一起變電站直流系統接地故障分析

摘要：本文分析了變電站直流系統接地故障的產生原因、危害及定位方法，以某110kV變電站發生的直流接地故障為例，探討改進方法。

關鍵詞：變電站;直流系統;接地

0 引言

變電站電源系統主要包括直流系統和交流系統，交流系統主要負責站用電照明、站用檢修電源、站內監控后臺等裝置的供電，回路結構比較簡單。而直流系統主要負責站內所有二次裝置、控制回路、合閘回路、遙信回路、事故照明、UPS等的電源供電，所以直流系統對變電站的安全穩定運行至關重要。

1 直流接地原因

直流系統分布范圍廣、外露部分多、電纜多、且較長，所以很容易受自然因素、氣候因素、環境因素、人為因素的影響，使某些絕緣薄弱元件絕緣降低，甚至絕緣破壞造成直流接地，具體包括以下幾個方面：

（1）二次回路、二次設備絕緣材料不合格、絕緣性能低，或年久失修、嚴重老化，或存在某些損傷缺陷、如磨傷、砸傷、壓傷、扭傷、剝傷或過流引起的燒傷等。

（2）直流系統、電氣設備及二次回路所處環境嚴重污穢或運行在陰雨、潮濕的氣候中，惡劣的環境狀況使電氣設備對地絕緣嚴重下降，易誘發直流接地。例如在大雨天氣，雨水飄入未密封嚴實的戶外二次接線盒，使接線樁頭和外殼導通起來，引起接地。

（3）小動物爬入或小金屬零件掉落在元件上造成直流接地故障，如老鼠、蜈蚣等小動物爬入帶電回路;在二次回路上工作時，金屬零件掉在帶電的直流回路上，造成直流回路與金屬屏短接而接地;二次線絕緣皮容易受到轉動部件的磨損，便造成直流接地。

（4）電氣設備和二次回路由于設計、安裝、維護及運行不合理或錯誤，可產生平時不易發現的潛伏的接地故障。常見情況有：二次回路的帶電端固定不牢固或斷線，因設備受到震動和人為誤碰等影響，造成直流接地故障;在二次接線中，電纜芯的一頭接在端子上運行，另一頭被誤認為是備用芯或者不帶電而讓其裸露在鐵件上，引起接地;直流帶電設備與接地設備或交、直流帶電設備之間絕緣間距由于設計及安裝的太小，當帶電設備或直流回路出現過電壓時，有可能將間隙擊穿，形成直流接地。

2 直流接地危害

（1）直流正極接地可能會使保護及自動裝置誤動。因為一般斷路器合閘、跳閘線圈及繼電器線圈正常與負極電源直接接通，正極電源通過接點接通。若原直流系統存在正極接地，正極回路再發生一處接地，就可能引起誤動作。

（2）直流負極接地可能會使保護及自動裝置拒動。一般情況跳閘線圈及繼電器線圈正常與負極電源直接接通，正極電源通過接點接通。若原直流系統存在負極接地，正極回路也發生一處接地，就可能引起裝置拒動，從而導致嚴重的事故。

（3）直流兩點接地可能構成接地短路，這會造成繼電保護、信號、自動裝置誤動或拒動，或造成直流保險熔斷，使保護及自動裝置、控制回路失去電源。在復雜的保護回路中同極兩點接地，還可能將某些繼電器短接，不能是斷路器動作于跳閘、導致事故越級。對電網運行帶來安全隱患，應立即排除。

3 直流接地定位

（1）拉回路法

對直流系統來說直流系統的地是直流回路的參考地，當直流系統正極或負極對地間測量的絕緣電阻值小于或等于整定值，就意味著存在接地故障。而拉回路法即直流系統發生接地故障時，將直流支路一條條拉開，如果在拉的過程中接地現象消失，說明被拉支路有接地。如果接地現象沒有消失，則立即恢復供電，然后再斷開另一條支路去檢查，按負荷重要程度從輕到重一條條試拉下去，直到找到故障點。

（2）接地漏電流檢測法

利用直流電流傳感器進行檢測被稱為接地漏電流檢測法。其主要原理是通過傳感器感應從直流正、負母線中流入系統的每一條之路的電流之和來確定接地支路的。根據直流電橋的原理，直流互感器中感應電流和為零即證明支路絕緣性能正常，檢測儀中顯示也是零;如傳感器中感應電流和不為零即證明回路的絕緣性下降，此時該支路中可能存在接地故障，檢測儀同時顯示一個不為零的直流電壓。實際中，當該直流電壓大于整定值時，表示存在接地故障。

（3）便攜式直流接地故障定位裝置故障定位法

通過信號注入法，對直流系統正、負母線上施加低頻交流電壓信號，交流電流互感器能監測支路上的低頻交流電流，從測到的電流大小及其相位來查確定接地點。

（4）在線檢測法

目前在變電站用于絕緣檢測的大多是微機型直流電源檢測裝置，能監測母線絕緣并實現支路接地選線功能，還對直流系統網絡進行實時監測，一旦總體絕緣水平降低，就會發出告警同時開啟支路巡檢。目前母線絕緣監測選擇平衡電橋法實現，接地選線功能用直流檢測法或交流信號注入法完成。

4 案例分析

2019年1月12日，持續多日暴雨，東莞地區某110kV變電站后臺監控報出#1直流系統接地告警信號，運行人員到達現場后，檢查#1直流系統監控裝置顯示負極對地絕緣僅為37kΩ，負母對地電壓為-38V，其中報出041支路絕緣為12kΩ。

檢修人員到站辦理工作票后開展缺陷排查，排查步驟如下：（1）在#1直流饋線屏：斷開056支路空開（110kV GIS本體信號電源），直流接地信號復歸。（2）在110kV GIS設備區：逐個斷開各間隔匯控柜內本體信號電源空開，當斷開110kV某某線本體信號電源空開時，直流接地消失，電壓恢復正常。（3）在110kV某某線匯控柜：逐條解開本體信號線，當解開707-23電纜芯（至出線套管氣室密度繼電器）時，直流接地消失，電壓恢復正常，用絕緣搖表測試該電纜芯對地絕緣為11kΩ，懷疑出線套管氣室密度繼電器二次接線端子進水受潮導致絕緣降低。（4）由于線路運行，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，臨時在匯控柜將該信號接線解開，待線路停電再作處理。

5 直流接地防范

結合實際生產中所遇直流接地情況進行總結發現，發生接地故障的原因以端子箱進水、電纜絕緣破損，在空氣潮濕時引起直流接地最為常見。防范措施包括：

（1）結合設備停電定檢，利用兆歐表檢查直流回路絕緣，針對絕緣性能較差的進行記錄備案，在日常運維中加強關注，尤其是下雨天要跟蹤巡視，有效做好直流接地故障的防范。

（2）在設備停役時，處于戶外的端子箱、接線盒等設備部位做好封堵、防雨措施。同時，檢查戶外端子箱、機構箱的加熱裝置和通風孔，可防止箱體內二次元器件的老化而導致絕緣下降。

（3）在梅雨季節及暴雨后進行設備特巡，檢查箱體內部設備運行工況。檢查戶外端子箱、機構箱的箱體內部漏水、滲水情況。檢查項目主要包括：1.檢查開關機構箱、端子箱箱體密閉情況，和保持通風口暢通;2.檢查箱門是否關閉嚴密，和內部設備的發霉、銹蝕情況;3.檢查加熱器是否正常運行，記錄箱體內部溫、濕度等。

（4）在新建、改造時，加強對施工的管理。第一是規范控制電纜的電纜頭制作，嚴禁造成控制電纜的絕緣外皮的損傷;第二是投入運行前須進行絕緣情況全檢查。

6 結論

直流接地短時對電網不會帶來較大危害，但是一旦發生兩點接地短路，直接危及設備及電網安全運行，應立即組織人員進行查找，盡早消除。查找直流接地，除了要選用靈敏度高，可靠性高的絕緣監測設備，也要注重員工實際查找經驗和查找手法的培養。

參考文獻：

[1]吳翰林.變電站直流接地故障分析與對策[J].機電信息，2018（36）：133+135.

[2]吳志強.變電站直流系統接地故障分析及應對措施[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（15）：117-119.

作者簡介：

李麗斌（1987-），女，本科，助理工程師，高級工，從事變電運行工作。