變電站直流系統接地故障淺析

武瓊 牛禹

摘 要：直流系統對于變電站安全可靠運行具有重要意義，文章分析了直流系統接地的原因，提出了三種常用的變電站查找直接接地故障的方法以及它們的適用性。通過一次變電站雨后直流系統接地故障的處理，介紹了一種環網直流系統故障的排查方法。

關鍵詞：變電站；直流系統；直流接地

中圖分類號：TM645.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0084-02

變電站直流系統為變電站內的控制回路、信號回路、保護及自動裝置等提供可靠的電源，關系著保護、自動化裝置能否正確動作，是確保變電站安全可靠運行的重要組成部分。直流系統主要是由蓄電池組、浮充電裝置、電源監測裝置及各支路電源組成，正常情況下，直流系統正負極均是對地絕緣的，當直流系統絕緣破壞，發生一點接地時，一般并不影響直流系統運行，但當兩點及以上接地時，就可能造成保護裝置誤動、拒動、直流電源短路、熔斷器熔斷等不良后果。

因此，當變電站內直流系統出現接地故障時，應及時消除，維護變電站的安全穩定運行。

1 直流系統接地原因

由于變電站內直流系統分布廣、線路長、所帶負荷多，因此容易收到各類環境因素如高溫、潮濕、灰塵的影響，導致絕緣下降或破壞；此外直流系統環路供電方式以及寄生回路的存在也會影響絕緣監測裝置的正確判斷。直流系統接地的原因可以歸納為以下五個方面。

1.1 環境影響

在大雨、雪、冰雹、霾等惡劣氣候條件下，直流二次設備將會受到影響，特別是戶外端子箱和機構箱，若封閉不嚴或機構箱破損，可能造成端子排受損甚至纜溝進水等，造成直流系統絕緣下降。部分二次設備的絕緣材料由于投運時間過久，產生絕緣老化現象，本身絕緣達不到當初的設計要求，也易引發直流系統接地故障，特別是變電站投運時間越久，可能性越大。

1.2 設備維護不當

由于電氣設備及其二次回路安裝、維護、運行不當，造成電纜接頭松動、斷線或人為誤碰，可能造成直流接地；小動物誤入帶電設備，抓咬電纜外皮會造成電纜破損和絕緣破壞；開關柜內端子若不定期清掃，造成灰塵積累，在潮濕環境下或有金屬片、螺絲等物體掉落，都可能造成直流系統接地。

1.3 交流電混入直流回路

交流電及電壓互感器二次回路電壓源，由于誤接線、絕緣下降等原因竄入直流系統，造成直流系統接地。

1.4 環路供電

環路供電也是造成直流接地的一種原因，環路供電是直流系統在負荷側兩路進線電源未隔離或通過二極管隔離的方式，使兩段直流母線仍存在電氣上的聯系，一段母線接地可能引起另一段母線接地，使故障分析更加復雜。

1.5 寄生回路

直流寄生回路也是檢修中時常出現的情況，它使兩個直流系統通過寄生回路產生了電的聯系，造成“假接地”現象。這種情況有偶然性，只要消除寄生回路，就可以避免再次發生。

2 直流系統接地故障查找方法

2.1 概率法

概率法是一種傳統的較為實用的方法，根據直流系統接地時特定的環境或現場實際，尋找最有可能接地的位置。

如前文所述直流接地的原因，若故障發生時氣候條件惡劣，如出現雨、雪、冰等，首先檢查室外機構箱、端子箱、刀閘輔助切換裝置、瓦斯繼電器，這些部分有可能封閉不嚴或沒有除濕系統造成絕緣破壞。

若考慮季節因素，春初、秋末是小動物活動頻繁時期，應檢查開關柜、機構箱是否做好封堵；若現場有施工情況，應首先排查是否由于施工不當造成；若發生接地故障時期二次設備有異常現象，應首先檢查是否存在二次設備損壞。這種方法依靠運行和檢修人員的工作經驗，最具時效性，但當故障較為復雜或非外力等直接原因引起時，就無法僅憑這種簡單的概率推算法進行判斷了。

2.2 拉路法

拉路法也稱“瞬時停電法”，是查找直流接地最直觀的方法，是通過依次斷開運行的直流回路空氣開關，當其中某條線路空開斷開后直流接地告警返回，就說明接地點就在該線路上。拉路法應該注意：每次斷開時間不得超過3 s，無論是否接地均應馬上合上，若斷開的是保護或自動裝置的電源，應采取防止該類設備誤動的安全措施，如向調控中心申請退出保護和自動裝置等。拉路的順序為：先室外設備后室內設備；先信號、照明回路后操作、控制回路；先查新投運設備后查運行設備。當確定接地發生在哪條支路上后，應將該支路的環網解開，通過拆端子及取下保險的方式來判斷和尋找接地點。

若拉路法無法找出接地點，可能是由于以下幾種情況：

①直流系統存在環路供電的方式，拉路前沒有解列或斷開環路。

②接地點在直流母線、蓄電池組或充電機上。

③交流竄入直流回路。

④存在直流寄生回路。

⑤存在多點接地。

2.3 絕緣監測裝置和便攜式直流接地定位裝置

以上兩種方法是傳統的直流接地查找方法，但現在110 kV及以上線路不允許無主保護運行，因此變電站的保護和控制電源不能隨便拉合，這就對直流接地查找提出了新要求。絕緣監測裝置和便攜式直流接地定位裝置可以在不停電的情況下查找接地故障。

絕緣監測裝置采用了平衡電橋法或注入電流法，如深圳奧特迅公司生產的WJY-3000微機絕緣監測儀，該裝置采用了直流有源CT，通過對母線電壓在線監測，當電壓低于設定定值，將會啟動支路巡檢功能。

支路巡檢儀采用直流有源CT檢測，每個支路內含CPU，直接在各支路實現了信號轉換并上傳至絕緣監測儀主機。WJY-3000的支路CT接線如圖1所示。

該裝置可以實現對所有支路的同時檢測，精度高、速斷快、抗干擾能力強，缺點是在復雜電網中容易變到環網和分布電容的影響，并且只能確定是哪條主母線上的支路故障，對于下一級支路故障無法做出判斷。

便攜式直流接地定位裝置可以顯示接地故障的程度和方向，并進行追蹤定位。

一般由信號發生器、檢測器和鉗表組成。信號發生器自動分析正負極和地電壓、接地極性、接地電阻，判斷是否發生接地。若發生正接地就會在正極和地之間加一個弱電流；若是負接地則會在負極和地之間加一個弱電流。檢測器通過鉗表，逐步測量每個回路對地的直流電源漏電流，并顯示接地故障方向逐級查找，直到準確定位故障點。便攜式直流接地定位裝置可以檢測兩點、多點、正負極同時接地的故障。

3 實例分析

2013年6月暴雨后，天津咸水沽鎮南八里臺110 kV變電站監控報直流接地故障，故障內容為“#1直流系統接地故障”、“#2直流系統接地故障”，+KM電壓降為10 V，-KM電壓升至110 V，檢查后確認是#1直流系統的接地故障。

由于該站配置有WJY-3000絕緣監測裝置，但通過“支路檢查”功能，均無法返回接地選線的結果，同時便攜式直流接地定位裝置也無法實現定位。

經反復排查，發現是由于某幾條10 kV間隔的線路采用了環路供電的方式，也就是從#1和#2直流電源來的兩個空開都合上了，將其中一路直流電源拉開后，再通過絕緣監測儀定位出故障支路為10 kV電容器。

由于本次故障發生在大雨之后，極有可能是開關柜進水造成，所以從10 kV電容器開關柜處開始查找故障，逐個拉開各個直流回路，測量直流電壓，當打開某條回路后直流電壓恢復正常110 kV，說明故障就在此處，最后經過核查電纜，發現該電容器接地刀閘的操作機構箱已嚴重進水，造成了電纜控制回路的正接地。

4 結 語

變電站直流系統結構日益復雜，增加了查找直流系統接地故障的困難性，此外由于110 kV及以上變電站不能失去主保護，因此，除了傳統故障查找方法以外，應根據現場實際情況，綜合采用絕緣監測儀、便攜式直流接地定位裝置配合拉路法，提高故障處理效率，維護變電站安全可靠運行。

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