6 kV開關所直流系統(tǒng)接地故障分析及處理探討

王先峰

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026000）

0 引 言

直流系統(tǒng)相當于6 kV開關所的心臟，對于6 kV開關所二次系統(tǒng)能否正常運行意義重大，主要是提供動力，它不僅是一個單獨的電源系統(tǒng)，而且還能夠為6 kV開關所中的其他元件提供電能動力[1]。一般情況下，直流系統(tǒng)的運行是比較穩(wěn)定的，但是在運行過程中如果受到內(nèi)部設備、回路或者其他外界因素干擾則可能會引發(fā)一系列故障問題，其中最常見的故障就是直流系統(tǒng)接地故障[2]。如果系統(tǒng)后續(xù)運維過程中不能及時排除這一故障，造成的后果不可估量。因此，對6 kV開關所直流系統(tǒng)接地故障進行深入分析，提出一些有效的故障預防和處理辦法，以確保6 kV開關所的安全、穩(wěn)定運行。

1 直流系統(tǒng)的組成結構及作用

1.1 直流系統(tǒng)的組成結構

直流系統(tǒng)主要包括充電模塊、監(jiān)控模塊、降壓模塊、絕緣性能監(jiān)測模塊、直流饋電模塊以及蓄電池組六個部分。一般情況下，一個完整的充電柜由若干臺高頻電源模塊構成（高頻開關電源模塊在變電站、火電廠等電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用，具有充電速度快、操作便捷、發(fā)生故障的概率較低，且支持帶電插拔，便于后期維修保養(yǎng)的特點），如果其中有一個模塊出現(xiàn)了故障并不會對6 kV開關所直流系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生影響，因為在故障發(fā)生時會有蓄電池持續(xù)為直流系統(tǒng)提供電能，此時，只需要將發(fā)生故障的模塊單獨拔下處理即可[1]。

隨著我國當前電氣設備制造工藝水平的不斷提升，6 kV開關所直流系統(tǒng)中除了直流電動機負荷之外，出現(xiàn)沖擊負荷的概率很低，特別是在直流系統(tǒng)控制開關回路中，分合閘線圈和儲能電機中的電流都非常小，對直流系統(tǒng)母線電壓的影響微乎其微，所以，現(xiàn)階段許多變電站、火電廠等直流系統(tǒng)中只設置有直流控制母線，而不再設置分合閘母線。此外，以往直流系統(tǒng)中的降壓模塊也都隨之取消了。監(jiān)控模塊作為直流系統(tǒng)充電模塊和蓄電池組的總指揮能夠根據(jù)參數(shù)設置實現(xiàn)對直流系統(tǒng)故障的實時監(jiān)測和控制，并能將直流系統(tǒng)發(fā)生的故障相關信息上傳給DCS等上位機模塊，便于變電站、火電廠等值班管理人員及時發(fā)現(xiàn)故障采取相應解決措施。

1.2 直流系統(tǒng)的作用

直流系統(tǒng)在電力系統(tǒng)、變電站、發(fā)電廠中為控制裝置、繼電保護裝置、遠程通信裝置等設備設施提供可靠的直流電源，同時還能作為事故照明電源和現(xiàn)場操作電源裝置。直流系統(tǒng)的可靠性能直接影響著變電站、火電廠等電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、持續(xù)運行。

2 6 kV開關所直流系統(tǒng)常見接地故障及其危害

在6 kV開關所直流系統(tǒng)運行過程中接地故障是最為常見的故障，如果不能在短時間內(nèi)及時采取有效措施，很有可能會演變成兩點接地故障，此時不僅會引發(fā)直流系統(tǒng)短路和系統(tǒng)設備損毀，嚴重了還會發(fā)生事故，造成極其嚴重的經(jīng)濟損失。因此，需要探析6 kV開關所直流系統(tǒng)接地故障原因，及時查找處理和預防接地故障。表1給出了幾種常見的直流系統(tǒng)接地故障及其危害。

2.1 單點直接接地故障

6 kV開關所直流系統(tǒng)內(nèi)通常只有一點與地面相接，接地電阻小于1 kΩ在直流系統(tǒng)接地故障中比較容易發(fā)生，也比較容易發(fā)現(xiàn)。這種情況發(fā)生的原因是單個機構箱或二次接線盒密封性較差導致漏水或者帶電的二次線芯沒有做絕緣處理。

表1 幾種常見的直流系統(tǒng)接地故障及其危害

2.2 單點絕緣降低

6 kV開關所直流系統(tǒng)內(nèi)通常只有一點與地面相接，接地電阻大于1 kΩ導致接地不良，如果此時采用接地查找儀注入小信號對故障進行查找，由于信號比較微弱，查找難度較大；但是如果采用拉路法對直流系統(tǒng)控制開關的各個回路進行逐條查找又比較麻煩，還有可能影響系統(tǒng)正常繼電保護。這種單點絕緣降低的故障一般是由于電源等元件絕緣性能下降或者漏水引發(fā)的。

2.3 多點絕緣降低

如果6 kV開關所直流系統(tǒng)內(nèi)有多點與地面接觸，同時接地電阻較大，甚至是接地電容，此時無論是采取接地查找儀還是拉路法都很難將故障全部查找出來，這種故障大多數(shù)情況下發(fā)生在濕度較大的戶外或者電線老化引起的接地絕緣性能降低，不存在系統(tǒng)某個設備設施的偶然性，通常情況下會出現(xiàn)多個類似設備設施的連鎖故障。

2.4 寄生回路直流接地

寄生回路直流接地指點與地相接，由于有多路電源同時為接地點電源提供電能，因此采用拉路法查找很難發(fā)現(xiàn)故障所在，而采用接地查找儀也會同時發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)寄生回路多條與地相接，這就極大地增加了故障查找難度。

3 引發(fā)直流系統(tǒng)故障的原因解析

6 kV開關所直流系統(tǒng)在戶外留有端子箱、開關機構箱以及二次接線盒等設備且均含有直流回路，這些設備通常都是密閉的，很容易受到天氣影響（如暴雨、雷電天氣等），造成設備中的某些元件的絕緣性能下降。這些設備在運行過程中無法保證時時處于最佳狀態(tài)，無論是設備本身的自然老化還是受其他外界因素影響，都會影響其正常運行[3]。鑒于此，本文對引發(fā)直流系統(tǒng)故障的原因進行解析，具體如下。

3.1 暴雨天氣引發(fā)的直流系統(tǒng)接地故障

如果暴雨天氣下6 kV開關所在戶外留有的一系列設備密封性不夠，使得雨水流入設備密封盒內(nèi)部會引發(fā)設備接線頭與外殼發(fā)生連通，進而引發(fā)接地故障。特別是持續(xù)的陰雨天氣，長期置于戶外的設備密封盒封閉性較差或長期受潮會降低設備絕緣性能，也同樣會引發(fā)直流系統(tǒng)接地故障。

3.2 小動物破壞引發(fā)的直流系統(tǒng)接地故障

6 kV開關所在戶外留有的一系列設備如果封閉性較差，可能會有小動物進駐，如果小動物筑巢材料潮濕則會引發(fā)設備接線頭與外殼發(fā)生連通，引發(fā)接地故障。此外，如果設備的外絕緣體長期被老鼠等小動物啃噬破壞，也有可能引起接地故障。

3.3 接線頭松動引發(fā)的直流系統(tǒng)接地故障

6 kV開關所直流系統(tǒng)斷路器機構箱、開關柜在開關關閉、合上時會受到較大震動影響，如果一開始沒有緊固螺絲，接線頭很容易在斷路器多次繼電保護跳閘、合閘時發(fā)生移位，與直流系統(tǒng)中的其他金屬元件發(fā)生接觸，進而引發(fā)接地故障。

3.4 直流系統(tǒng)元件失效引發(fā)接地故障

6 kV開關所直流系統(tǒng)中的二次防雷元件由于本身質(zhì)量問題或其他因素影響發(fā)生擊穿現(xiàn)象會引發(fā)直流接地故障。

4 接地故障處理辦法

處理6 kV開關所直流系統(tǒng)接地故障的首要前提是對接地故障類型和具體極性進行劃分，判斷故障原因是否是天氣原因?qū)е碌模约? kV開關所直流系統(tǒng)是否正在運行，內(nèi)部是否有值班人員在崗。如果6 kV開關所直流系統(tǒng)二次回路正在運行，或者系統(tǒng)設備在運維檢修中，在處理接地故障前必須立刻停止，切斷工作電源，同時查看是否還存在接地信號。

4.1 采用瞬停法

常用的6 kV開關所直流系統(tǒng)接地故障處理辦法是：如果內(nèi)部安裝了監(jiān)測裝置，則可以直接判斷二次系統(tǒng)饋線的具體路數(shù)；如果內(nèi)部沒有安裝監(jiān)測裝置，則可以采用瞬停法查找并處理接地故障。具體流程是：在安全狀態(tài)下，將直流系統(tǒng)某一回路瞬間斷開，檢驗設備絕緣體監(jiān)控裝置的針指示和信號情況，如果沒有出現(xiàn)針指示或信號，則說明該二次回路上存在接地故障點，相反，則說明該二次回路運行正常。此外，采用瞬停法應該遵循缺陷明顯的二次回路、直流系統(tǒng)照明和信號回路、系統(tǒng)備用裝置優(yōu)先斷開的原則[2]。

4.2 直流系統(tǒng)金屬接地故障處理辦法

一般在處理直流系統(tǒng)金屬接地故障時，只需要采用回路法，或者利用內(nèi)部安裝的監(jiān)測設備，同時利用萬用表即可對接地故障點進行精確定位。這個過程的關鍵是對故障點進行準確定位和及時處理。

4.3 采用先進的查找儀器定位的處理辦法

在不切斷直流系統(tǒng)各分布回路電源的前提下，采用互感器等先進的查找儀器檢測直流系統(tǒng)各分布導線是否發(fā)生接地故障，并通過發(fā)出預警信號通知工作人員及時檢修。雖然這種接地故障處理辦法操作簡單，省時省力，但由于市面上在售的儀器普遍存在兼容性較差和抗干擾性能不高的問題，致使預警誤報率非常高，因此這種接地故障處理辦法只能作為輔助。

4.4 接地故障處理過程中的注意事項

（1）盡可能避免在直流系統(tǒng)運行負荷高峰期處理，為了防止發(fā)生誤判，觀察直流系統(tǒng)接地故障信號是否消失時應根據(jù)監(jiān)測設備針指示信號、萬用表、電壓指示等多項綜合指標進行判斷。

（2）為了防止人為原因造成的短路或另一點接地引起直流系統(tǒng)誤跳閘以及系統(tǒng)繼電保護誤動作，在瞬間斷開直流系統(tǒng)電源時，應提前申請調(diào)度，并在通過申請后在3 s內(nèi)迅速完成操作。

（3）按照符合6 kV開關所直流系統(tǒng)分布回路的實際圖紙進行檢查、拆解線等操作，避免出現(xiàn)拆錯設備端子線頭，同時將拆解過程實時記錄在直流系統(tǒng)繼電保護安全措施票上，并對拆解下來的端子線頭做好標識和絕緣保護。

（4）查找直流系統(tǒng)接地故障時至少由兩個人完成，同時為了安全起見，防止發(fā)生觸電，應做好安全防護工作。

根據(jù)分析可知，除了在6 kV開關所直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障后及時查找和處理外，還要做好預防，可以一年一次，有條件的可以進行半年一次的直流系統(tǒng)設備絕緣性能檢測。圖1給出了直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置結構。

圖1 直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置結構

5 結 論

6 kV開關所直流系統(tǒng)的導線分布廣泛，且錯綜復雜，外露部分絕緣性能會因為本身老化問題以及受到天氣影響下降[3]，甚至還可能會因為絕緣體擊穿發(fā)生接地故障。在對故障點定位時，為了確保精準度，最好采用多種查找方法，并在找到故障點和引發(fā)故障原因后及時采取措施處理，以確保6 kV開關所直流系統(tǒng)的可靠運行。