變電站直流接地故障分析與對(duì)策

汪博燁

【摘 ?要】直流系統(tǒng)相當(dāng)于變電站整個(gè)二次系統(tǒng)的心臟，為二次系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供動(dòng)力。直流系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些故障，最具代表性的就是接地故障。由于直流系統(tǒng)接地對(duì)電力系統(tǒng)的危險(xiǎn)性大，國(guó)家、電力行業(yè)及企業(yè)在安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益等方面要求越來(lái)越高，當(dāng)發(fā)生接地后，利用本文提到的分析及查找方法，符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，能快速查找故障點(diǎn)，以避免故障擴(kuò)大。

【關(guān)鍵詞】變電站;直流接地;故障分析;對(duì)策;

1 電路基本情況

如圖1，是220V 直流系統(tǒng)及其負(fù)荷圖。圖中所示d1、d2、d3為三個(gè)不同的接地故障點(diǎn)（本文分析金屬性接地）。該電路圖，電源為直流電源220V，有四路負(fù)荷，分別是負(fù)荷1、負(fù)荷2、負(fù)荷3、負(fù)荷4，每路負(fù)荷帶一組開(kāi)關(guān)，負(fù)荷1 至負(fù)荷4 分別由開(kāi)關(guān)K1K1 '、K2K2 '、K3K3 '、K4K4 '控制。

2 各接地故障點(diǎn)分析

（1）當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生d1點(diǎn)故障短路時(shí)，電源正極接地故障。按照電路基礎(chǔ)知識(shí)，我們知道：正極接地，則該電路正極電壓U+ = 0V，由于負(fù)極未接地，U-= 0-220 = -220V。根據(jù)直流電路分析，在負(fù)荷1 至負(fù)荷4 的兩端，仍然為220V 電壓，各負(fù)荷供電電壓正常，由于電路接通，所以，電路不受影響。

（2）當(dāng)電路發(fā)生d2點(diǎn)故障短路時(shí)，電源負(fù)極接地故障。按照電路基礎(chǔ)知識(shí)，我們知道：負(fù)極接地，則該電路負(fù)極電壓U-= 0V，由于正極未接地，U+ = 220-0 = 220V。根據(jù)電路基礎(chǔ)知識(shí)，在負(fù)荷1 至負(fù)荷4 的兩端，仍然為220V 電壓，各負(fù)荷供電電壓正常，由于電路接通，所以，電路不受影響。

（3）同理，當(dāng)電路發(fā)生d3點(diǎn)故障短路時(shí)，與d1點(diǎn)一致，電路運(yùn)行不受影響。

（4）當(dāng)電路同時(shí)發(fā)生d1點(diǎn)、d2點(diǎn)短路故障時(shí)，如圖2 所示。

此時(shí)，由于d1點(diǎn)、d2點(diǎn)均接地，相當(dāng)于在兩個(gè)接地點(diǎn)間短接。根據(jù)歐姆定理，電壓220V、電阻為零，電流無(wú)窮大，電源開(kāi)關(guān)跳閘、熔斷器熔斷，如開(kāi)關(guān)跳閘及熔斷器熔斷失敗，燒損電源及電纜絕緣等，非常危險(xiǎn)。而該回路中的負(fù)荷1 至負(fù)荷4，由于兩側(cè)電壓均為零，沒(méi)有電流流過(guò)。

（5）當(dāng)電路同時(shí)發(fā)生d1點(diǎn)、d3點(diǎn)故障短路時(shí)，由于兩故障點(diǎn)均在正極，與d1點(diǎn)或d3點(diǎn)發(fā)生單點(diǎn)故障一致，在負(fù)荷1 至負(fù)荷4 的兩端，仍然為220V 電壓，各負(fù)荷供電電壓正常，由于電路接通，所以，電路不受影響。

3 接地危害

經(jīng)過(guò)以上對(duì)各接地點(diǎn)分析，當(dāng)直流電源發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，電路供電不受影響，但由于發(fā)生正負(fù)極兩點(diǎn)短路，導(dǎo)致燒損電源及其電路絕緣，為避免發(fā)生事故風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)立即斷開(kāi)故障負(fù)荷。如本電源回路中，當(dāng)發(fā)生d1點(diǎn)或d2點(diǎn)或d3點(diǎn)單點(diǎn)接地故障時(shí)，應(yīng)盡快地想辦法對(duì)應(yīng)斷開(kāi)K1K1 '、K2K2 '和K4K4 '，避免發(fā)生d1點(diǎn)、d2點(diǎn)同時(shí)接地短路或d2點(diǎn)、d3點(diǎn)同時(shí)接地短路故障。由此，當(dāng)發(fā)生同極性的兩點(diǎn)短路，短路的兩點(diǎn)直接短接了該回路的繼電器節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。當(dāng)發(fā)生正負(fù)極兩點(diǎn)短路，除導(dǎo)致電源熔斷器熔斷外，還會(huì)導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。所以，直流系統(tǒng)運(yùn)行種，必須避免發(fā)生兩點(diǎn)接地故障。另外，一點(diǎn)接地時(shí)再發(fā)生另一極接地時(shí)影響保護(hù)等裝置，所以一點(diǎn)接地時(shí)需立即處理。

4 故障實(shí)例

案例：二次接線端子受潮或進(jìn)水引起的直流接地故障。

XX年XX月XX日，持續(xù)多日暴雨，110 kV某站后臺(tái)監(jiān)控報(bào)出#1直流系統(tǒng)接地告警信號(hào)，運(yùn)行人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，檢查#1直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置顯示負(fù)極對(duì)地絕緣僅為35.6 kΩ，負(fù)母對(duì)地電壓為-38.1 V，其中報(bào)出041支路絕緣為12.8 kΩ。繼保人員到站辦理工作票后開(kāi)展缺陷排查，排查步驟如下：

（1）在#1直流饋線屏：斷開(kāi)041支路空開(kāi)（110 kV GIS本體信號(hào)電源），直流接地信號(hào)復(fù)歸。

（2）在110 kV GIS設(shè)備區(qū)：逐個(gè)斷開(kāi)各間隔匯控柜內(nèi)本體信號(hào)電源空開(kāi)，當(dāng)斷開(kāi)110 kV xx線本體信號(hào)電源空開(kāi)時(shí)，直流接地消失，電壓恢復(fù)正常。

（3）在110 kV xx線匯控柜：逐條解開(kāi)本體信號(hào)線，當(dāng)解開(kāi)707-19電纜芯（至出線套管氣室密度繼電器）時(shí)，直流接地消失，電壓恢復(fù)正常，用絕緣搖表測(cè)試該電纜芯對(duì)地絕緣為10.7 kΩ，懷疑出線套管氣室密度繼電器二次接線端子進(jìn)水受潮導(dǎo)致絕緣降低。

（4）由于線路運(yùn)行，出線套管氣室密度繼電器與線路出線距離比較近，考慮安全因素，臨時(shí)在匯控柜將該信號(hào)接線解開(kāi)，待線路停電再作處理。

5 直流接地故障對(duì)策

（1）根據(jù)直流系統(tǒng)接地報(bào)警，關(guān)鍵是盡快查出接地性質(zhì)與接地支路。正常運(yùn)行時(shí)，正極對(duì)地電壓為110V，負(fù)極對(duì)地電壓為-110V。當(dāng)發(fā)生單點(diǎn)非金屬性接地時(shí)，相應(yīng)正極或負(fù)極對(duì)地電壓降減少，另一負(fù)極或正極對(duì)地電壓升高，例如：當(dāng)正極對(duì)地發(fā)生單點(diǎn)非金屬性接地時(shí)，則U+ ﹤ 110V、U-﹥ 110V，據(jù)此，判斷故障性質(zhì)為正極單點(diǎn)接地。當(dāng)發(fā)生單點(diǎn)金屬性接地時(shí)，相應(yīng)正極或負(fù)極對(duì)地電壓為零，另一負(fù)極或正極對(duì)地電壓為220V，例如：當(dāng)正極對(duì)地發(fā)生單點(diǎn)金屬性接地時(shí)，則U+ = 0V、U-=-220V，據(jù)此，判斷故障性質(zhì)為正極單點(diǎn)接地。

（2）通過(guò)拉合開(kāi)關(guān)，判斷接地支路，也稱“拉路法”。就是停掉該回路的直流電源，停電時(shí)間應(yīng)小于3 秒，一般先從信號(hào)回路、照明回路，再操作回路、保護(hù)回路等。逐項(xiàng)拉合支路開(kāi)關(guān)，每次觀察直流屏的監(jiān)控單元情況，如果當(dāng)拉開(kāi)某路后告警信號(hào)消失，再次合上該路開(kāi)關(guān)，告警信號(hào)再次出現(xiàn)，則斷定此支路接地。當(dāng)確定了接地點(diǎn)的回路范圍后，再根據(jù)回路中接地的線路和設(shè)備，逐步縮小查找范圍，直至找出接地點(diǎn)。一般情況下，潮濕污穢地方的電氣設(shè)備元件容易發(fā)生非金屬性接地。

（3）低頻交流信號(hào)注入法查找。該方法是將低頻低電壓的交流信號(hào)注入直流系統(tǒng)，當(dāng)直流系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，正負(fù)極的電流方向相反、大小相等，所以任一支路測(cè)得的電流和為零;當(dāng)直流系統(tǒng)支路有接地故障時(shí)，在該故障支路能測(cè)出低頻接地電流，由此，計(jì)算出接地電阻，從而判斷接地支路。該方法查找主要使用便攜式直流接地定位裝置、絕緣監(jiān)測(cè)裝置等儀器。

6 結(jié)語(yǔ)

變電站直流接地故障屬于緊急缺陷，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行易產(chǎn)生較大的不良影響，會(huì)造成嚴(yán)重的后果或損失，因此必須加強(qiáng)對(duì)直流接地故障的排查和研究，采取科學(xué)的方法進(jìn)行處理，從而更好地保障直流系統(tǒng)的安全，確保整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司無(wú)錫供電分公司）