變電所直流電源柜接地故障的分析及處理

智春香 王智垚

摘 要：高壓開關柜是變電所的主要供電設備，而直流電源柜輸出直流電，給高壓開關柜的操作系統提供電源。本文介紹了直流電源柜接地的分類和原因，闡述了查找直流電源柜接地故障點的常用方法和技巧，并結合實例，分析如何快速做好接地故障處理，確保直流電源柜設備良好運行。

關鍵詞：直流電源柜;接地故障點;檢測方法

Abstract： The high-voltage switchgear is the main power supply equipment of the substation， and the DC power cabinet outputs DC power to provide power to the operating system of the high-voltage switchgear. This paper introduced the classification and causes of the DC power cabinet grounding， explained the common methods and techniques for finding the ground fault point of the DC power cabinet， and combined with examples to analyze how to deal with the ground fault quickly to ensure the good operation of DC power cabinet equipment.

Keywords： DC power supply cabinet;ground fault point;detection method

變電所直流電源柜由蓄電池組、充電設備及微機顯示裝置組成，輸出直流電，通過敷設控制電纜至變電所內每個高壓開關柜的二次系統，給變電所主要供電設備高壓開關柜的操作系統提供電源[1]。高壓開關柜的操作系統包含二次控制、保護、信號系統和自動綜合保護裝置等。在變電所供電系統停電的情況下，它可以保證高壓開關柜的控制回路、信號回路、保護裝置正常工作，正確顯示設備故障發生時產生的現象，便于快速進行事故處理。因此，直流電源柜的安全穩定運行對保證變電所供電系統安全有著非常重要的作用。

1 直流電源柜接地的分類及原因

1.1 直流系統電源柜接地的類型

直流電源柜的輸出為直流電源，分為正極和負極，作為帶極性的電源設備，其接地故障按電源的極性可分為正極接地和負極接地;按接地的種類，可分為直接接地和間接接地;按接地的接觸情況，可分為單點接地、多點接地和絕緣接地[2]。

1.2 直流電源柜接地的原因

1.2.1 設計原因。受專業知識儲備的局限，人們可能對設備性能了解不深，對控制和保護裝置內部原理理解不透徹，電氣設計與相關專業的協調不夠細致，會造成交、直流回路的接線混亂。直流電源柜上電過程中出現交、直流回路引發的直流系統接地故障，使直流電源柜發出警告信號，不能正常運行。

1.2.2 設備本體原因。在設備制造過程中，部分設備廠家作業流程不嚴，材料選型不合格，設計存在缺陷，制作質量欠缺，諸多原因造成設備本體絕緣性能較低，設備帶電部分直接與外殼相接或相碰，上電調試過程中發生直流系統絕緣低或接地現象。

1.2.3 設備安裝原因。電氣作業人員的專業技術水平不同，在設備安裝過程中，受施工空間環境的限制和其他外部因素的影響，直流系統容易出現接地故障，引發直流電源柜接地報警信號。主要設備安裝故障如下。

在電纜敷設、接線及電纜頭制作過程中，受制作工藝及安裝水平影響，電纜線容易出現擠壓，絕緣外皮易發生損壞，造成絕緣不良;技術人員工作失誤或施工接線人員粗心大意會造成接線錯誤，導致電纜線與其他回路或外殼粘連，在直流小母線壓接過程中，絕緣端子損壞并與外殼接觸;直流電源柜內的母線連接過程中，因絕緣板絕緣質量不合格，直流電源柜系統對地絕緣太低;兩個直流系統連接錯誤;開關柜內事故照明回路中，照明燈燈座因安裝問題與地接觸;由于工期或設計原因，直流系統控制電纜一段施工完畢，而另一段未施工，長時間擱置造成電纜芯線接地，或環境潮濕造成絕緣能力降低;直流電柜內信號光字牌接線柱與底座設計安裝到位，線柱與金屬外殼相碰;交流回路和直流回路合用同一根電纜。

1.2.4 運行和檢修維護原因。部分運維人員專業知識儲備不扎實，受專業技術水平限制，運行檢修維護不到位。在回路檢查和消除故障的過程中，一些運維人員錯誤地將直流系統接地。在檢修、測量和檢查過程中，誤操作造成直流系統接地故障，使電源柜故障報警。

2 查找直流電源柜接地故障點的常用方法

當直流電源柜監測回路發出報警信號，顯示直流系統有接地故障時，保護斷路器可能已經發生誤跳或拒跳，對整個變電所供電系統的安全穩定運行構成威脅。人們必須及時消除直流電源柜監測回路發出的報警信號，排除直流系統接地故障，主要是要找到直流系統接地的準確位置，接地的情況可能是一個點，也有可能是多個點，或者是一個區間，變電所直流電源柜配出回路多，線路長，接線點多，因環境空氣潮濕、污物粘貼、電纜破損、設備絕緣部分性能降低和其他不明因素影響，多數接地故障不穩定，會隨著環境變化而變化。因此，現場查找直流接地是一個技術性強、處理較為復雜的過程。在接地故障發生時，要在最短的時間內進行處理，才能真正保證供電主設備安全可靠運行。

2.1 回路拉回查找法

回路拉回查找法是排除電力系統接地故障的一種常用方法，適用于查找直流電源柜接地故障，方法簡單，可操作強。需要注意的是，它配出控制的二次系統比較復雜，信號回路與控制回路、保護回路的區分不明顯，其中還有一些非正常的閉環回路，增加了回路拉回查找接地故障的難度，在拉開每條直流回路后，應在3 s內迅速恢復送電。

當直流電源柜系統出現故障報警信號時，一般需要依次檢查信號回路、照明回路、操作回路和保護回路等。按照先一般負荷后重要負荷的原則，依次切斷直流電源柜內配出的各個控制開關，在切斷每一回路的過程中，工作人員要根據儀表和信號裝置的指示，判斷是否接地。若切斷時接地信號消失，恢復送電后接地信號又出現，可做出判斷接地發生在該回路，及時在該回路上查找出接地點，直至故障消除。

需要注意的是，采用回路拉回查找法查找故障點，雖然操作簡單，但只能確定故障點發生在哪條回路上。由于回路上的二次設備多，地點較分散，在中控室外查找接地點時，人們需要用通信設備聯系中控室人員，實時了解接地故障信號變化情況，大大延長了故障處理時間。若接地故障發生在直流屏內部或蓄電池組，該方法很難檢測到接地故障。

2.2 直流接地選線裝置監測法

這種裝置能夠在線監測，實時報告直流電源柜柜內元器件及配出線路產生的接地故障，同時屏幕上會顯示接地回路編號，可詳細到接地回路或支路。但是，受監測點數量的限制，該方法無法定位具體的接地點，較難將接地故障縮小到一個小的范圍，特別是抗分布電容干擾差，經常會出現誤報問題。

2.3 便攜式直流接地故障定位裝置故障定位法

這種裝置不用斷開直流電源柜內控制回路開關，可以帶電查找直流接地故障，完全避免再用“拉回路”的方法，大大地提高了查找直流接地故障的安全性。該裝置能夠定位到接地故障的具體點，便于操作。目前，產品技術不夠成熟，同樣存在分布電容干擾的影響，出現誤報問題。

2.4 萬用表電壓測量法

萬用表電壓測量法就是使用萬用表的直流電壓擋測量直流電壓值。當直流電源的一個極出現接地時，另一個極對地的電壓為全電壓。在切除一部分直流負荷和回路時，配合其他接地故障查找儀器及方法，觀察萬用表所測極的對地電壓值變化情況來判斷接地點所在區域，從而準確確定接地故障點并加以解決。

雖然萬用表電壓測量法能準確地找出接地故障點，但是電氣作業人員必須具有很高的專業技術水平。一是要熟悉變電所的開關柜直流線路接線端子位置和線號，并熟練掌握萬用表使用要點;二是在高壓設備上作業查找直流系統故障時，按電力系統相關規程要求，必須有兩人方可進行作業;三是要確定故障點的位置，需要逐個排除、排查，時間長會影響系統的安全運行。

3 查找直流電源柜接地故障的技巧

3.1 及時查找接地故障

直流電源柜接地故障會隨環境、空氣濕度的變化而變化，最終會出現“軟”接地故障，對查找工作形成干擾，因此如果出現接地故障，要及時查找。

3.2 定期檢查設備和線路的直流絕緣

借助精度高的先進儀器對設備本體及各個直流回路定期進行絕緣檢查，記下絕緣較低的直流回路或接線，等環境溫度潮濕時，開展重點監測，不要等故障出現時再去查找排除，要按照直流電源柜運行管理規定，做好維護工作。

3.3 按順序查找

先查找信號回路、事故照明回路，再查找操作回路、控制回路和保護回路。先重點檢測絕緣情況較差的回路。

4 直流電源柜接地故障查找實例

4.1 變電所直流電源柜現狀

三區變電所是石化社區集35 kV、6 kV兩級高壓設備于一體的供配電中心。本所設備有：35/6 kV-25 000 kVA主變兩臺，35 kV開關柜8面，6 kV開關柜29面，主供石化社區四個小區8 000余戶居民生活及配套設施用電，它的直流系統電源柜是給本所35 kV及6 kV開關柜的控制回路、信號回路、微機監控和綜合保護提供可靠的電源。直流柜安裝在三樓控制室，從柜內引出兩條控制電源回路，分別是合閘母線和控制母線。其中，合閘母線帶有6 kV開關柜柜內照明，帶有6 kV系統I、II段控制、合閘和中央信號電源。控制母線帶35 kV開關柜內照明、35 kV控制電源及35 kV儲能回路電源。這些電源分別有相應的二次電纜引至二樓35 kV變電室柜頂小母線、一樓的6 kV變電室柜頂小母線。柜頂小母線由控制電源、保護回路電源、信號回路、電壓回路、照明回路、儲能回路組成，分別用KM、XM、HM、YBM、SYM、Y等表示。這些小母線分別進各個配電柜，配合轉換開關完成斷路器的跳合閘操作，配出回路多，系統分布廣。

4.2 直流電源柜故障現象及處理

2015年8月，三區變電所原有開關柜上的小電流接地系統報警不準確，安排把每個開關柜的接地信號改接到綜保上來檢測。因6 kV系統配出回路均為生產負荷，項目改造期間，需要在設備不停電的情況下對變電所6 kV系統29面開關柜內線路進行改動。由于改接接頭多，技術含量較高，施工難度大，改造過程中出現直流電源柜報警現象，光子牌顯示直流回路接地，查看表記指示，正極對地電壓為0 V，負極對地電壓為220 V。初步判斷為正極金屬性接地，但一時不能確定接地點具體位置。

經過討論，決定采用常規易操作的查找方法來查尋故障，按照回路拉回查找法的要求：先查找信號回路、照明回路，再查找操作回路、保護回路等。按照先一般負荷后重要負荷的原則，依次切斷直流負荷屏上各負荷控制開關。

首先在中控室內對直流電源柜輸出部分進行查找，然后斷開控制母線回路空氣開關，主要是斷開開關柜的信號回路，即照明回路的電源，接地點未消失;接著斷開合閘母線回路的空氣開關，即開關柜的操作回路（保護回路電源），這次接地點消失。由此判斷，接地點位于合閘母線回路。但合閘回路分為35 kV及6 kV兩個系統回路，在斷開6 kV控制回路時，接地點消失。由此判斷，信號改接施工中某一點存在接地現象，但要確定接地故障點，需要進一步對6 kV開關柜改接過的每一個可疑回路進行查找，采取取掉保險、拆除端子的方法，但查找故障的現場與中控室不在一層，有距離限制，處理結果與現象有時不能及時溝通反饋，部分電氣專業人員就用萬用表來進行判斷，用萬用表直流電壓擋測定直流電壓值，經過4個多小時的努力，終于查到了接地點。主要原因是在改接過程中，19號開關柜合閘控制回路的一條出線與接地端子粘連。

5 結語

造成變電站直流電源柜供電系統接地的因素較多，為了有效地解決問題，電氣運維人員要加強專業知識的學習，不斷提高專業技術水平，做好設備的日常運行維護工作，減少接地故障的發生。在查找和處理接地故障時，要嚴格遵守《河南省工礦企業電氣規程》相關要求，特別是對重要負荷回路接地故障的查找，可提前轉移負荷，再結合現場實際情況進行處理，確保設備安全平穩運行。

參考文獻：

[1]王宇，王志惠，張蓉.工廠供配電技術[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]國家能源局.電力用直流和交流一體化不間斷電源設備：DL/T 1074—2019[S].北京：中國標準出版社，2019.