚴(yán)重后果。因此，直流接地現(xiàn)象出現(xiàn)后，必須及時(shí)消除接地故障，確保變電站直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 變電站出現(xiàn)直流接地現(xiàn)象的原因

變電站直流系統(tǒng)分布范圍廣，電纜多且長(zhǎng)，很容易受到人為、天氣、外部等眾多因素的影響，導(dǎo)致某些元件絕緣降低甚至損毀，進(jìn)而導(dǎo)致直流系統(tǒng)接地。引發(fā)直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障的原因歸納起來大致有以下四個(gè)：

（1）氣候條件。 戶外二次回路設(shè)備在大雨、潮濕、重污等惡劣氣候中運(yùn)行， 戶外設(shè)備或端子絕緣嚴(yán)重下降， 易誘發(fā)直流接地。 如在大雨、大霧天氣，雨水或霧氣進(jìn)入未密封嚴(yán)實(shí)的戶外端子箱或機(jī)構(gòu)箱，使二次回路正電源或負(fù)電源對(duì)地絕緣電阻降低，容易引起接地。

（2）材料問題。 部分二次設(shè)備絕緣材料不達(dá)標(biāo)容易出現(xiàn)絕緣問題，或者投入運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)了，年久失修產(chǎn)生絕緣老化問題，這些都極易引發(fā)接地現(xiàn)象。

（3）設(shè)計(jì)施工。 電氣設(shè)備及二次回路由于設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)、運(yùn)行不合理，造成直流回路中出現(xiàn)裸線、電纜線頭松動(dòng)脫落等，引起接地。 如：二次回路電源端接頭不牢固或斷線，設(shè)備受到震動(dòng)或人為誤碰的影響， 造成直流接地故障； 備用電纜芯沒有包好、 墊片或螺桿掉在空開上同時(shí)接觸到柜體和任一極時(shí)易引起接地； 直流與接地設(shè)備之間的絕緣間距由于設(shè)計(jì)失誤或者在安裝時(shí)留出的距離過短， 存在間隙擊穿的可能， 從而造成直流接地。

（4）日常維護(hù)。 灰塵沉淀、潮濕時(shí)，如果某些接線端子有灰塵，在空氣濕度較大的情況下，絕緣性會(huì)降低；小金屬片掉落在元件上或小動(dòng)物進(jìn)入直流帶電設(shè)備都有可能會(huì)造成直流接地，例如某些接線頭、墊圈、螺絲等小零件掉在帶電回路上或壁虎、老鼠等進(jìn)入帶電回路。

2 變電站直流系統(tǒng)接地的種類

變電站直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)雜， 根據(jù)不同的分類方法，可分為不同的接地情況，比如按極性分為正極和負(fù)極接地；按種類分為直接接地（即金屬接地或全接地）和間接接地（即非金屬接地或半接地）；按接地情況分為單點(diǎn)、兩點(diǎn)、多點(diǎn)、環(huán)路接地和絕緣接地。 具體的直流接地故障有下面七類：

（1）電纜接地：直流系統(tǒng)回路電纜因老化、損壞等原因接地，包含未拆除的備用電纜芯。

（2）元件接地：直流系統(tǒng)電氣設(shè)備元件接地，主要有多個(gè)繼電器絕緣降低、壓力表進(jìn)水、抗干擾電容盒接地等情況。

（3）蓄電池接地：產(chǎn)生的原因是蓄電池長(zhǎng)期過充電、過溫，導(dǎo)致殼體膨脹裂開；殼體老化；蓄電池底部微小顆粒在應(yīng)力的作用下，將蓄電池底部殼體頂壞。

（4）交流竄電接地：交流電源與電壓互感器二次回路電壓源，由于絕緣下降、誤碰、誤接等原因，串入直流系統(tǒng)，造成直流系統(tǒng)接地。

（5）直流互竄接地：直流互竄接地為直流環(huán)網(wǎng)故障接地，即兩套獨(dú)立運(yùn)行的直流系統(tǒng)，出現(xiàn)電氣連接現(xiàn)象并接地，稱之為環(huán)網(wǎng)接地。

（6）絕緣監(jiān)測(cè)裝置接地：因絕緣監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部故障，如一側(cè)平衡橋斷開、正負(fù)極平衡橋全部斷開、平衡橋電阻偏大、切換橋電阻偏小等原因造成絕緣監(jiān)測(cè)裝置接地。

（7）人員因素接地：如錯(cuò)用萬用表檔位測(cè)量壓板電位引起的接地。

3 直流系統(tǒng)接地的危害

變電站直流系統(tǒng)正極接地可能會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)，而負(fù)極接地則可能造成保護(hù)拒動(dòng)或繼電器被燒壞。 直流系統(tǒng)在發(fā)生一點(diǎn)接地的情況下雖可繼續(xù)運(yùn)行，但必須及時(shí)處理。 不然的話，倘若發(fā)生另一點(diǎn)接地，則可能引起接地短路，造成保護(hù)自動(dòng)裝置、控制回路、開關(guān)等設(shè)備的誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)造成保險(xiǎn)熔斷，使得整個(gè)保護(hù)自動(dòng)裝置、控制回路、開關(guān)等設(shè)備失去電源，開關(guān)誤跳閘或拒動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備損壞、事故范圍擴(kuò)大，威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 變電站直流系統(tǒng)接地故障示意圖

以上圖為例來簡(jiǎn)要說明直流接地的危害：當(dāng)直流系統(tǒng)正極A 點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)，若此刻B 點(diǎn)或C 點(diǎn)也發(fā)生接地，就會(huì)使保護(hù)誤動(dòng)作而造成斷路器跳閘；當(dāng)直流系統(tǒng)負(fù)極D 點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)，若此刻C 點(diǎn)或E 點(diǎn)也發(fā)生接地，將會(huì)使繼電器或跳閘線圈短路，造成保護(hù)拒動(dòng)；當(dāng)直流系統(tǒng)A 點(diǎn)、D 點(diǎn)同時(shí)接地時(shí)，正負(fù)電可通過大地形成回路，可能造成保險(xiǎn)熔斷從而使直流回路失去保護(hù)、操作電源。

4 直流系統(tǒng)接地故障的查找與處理

直流接地故障查找可分為接地告警、接地選線及接地定位三部分。接地告警是直流系統(tǒng)最基本的功能，能夠快速準(zhǔn)確地反映各類接地故障；接地選線可減少故障的處理時(shí)間；接地定位是直流接地故障查找的最終目標(biāo)。 目前變電站一般均配備有絕緣監(jiān)測(cè)裝置及接地選線裝置，可以進(jìn)行直流接地的報(bào)警及選線，而接地定位一般用便攜式接地檢測(cè)設(shè)備。 直流系統(tǒng)接地故障出現(xiàn)后，變電站值班人員應(yīng)快速找出接地點(diǎn)，消除故障并恢復(fù)直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.1 利用絕緣監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行判斷

直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置現(xiàn)在得到了普遍的運(yùn)用，其正常工作時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視，并數(shù)字化地顯示出直流系統(tǒng)的母線工作電壓、對(duì)地絕緣狀況等信息。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)報(bào)警并產(chǎn)生低頻直流信號(hào)， 對(duì)每條直流回路所采集的信號(hào)進(jìn)行分析，判斷出故障線路及接地電阻值，自動(dòng)完成查找接地支路的選線功能。 最后通過便攜式接地檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行接地定位，查找出接地故障點(diǎn)。 絕緣監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)點(diǎn)是可以在不切斷直流系統(tǒng)負(fù)荷的情況下進(jìn)行故障查找， 因此提高了變電站直流系統(tǒng)供電的可靠性。

4.2 利用拉路法進(jìn)行判斷

對(duì)于未安裝多路絕緣監(jiān)測(cè)裝置的直流系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)接地故障后，可通過“拉路”來確定故障接地點(diǎn)。 拉路法是指逐一、分別斷開直流系統(tǒng)中各直流回路開關(guān)來確定故障接地點(diǎn)的方法。 當(dāng)斷開某一直流開關(guān)時(shí)，若故障消失，說明故障在該直流饋線回路中，繼續(xù)運(yùn)用拉路法往下查找，則可進(jìn)一步確定故障點(diǎn)在哪一支路當(dāng)中。具體的查找原則可以歸結(jié)為：先戶外設(shè)備，后室內(nèi)設(shè)備；先信號(hào)、照明回路，后控制、操作回路；先查找有明顯缺陷的回路，后查找正常運(yùn)行的回路；先查找新投運(yùn)或備用設(shè)備，后查找運(yùn)行設(shè)備。 在斷開運(yùn)行的直流回路空開后，應(yīng)立即檢查告警信號(hào)情況， 斷開時(shí)間不得超過3 秒， 不論直流回路是否接地均應(yīng)合上。 若斷開的直流回路為保護(hù)、自動(dòng)裝置的電源回路，則有可能使保護(hù)、自動(dòng)裝置因失電而誤動(dòng)，所以在斷開該類設(shè)備的直流電源前應(yīng)當(dāng)采取必要的安全措施， 如斷開電源前向調(diào)度員申請(qǐng)退出保護(hù)、自動(dòng)裝置等。 若用“拉路法”不能找出接地點(diǎn)，可能是出現(xiàn)了下面幾種情況：（1）接地點(diǎn)可能在直流母線、充電機(jī)或蓄電池組上；（2）直流系統(tǒng)采用并聯(lián)或環(huán)路供電方式，而在拉路之前沒有解列或斷開環(huán)路；（3）直流系統(tǒng)存在多點(diǎn)接地的可能；（4）直流回路互竄接地或有寄生回路。

4.3 對(duì)非金屬性接地或者非持續(xù)性接地的檢查

非金屬性接地或者非持續(xù)性接地是直流接地故障中非常難查找的一種情況。 這類故障出現(xiàn)頻繁、持續(xù)時(shí)間短且裝置難以監(jiān)測(cè)， 運(yùn)維人員必須密切監(jiān)視并記錄告警信號(hào)出現(xiàn)時(shí)的異常狀況，通過記錄下來的異常信號(hào)來分析整個(gè)直流回路圖。 因此，對(duì)于該類故障的查找，最好由有豐富經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)維人員主持，其他人員從旁協(xié)作。

5 結(jié)語

直流系統(tǒng)對(duì)于變電站的安全運(yùn)行極為重要，直流接地故障作為變電站里常見的故障， 必定會(huì)對(duì)變電站的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。 因此正確掌握直流系統(tǒng)接地故障的查找方法尤為重要，系統(tǒng)全面地了解直流系統(tǒng)接地故障形成的原因、種類、危害等相關(guān)知識(shí)是非常必要的。 作為運(yùn)維人員， 應(yīng)不斷提高對(duì)直流系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，總結(jié)過去排查各類直流接地故障的經(jīng)驗(yàn)，正確有效地掌握查找方法，確保設(shè)備健康運(yùn)行，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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