變電站直流系統接地故障的分析及對策

江澍湛

（國網四川省電力公司成都供電公司，四川成都 610041）

0 引言

直流系統是組成電力二次系統的極為重要部分，直接影響通信裝置、遠動和繼保運行的安全性與穩定性。因此，直流系統運行情況引起廣泛關注。但是，電網在實際運行過程中，其直流系統接地故障會引起保護裝置的誤動或拒動，這些行為都會直接威脅到電網安全運行，甚至產生嚴重后果。只有盡快查找直流系統中存在的故障并消除該故障隱患，是相關專業人員應重視的工作內容，也是提高電力系統安全性與可靠性的重要方式。目前，變電站直流系統接地故障分析已經成為直流系統研究中的熱點問題。

1 變電站直流系統接地故障的主要查找方式

一般情況下，變電站使用直流電源多半是為了滿足斷路器保護裝置等工作需要的電量。因此，直流系統出現故障的情況多數為接地故障與短路故障。隨著科學技術發展，目前針對直流系統出現的故障，已經有交流竄入直流系統的查找方式，現場工作人員在接收到報警信息后，能夠根據相關信息盡快了解其故障情況，提出相應解決措施。直流系統接地故障則是由于設備的接地極性不同，致使保護裝置出現誤動或拒動等問題，導致電力系統直接越級跳閘，事故影響范圍也會不斷擴大。故障出現后，與其相連的直流母線及所有支線均會出現對地電壓不平衡問題，現場工作人員因此難以判斷出現故障的具體地點。

隨著我國科學技術不斷進步，我國各變電站已經開始廣泛應用微機直流系統絕緣在線監測裝置，以便更好監測直流系統運行。在其進行正常工作過程中，裝置會直接利用數字形式顯示母線電壓，并對正在運行過程中的直流系統的正負母線絕緣情況進行有效監測。一旦直流系統出現接地故障，該裝置會自動啟動報警系統，同時產生低頻信號，由直流系統的正負母線直接平衡的注入到直流系統中，利用直流支路上安裝的傳感器接收低頻信號。CPU 可以對各個線路采集的相關信號電流進行詳細準確分析，從而判斷出故障線路以及接地電阻相關數值，以便于能夠自動選接地線，完成相關工作。工作人員充分了解運行是否有異常情況出現，能夠有效查找接地故障[1]。

工作人員進行操作過程中，首先需要對信號進行操作，然后對照明回路進行操作，先對室外進行操作，后對室內進行操作，這是在查找過程中需要遵循的原則與順序。工作人員可以使用分路試停的方法，有效尋找接地回路。工作人員需要切斷各個專用直流回路，并保證其切斷時間在3 s 內，以此為基礎來確認某一專用直流電路存在接地情況，之后便能夠進一步尋找接地位置。若工作人員將直流系統母線上所有存在的負荷切除之后，故障仍然沒有徹底消失，便需要工作人員在電源部分進一步進行檢查與研究，從而了解出現故障的部分。一般情況下，直流屏、連接電纜和蓄電池組等共同組成直流電源。

在上述檢查操作完成之后，若仍然沒有能夠找出故障的具體地點，則應當考慮是否存在同級性兩點接地情況。若發現接地在直流系統的某一回路之中，則應當解決有環路的部分，之后再利用上述方式，直到找到直流系統出現接地故障的部分并將其徹底解決。為避免在工作人員查找故障過程中出現長時間停電問題，導致更大事故發生，一般情況下，變電站需要先使用一套容量較大的備用直流電源，為負荷提供足夠電量，之后再將已經出現故障的直流電源與外電路之間脫離，從而尋找到其中存在故障的部分[2]。

2 變電站直流系統接地故障案例

2.1 接線錯誤

2017 年7 月，某變電站內一條220 kV 的線路保護工作結束之后，該線路便正式投入到運行中。某雨天，其直流檢測裝置報警，該線路出現接地故障。但是該裝置未能檢測出接地線路的具體情況，工作人員打開檢測裝置發現，裝置上僅顯示220 kV的線路出現接地故障。負責檢修工作的專業人員到達該處后，首先測量直流母線Ⅰ以及Ⅱ段正母電壓、負母電壓，數值分別為+57 V、-57 V。此時，工作人員可以判斷其報警出現誤差，但是裝置顯示該線路的接地電阻僅為9 kΩ，負責檢修工作的專業人員利用拉合線路方式進行檢查后，發現母差盤內出現短接線情況，

接地電流在經過短接點以及2 個檢測裝置之后，直接警報接地故障信號。由于線路中本身并不存在接地點問題，因此，正母電壓與負母電壓均處于正常數值。在負責檢修工作的專業人員檢查之后，拆除母差盤內出現的短接線，整個檢測裝置開始正常運行，其支路絕緣情況也恢復到正常狀態中。

2.2 寄生回路出現問題

2018 年4 月，某變電站內一條220 kV 線路在操作之后至冷備用狀態，CK26 信號繼電器屏幕上突然出現48 V 信號電源直流系統接地信號。專業檢修工作人員到達現場后，對CK26 信號繼電器內的正母電壓、負母電壓進行檢測，發現前者為+24 V，后者為-57 V。負責檢修工作的專業人員認為問題原因是屏幕內部逆變電源出現故障，導致負母電壓迅速上升到-57 V。當負責檢修工作的工作人員結束更換逆變電源工作之后，正母電壓與負母電壓的數值依舊沒有發生改變，直流系統接地故障信號并未消失。為此，專業人員逐一檢查涉及的所有信號回路，當拆開線路內部的TV 斷線信號時，直流系統接地故障信號便消失了，正母電壓與負母電壓恢復正常狀態。檢查現場接線后，專業人員發現其保護屏的操作回路內出現一個寄生回路，導致操作電源的57 V 在經過操作箱內部之后直接串入信號回路，從而出現接地故障。

直流系統接地情況發生后，從現場接線圖紙的內容能夠明顯看出整個線路在操作過程中的操作箱與端子，其中4D196 與4D197 均屬于空端子，設計在這兩個空端子的部分進行有效過渡。此時若開關處于分開狀態，則57 V 負電在通過TWJ b 和TWJ c接點閉合后串入信號回路之中。由于接地故障發生過程中該線路處于冷備用狀態，因此，57 V 負電通過TWJ 常開接點以及1YQJ/2YQJ 接點之后，再串入到信號回路之中，導致信號回路對地絕緣情況出現不良狀態，進而出現信號回路接地問題。根據以上分析原因，檢修工作人員需要對機械情況進行修改，拆除4D196、4D197這兩個空端子的內部接線，使經斷路器輔助接點到TV 失壓信號部分能夠恢復正確的接線狀態。在進行修改之后，CK26 信號繼電器屏內，48 V 直流接地信號便會徹底消失，整個直流系統能夠處于正常運行中，不會對后續應用情況產生直接影響[3]。

3 變電站直流系統解決接地故障的具體對策

從以上2 個具體案例中能夠看出，雖然導致變電站直流系統出現接地故障的原因較多，但是維修人員可以從以下5 個方面對其進行系統性研究與了解，以便更好應對普適狀態下的直流系統接地故障。

（1）檢查過程中，應當保證出現故障的現場與圖紙上描述的相關內容存在一致性。每次改造或修改過程中，都應當對其修改回路或改造回路進行注釋，使其能夠更加完整的表現在圖紙上，保證各個回路之間描述的正確性。

（2）使用儀器儀表進行檢查過程中，應當對其直流屏內絕緣監察裝置的接地點進行有效拆除，利用高內阻電壓表對直流系統的母線對地電壓情況進行有效監視。

（3）進行線路設計與施工過程中，相關工作人員需要保證其設計回路具有可靠性，沒有寄生回路存在，以便于解決由寄生回路問題而導致的直流系統接地故障。

（4）使用新設備或對設備進行改造驗收過程中，相關工作人員應當在整組試驗之后對其操作回路進行獨立實驗，同時對其測控回路信號回路進行單獨檢查，以便于各個工作回路能夠獨立工作并清晰完成相關工作內容。

（5）維修過程中，其拆掉的線頭應該逐個填寫到機電保護二次回路安全措施卡中，使其能夠詳細記錄整個操作過程，避免在恢復接線過程中出現遺留問題或錯接問題，導致接線錯誤問題，出現直流系統接地故障[4]。

4 結語

隨著我國科學技術的進步與發展，變電站的相關使用設備更新換代速度逐漸增快，綜合自動化程度不斷提高。自動化變電站的建立以及直流絕緣監測技術的進步與發展，使直流系統故障分析判斷能力不斷提高。但是在處理較為復雜的變電站直流系統接地故障過程中，仍然需要專業人士對故障情況進行有效定位。介紹上述2 個案例，能夠有效分析變電站直流系統接地故障出現的具體原因以及適合解決方法，對較為普遍的變電站直流系統接地故障處置對策提出建議，使其具有普適性，能夠更好適用于更多常見接地故障。隨著相關專業檢修人員在現場實踐過程中積累的經驗不斷提升，再加上運行人員對于整個系統的維護能力不斷增強，變電站直流系統接地故障的分析水平與維修水平應當不斷提升，便于整個直流系統可靠和平穩運行。