變電站直流系統故障分析和查找方法

林冬偉

摘要：眾所皆知，直流在電力系統中占有重要位置，直接影響電力系統安全穩定運行，隨著電力系統的不斷發展，對于電力故障以及安全運行管理加大了力度。直流絕緣故障引發誤跳閘事故在電力系統中時有發生，如何提高直流系統絕緣水平，防止故障發生，對保證電力系統安全可靠運行具有重要意義。當直流有兩點及兩點以上接地時，常出現開關誤動、拒動、正負極短路等。直流系統的故障易造成大故障擴大，如大面積停電或主機設備損壞等，因此直流系統的可靠性是保障一次設備安全運行的決定條件之一。直流故障多是由直流接地引起。所以直流接地點的查找非常重要，主要可以采取巡檢儀和人工查找來排除接地點。

關鍵詞：直流系統接地;絕緣;多點接地;絕緣監測儀

前言：

發電廠、變電站的直流系統一般由蓄電池組與浮充電裝置并聯供給直流負荷的，主要是為控制回路、信號回路、繼電保護自動裝置、斷路器分合操作等提供可靠穩定的不間斷電源。由于分支網絡多、聯接設備多等因素構成了龐大而復雜的直流電源網絡，分為主母線、小母線、層層分布，回路復雜，客觀上增加了查找直流接地故障的難度。

1、變電站直流系統告警原理

直流系統絕緣降低或破壞一般由站內直流絕緣監察裝置獲取信息。直流絕緣監察裝置的穩定可靠，是監視站內直流的重要前提。一般直流回路異常時有以下信號：某段母線直流接地故障，直流正、負極母線對地絕緣電阻值下降， 某條支路直流回路異常等。

目前直流絕緣監察裝置工作基本原理如圖1。在直流電源給二次負載供電的過程中， 正常工作狀況流出電流I1 等于流入電流I2，這樣在感應器內產生的磁通平衡抵消。在非正常工作狀況，如直流二次回路接地故障或二次回路環網、交叉等原因造成流出電流I1 不等于流入電流I2，感應器內產生不平衡磁通，當大于設定的值以后，監察裝置報接地故障或告警。

可見直流絕緣異常告警說明了兩個問題。一是直流系統發生了真正接地故障; 二是外界二次回路環網或交叉。從這兩方面入手能很好的解決直流絕緣問題，防止事故的發生和擴大。

2、變電站直流系統接地故障的原因

對于整個電力系統來說，變電站直流系統是變電站運行系統的核心組成部分。作為一個獨立的系統，相對整個電力系統來說，變電站直流系統的正常工作以及有效操作，需要運行繼電保護自動裝置、斷路器跳合閘操作等一系列的操作手續，方能將可靠的直流電源不斷地生產出來。

直流系統分布范圍廣、外露部分多、電纜多、元器件回路多，故造成直流接地的原因可能有很多，下雨天經常會發生直流接地，因為雨水飄入密封不好的戶外二次接線盒，使接線樁頭和外殼導通接地;二次線與轉動部件（如開關柜門）靠在一起經常受到磨損，造成絕緣損壞也會導致直流接地;另外二次接線松動脫落，抗干擾電容擊穿等因素都會導致直流接地。所以很容易受灰塵、潮氣的腐蝕，使某些絕緣薄弱元件絕緣降低，斷路碰外殼，甚至絕緣破壞造成直流接地。分析直流接地的原因有如下幾個方面：第一， 二次回路絕緣材料不合格、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、扭傷或過流引起的燒傷等。第二，二次回路及設備嚴重污穢和受潮、接地盒進水，使直流對地絕緣下降。第三，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;某些元件有線頭、未使用的螺絲、墊圈等零件，掉落在帶電回路上。

3、變電站直流系統接地故障的危害

一旦發生直流系統接地故障，正極或者負極發生接地的時候，就會出現保護的拒動或者誤動。當系統中再出現接地或者某點對地絕緣降低，比如，目前直流系統正極接地運行，當保護出口接點后面的線（一般為33）接地，就會直接把正點位接入跳閘線圈，斷路器將誤跳閘。正常情況下正負對地均為絕緣的，系統中有一點發生接地時，一般情況下并不影響直流系統運行，但當出現兩點及兩點以上接地時，就會造成正負極短路，開關誤動或拒動。并引起更大故障隱患。因此直流系統的可靠性是保障變電站安全運行的重要條件之一。

3.1 正極接地的危害

由于斷路器跳閘線圈均接負極電源，當發生系統正極接地時，正極經過大地，構成回路。如圖所示，當圖中的正電源和B點同時接地，操作開關或繼電器接點被短接，造成斷路器的跳閘。同理，兩點接地在合閘回路還可能造成誤合閘，誤報信號等。

3.2 負極接地的危害

負極接地可能造成斷路器的拒絕動作，如圖所示，當圖中的負電源與B點同時接地，B 點和負電源通過大地構成了回路，即負電源和B 點將中間繼電器KM 短接，此時，發生事故保護動作，但由于中間繼電器KM被短接，KM不工作，斷路器不會動作，產生拒動現象，使事故越級擴大。同理，當圖中的負電源和C點同時接地或者圖中的負電源和D點同時接地均可能生成斷路器拒動現象。同理，兩點接地開關也可能合不上。

4 直流系統接地的查找原則及方法

直流系統一般都安裝了自動接地巡檢儀。其優點是能在線實時監測各分支回路的接地狀態，但是直流接地巡檢裝置（包括便攜式） 都有測量精度不高、誤報率高、抗干擾能力差等缺點。所以，僅靠直流接地巡檢儀來查找準確的接地點是不大容易的。因此，我們有時還需要人工查找、排除直流接地故障點。

首先進行故障的查找，分析極地極性。直流系統在故障發生的時候，對接劑的極性要進行判斷，在幾種接地原因之中進行分析，判斷是否是由于人工原因或者是環境因素導致的故障。如果是線路問題，則要根據幾種方法，例如斷路法，將線路進行分段，然后仔細觀察接地的信號是否消失。在進行斷路的時間判斷的時候，一般是1～2s時間，則要進行斷路處理，這個過程容易發生接地信號的消失，接地故障回路的檢查，確定是否出現了回路故障。

4.1直流接地故障查找原則：

發現直流接地在分析、判斷基礎上，用拉路查找分段處理的方法，可以按照以下順序查找：

（1）、陰雨天氣，重點先找室外端子箱、接線箱、密封不嚴的刀閘機構箱、無防雨罩的瓦斯繼電器等室外設備。

（2）、先找有工作的回路和近期工作過的回路，后找其它回路。

（3）、先找事故照明、信號回路、充電裝置回路、蓄電池組，后找其它回路。

（4）、先找合閘回路，后找控制回路、保護回路。

（5）、先找室外設備，后找室內設備。

（6）、先找6KV、10kV、35 kV回路，后找11OkV、220kV、330kV、500kV回路。

（7）、先找簡單回路，后找復雜回路。

（8）、先找一般負荷，后找重要負荷。

4.2查找接地故障具體方法：

（1）、直流充電屏一般安裝有在線監控裝置。當直流系統發生接地時，光字牌、監控裝置的顯示屏或后臺機都會出現告警：直流接地（壓差告警） 信號。用萬用表復核一下正負極對地電壓，判斷哪一極接地及接地程度。輸出饋線屏的面板有一系列直流輸出開關（保險），那些開關大致可分為動力直流部分和控制、保護等部分。

（2）、接地性質明確后，可進行以下處理：檢查絕緣水平低（室外端子箱、接線箱、密封不嚴的刀閘機構箱、無防雨罩的瓦斯繼電器等室外設備、現場工序易潮濕）、易發生接地的開路、存在設備缺陷及有檢修工作的電氣設備和線路是否有接地情況。

（3）、若絕緣監測裝置能監測處接地的具體支路，該支路為雙回路配置的，可以合、拉空氣開關的方法，將該支路負載轉到另一直流母線，觀察接地現象是否轉到另一直流母線上。

（4）、若接地電阻較大，絕緣監測裝置無法檢測出接地支路的，可將絕緣監測裝置的接地告警定值（220V直流系統告警值一般設為25kΩ，110V直流系統告警定值一般設為7kΩ）增大，重新檢測;若正負極同時接地，此時正負電壓平衡，也無法檢測出接地支路，只會做“母線絕緣異常”的告警，可將絕緣監測裝置中的“正負同時接地”設為“是”，正常運行時為“否”，再重新檢測。若能檢測出接地支路，按步驟（3）處理。

（5）、若以上絕緣監測裝置等無法檢測出具體接地支路，在堅持查找直流接地故障的原則的前提下，依次切斷直流屏上各負荷開關，若直流屏上負荷開關所帶負荷中存在不允許短時停電負荷（失去電源后會引起保護誤動作），則禁止直接斷開直流屏上此負荷開關，而應從該負荷開關所帶本段各配出開路本柜控制電源上逐一拉路查找，查找過程中也不允許選切不允許短時停電負荷（失去電源后會引起保護誤動作），若直流屏上負荷開關所帶負荷中不存在不允許短時停電負荷，則可直接拉直流屏負荷開關，但切斷時間不得超過3秒鐘，不論回路接地與否均應合上，如果拉開此開關直流接地現象消除，則可以判斷接地點就在該段母線上，接下來可依次拉開該段母線上所有配出開路直流電源，進而判斷確切的接地開路并進行有效處理，徹底消除接地現象。

（6）、如果拉開直流屏上此開關直流接地現象沒有消除，則應選擇依次拉直流屏上其他配出負荷開關，方法同上。不管是在直流屏配出負荷開關中拉路查找接地還是在直流屏配出負荷開關所帶的下一級負荷中查找接地，都必須堅持直流系統查找接地的原則。最后，如果直流接還沒消除，則應檢查蓄電池、充電裝置及直流屏柜內各二次回路及接線是否有接地現象等。在切斷上述每一直流回路后，應迅速恢復送電。在切斷每一回路過程中，工作人員應根據儀表和信號裝置的指示，判斷是否有接地。如切斷時接地消失，恢復送電后接地又出現，則可肯定接地發生在該回路上，應及時查找接地點設法消除。

結束語

由此可見，直流系統能否可靠運行對變電站的安全運行極其重要。因為直流系統接地現象較復雜，對電力系統的潛在危險性很大，而且引發的事故教訓很多，所以在經濟效益及安全運行要求日益提高的今天，準確、及時、有效地查找直流系統接地是十分有意義的。不僅僅要重視直流電源設備的運行維護，還要重視直流絕緣監察裝置的巡視檢查，只有在不斷實踐中努力探索才能進一步提高掌握查直流接地的能力，確保電力系統安全穩定地運行。

參考文獻

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