一起誤操作引起直流負極接地導致開關跳閘的分析

劉智成

(酒鋼集團能源中心，甘肅嘉峪關 735100)

1 直流系統接地問題概述

由于直流電源為帶極性的電源，即電源正極和電源負極。直流電源的“地”對直流電路來講僅僅是個中性點的概念，這個地與交流的“大地”是截然不同的。如果直流電源系統正極或負極對地間的絕緣電阻值降低至某一整定值，稱該直流系統有正接地故障或負接地故障。接地時，在一般情況下并不影響直流系統的運行，當回路發(fā)生兩點或多點接地時可能造成開關或保護誤動和拒動，特殊情況下，直流一點接地也可能導致開關跳閘。

2 事故發(fā)生簡要經過

某330 kV 變電站值班人員按操作票流程執(zhí)行保護屏跳閘出口壓板投入操作，投入前按規(guī)定必須要測試跳閘出口壓板上、下兩端對地的直流電壓，確定一端不帶電壓后方可投入壓板，以防止保護誤出口時投入壓板造成設備跳閘。值班人員在用萬用表對地測量3544 開關保護屏跳閘出口壓板負電源端對地電壓時，3544 斷路器跳閘，同時，直流系統報“直流負極接地”。

3 事故原因分析

3.1 排除誤跳的可能

事故后測試直流系統正、負極對地電壓分別為+117 V、-117 V，檢查直流系統歷史記錄無直流正極接地告警，只有在3544 開關跳閘時發(fā)出的直流負極接地告警，排除直流系統存在正、負極兩點接地導致開關誤跳的可能。

3.2 測試控制回路對地絕緣電阻

對3544 開關在合閘狀態(tài)下測試控制回路對地絕緣電阻，用1000 V 兆歐表測試各回路絕緣電阻均＞10 MΩ，絕緣電阻合格。

3.3 檢查測試用萬用表

事故后檢查測試用萬用表，發(fā)現萬用表檔位選擇開關在直流200 V 檔位，而萬用表紅、黑表筆插在電流檔測試插孔內，不在電壓檔測試插孔內，由于萬用表電流檔插孔內阻很小，在測試跳閘壓板負電源端時相當于對地直接導通，造成直流負極接地，這也是直流屏報負極接地的原因。

3.4 對變電站內直流系統在不同地點分別做直流接地測試

（1）1#直流饋線屏接地試驗，試驗前測試直流母線電壓234 V，正、負極對地電壓分別為+117 V、-117 V，絕緣良好。選取1#直流屏I段控母饋出備用空開使用短接線分別模擬正、負極金屬接地，接地相對地電壓0 V，非接地相對地電壓234 V，穩(wěn)態(tài)接地電流7 mA。

（2）2#直流饋線屏接地試驗，試驗前測試直流母線電壓234 V，正、負極對地電壓分別為+117 V、-117 V，絕緣良好。選取2#直流屏Ⅱ段控母饋出備用空開使用短接線分別模擬正、負極金屬接地，接地相對地電壓0 V，非接地相對地電壓234 V，穩(wěn)態(tài)接地電流7 mA。見圖1。

圖1 直流系統示意圖及模擬直流系統正或負極一點金屬接地示意圖

（3）開關3544 保護屏接地試驗，試驗前測試直流母線電壓234 V，正、負極對地電壓分別為+117 V、-117 V，絕緣良好。使用短接線將保護跳閘出口壓板負端與屏柜接地點進行短接，模擬負極接地，穩(wěn)態(tài)接地電流37 mA，斷路器跳閘。見圖2。

圖2 保護屏處模擬直流負極一點接地示意圖

經對（1）（2）（3）項接地電流數據進行對比，發(fā)現開關3544 保護屏接地電流為1#、2#直流饋線屏接地電流的5 倍，分析3544 開關跳閘壓板處負極一點接地時穩(wěn)態(tài)接地電流由兩部分構成，一部分為該正、負母線通過絕緣監(jiān)查繼電器平衡電阻對地回路產生，另一部分為正、負母線通過站內各饋出控制電纜及各保護裝置電源輸入側濾波器電容對地回路產生。如圖3所示。

圖3 中R+、R-為直流屏絕緣監(jiān)查裝置對地電阻，C1、C2 為直流正、負母線及電纜對地電容，C3 為本支路電纜對地電容。

3.5 開關操作箱內TBJ繼電器做測試

對3544 保護屏開關操作箱內TBJ 繼電器做測試，如圖4，使用繼電保護測試儀直流電流試驗菜單對TBJ 繼電器啟動電流進行試驗，測試結果為≥200 mA 繼電器動作，該電流與南瑞繼保廠家提供的繼電器型式試驗報告電流一致。

圖3 3544保護屏跳閘出口負極一點接地時直流系統對地回路示意圖

圖4 TBJ啟動電流測試示意圖

3.6 分閘電流整定與分閘線圈額定電流不匹配

檢查斷路器機構箱跳閘線圈的額電電流為1.95 A，檢查保護裝置操作回路板出廠時整定的分閘電流為0.5 A，發(fā)現分閘電流整定與分閘線圈額定電流不匹配。操作板TBJ 啟動電流過小，僅為200 mA。為保證分閘時的可靠性，將操作板分閘電流按說明書整定方法調整至1.5 A，略小于跳閘線圈額定電流，調整后測試TBJ 啟動電流為≥600 mA，在3544 保護屏再次模擬保護跳閘出口壓板負極一點接地試驗，TBJ不動作斷路器不跳閘。

4 結果分析

（1）通過上述測試結果發(fā)現，在直流系統負極一點接地時穩(wěn)態(tài)接地電流遠小于斷路器操作箱TBJ繼電器啟動電流，但由于整個變電站內直流系統對地回路包含絕緣監(jiān)查繼電器平衡電阻對地回路和站內各饋出控制電纜及各保護裝置電源輸入側濾波器電容對地回路兩部分，電容回路中存貯有一定的電能，在負極一點接地瞬間，電容回路存在暫態(tài)的放電過程，放電電流瞬間達到最大值并隨時間增長逐漸衰減至穩(wěn)態(tài)接地電流。在放電過程中有一段時間接地電流達到了TBJ繼電器啟動電流，故TBJ繼電器啟動，TBJ 常開接點閉合并自保持導致了跳閘回路帶電斷路器跳閘。

（2）操作回路板跳、合閘電流應與斷路器分、合閘線圈額定電流匹配，查閱保護說明書和設計圖紙，該電流需現場根據斷路器線圈額定電流大小進行調整，由于建站時施工驗收不認真，施工人員未對操作回路板分閘電流進行調整，導致板件整定電流與線圈額定電流不匹配，致使TBJ啟動電流過小，在負極一點接地時受直流屏絕緣監(jiān)查回路及饋出電纜對地分布電容影響，接地電流瞬間達到TBJ 啟動電流，致使斷路器跳閘。

5 防范措施

（1）加強培訓提高人員素質，測試時進行雙人確認操作，確認萬用表表筆位置和檔位選擇正確。此方法之前已經開展，但仍在測量保護壓板過程中發(fā)生跳閘事件執(zhí)行效果不好，可做為輔助手段。

（2）對運行崗位配發(fā)兩孔數字萬用表，只有電壓測試功能，無電流測試功能，且內阻大于2000 Ω，供運行崗位日常使用，可有效杜絕測量保護跳閘出口壓板過程中發(fā)生的直流接地引起開關跳閘事故。

（3）對目前運行崗位已配發(fā)的四孔數字式萬用表進行封堵，只保留電壓插孔，其余插孔全部進行可靠封堵，禁止使用，并逐步替換為兩孔數字萬用表，可有效杜絕測量保護壓板過程中發(fā)生跳閘事件。

（4）對斷路器跳閘線圈動作電壓進行測試時，增加跳閘線圈動作電流、線圈正極側接地試驗項目，以便在工程驗收、設備定檢過程中及時發(fā)現問題及合理配置操作板分、合閘回路電流，根據標準適當調整，防止因跳閘線圈動作電壓過低或TBJ 啟動電流不匹配而發(fā)生的直流一點接地誤跳事故。

（5）在新建工程中測試TBJ線圈動作電流，并模擬TBJ線圈正極側接地試驗。在規(guī)程標準范圍內盡可能的提高動作電流值，防止直流一點接地誤跳事故。

6 總結

直流系統對地分布電容的情況是直流系統越大，回路越復雜，所接設備越多，系統呈現的對地分布電容越大；靜態(tài)保護裝置越多，分布電容越大。從而對直流系統的影響越大。根據以上分析當直流系統經TBJ 線圈一點接地時，斷路器誤跳是可能成立的，且在大型變電站較為突出，可通過一定的技術手段來減少類似事故的發(fā)生。