淺析一起變電站直流系統環網故障的查找和處理

龔 成

（廣東電網有限責任公司陽江供電局，廣東陽江529500）

0 引言

直流電源系統是電網核心設備之一，關系到電網控制、保護、測量等系統的正常運行，隨著電網運行自動化水平的不斷提高，直流電源系統的重要性日益凸顯。因直流接地引起保護出口繼電器誤動或拒動的案例屢有發生，后果十分嚴重，因此直流接地故障的缺陷等級被定為緊急缺陷，這足以反映直流接地后對電力系統的影響。因此直流系統一旦發生接地故障，快速正確地查找到接地點并及時處理，是保證電力系統安全運行的關鍵。

1 直流接地現象

1.1 變電站內直流系統的基本配置

某110 kV變電站采用雙充雙蓄的直流供電方式，負荷大致平均分配給兩套直流系統。直流系統規范嚴格規定兩套直流系統須獨立運行，正常運行狀態下，負載的兩路電源只能投一路，兩路都投則造成環網。該站直流電壓為220 V，絕緣監測裝置中絕緣電阻整定為25 kΩ（變電站直流電源系統技術規范），當本段母線或支路絕緣電阻低于25 kΩ時，裝置會發出聲光報警信號，調度監控及站端后臺能監測到相應的信號。

1.2 直流接地時現場狀態

該站兩段直流母線同時報直流接地信號，現場情況如下：（1）#1、#2直流系統分列運行，#1報正母接地，#2報負母接地，并持續發出聲光告警信號；（2）#1直流系統絕緣監測裝置顯示系統對地電壓為V+：7 V、V-：217 V，正對地絕緣電阻為11.5 kΩ，負對地絕緣電阻為999 kΩ；#2直流系統絕緣監測裝置顯示系統對地電壓為V+：215 V、V-：8 V，正對地絕緣電阻為999 kΩ，負對地絕緣電阻為11.3 kΩ，均滿足直流接地告警條件；（3）站端后臺報#1、#2直流系統母線接地告警信號。

2 直流接地分析及判斷

從告警信息判斷，#1直流母線正極接地，#2直流母線負極接地。現場天氣晴朗、干燥，排除由于下雨或潮濕引起二次回路接地。站內除運行人員將直流系統轉分列運行外，沒開展其他工作，排除人為因素造成直流接地。直流系統轉為分列運行后，兩套絕緣監測裝置顯示接地時間相差2 s，并發出告警信號，判斷兩段直流母線同時接地。為進一步分析兩段直流母線直流接地情況，工作人員進行了以下操作：（1）萬用表測量兩段直流母線對地電壓，同裝置顯示值基本一致。（2）檢查兩套絕緣監測裝置未選出直流接地的支路。（3）兩段直流母線充電機處于浮充狀態，兩組充電機輸出負荷電流為15 A左右，與正常運行時相差不大。（4）斷開兩組直流系統之間的聯絡開關及環網空開，在安全情況下，調高#1直流系統充電機輸出電壓，若#2直流系統電壓隨之升高，出現充電機輸出電流降低，判斷存在兩極環網故障。若#1直流系統正極電壓升高，負極電壓基本不變，正極環網；反之，負極電壓升高，正極電壓基本不變，負極環網[1]。（5）將兩段直流母線轉為并列運行，直流接地告警信號消失，正負對地電壓恢復正常，絕緣電阻值均大于25 kΩ，測量兩段直流母線對地電壓與裝置顯示值基本一致。（6）將兩段直流母線轉為分列運行，#1報正極接地，#2報負極接地。

此次直流接地為異極直流接地故障。

3 直流環網故障查找

異極直流接地分為兩種：Ⅰ段直流正極與Ⅱ段直流負極或Ⅰ段直流負極與Ⅱ段直流正極通過電阻、線圈等連接環網接地。本次異極直流接地故障按告警信息判斷為Ⅰ段直流正極與Ⅱ段直流負極通過電阻、線圈等連接的環網。

異極直流接地故障出現有兩方面原因：（1）間隔保護內部線圈、指示燈的正負極來自于分開的兩段直流電源,若共用一組蓄電池，線圈和指示燈正常工作，若新增設一組蓄電池，利用兩組蓄電池充當電源，則會導致線圈與指示燈無法運行的問題；（2）一些變電站配置雙蓄電池組，某個間隔二次回路改造，容易造成保護狀態下線圈或指示燈的正負極來自不同的電源組，造成直流系統環網[2]。

運行人員確認最近未進行過二次回路方面的改造，直流系統操作之前巡視各間隔，指示燈等均處于正常狀態。若兩段直流之間存在正常時勵磁的線圈或亮燈的信號指示燈，因線圈或指示燈電壓太低，出現線圈失磁或信號指示燈亮度不夠的現象，可根據此現象查找缺陷。

工作人員對各間隔重新檢查，#5電容器組5C5開關分閘指示燈亮度不夠，控制電源、儲能電源及裝置電源處于合位，測量各空開上下端對地電壓發現控制電源的正極對地電壓與#1直流系統正極對地電壓相同，儲能電源負極對地電壓與#2直流系統負極對地電壓相同，5C5開關儲能電源來自#1直流系統#1饋線屏12QF23空開及#2直流系統#2饋線屏22QF23空開，12QF23空開合位，22QF23空開斷開；控制電源來自#2直流系統#2饋線屏22QF24空開，處于合位。根據圖紙及現場接線檢查發現，之前處理5C5電容器分合閘指示燈故障時，工作人員誤將儲能電源正極當作控制電源正極，通過分位、合位指示燈及開關輔助接點接到控制電源負極，通過分位指示燈（電阻約13 kΩ）形成直流環網。5C5開關正處于分位，斷開其儲能及控制電源空開，直流接地告警未消失，依照同樣的方法檢查，發現5C6開關分合位指示燈的接線方式同5C5一樣，兩者為同一時間段處理的缺陷，工作人員用相同接線方式接線，直流環網有兩處。斷開5C6開關儲能及控制電源空開，兩套直流系統直流接地告警消失，接地電阻和母線電壓恢復正常。

4 直流環網故障處理

工作人員根據現場情況，拆除5C5、5C6開關分合閘指示燈正極電源，從控制電源正極處接線，該站直流環網接地故障處理完畢。

查找處理直流環網接地故障的方法還有回路查找法、拉路法、便攜式儀器查找法等。

回路查找法：對可能產生環網的直流支路核對標識及圖紙回路走向，找出引起兩段直流環網的二次回路，拉開電源后，通過通路法和搖測絕緣可找出環網點。該方法要求工作人員有較強的回路查找能力及經驗，較難快速查找故障。

拉路法：根據負荷的重要性，依次短時拉開直流負荷各回路。當切除某一回路時環網故障消失，說明故障在該回路內。繼續運用拉路法，進一步確定故障在此回路的哪一支路中。該方法比較直接，但存在直流回路標識不清晰而誤拉空開，造成保護或測控裝置失電的風險。

此次環網接地故障是依據前人的經驗處理，通過指示燈的強弱確定環網間隔，有一定的取巧。通常情況下，我們借助便攜式直流系統接地故障定位裝置判斷接地故障，該裝置由信號發生器和故障檢測器兩部分組成，信號發生器在直流母線電源端向直流系統注入適宜系統檢測且對系統無影響的直流檢測信號，故障檢測器可在直流負荷端各回路檢測對地的直流信號漏電流，自動檢測接地故障支路，對220 V直流系統可檢測0～70 kΩ的直流接地電阻[3]。

5 總結與思考

近年來，隨著兩組蓄電池分別獨立供電的運行方式出現，直流環網問題屢見不鮮。在老舊變電站，110 kV及以上間隔直流系統由于設計和施工不規范，存在環網供電方式，加上遙信電源與測控電源回路均采用環網供電的方式，因此環網故障普遍存在。表面上環網供電提高了可靠性，降低了設計成本，但是運行時間一長，容易產生問題，給絕緣監測和查找接地或環網造成極大的困難，容易造成回路迂回，不利于查找故障點。因此加強對老舊變電站不規范直流系統的改造，保證直流回路的完整清晰，對于查找直流接地或環網，效果特別明顯。

[1]馮振宇，李傳文.論直流系統環網故障判斷及查找技術[J].科技創新導報，2013（12）：47-48.

[2]潘祖鴻，朱海松，趙良濤.變電站直流系統環網問題分析與對策探究[J].山東工業技術，2014（17）：125.

[3]李崢，張恭政.VRLA蓄電池容量落后原因分析[J].蓄電池，2002（2）：58-59.