500kV變電站直流系統組成及接地故障分析

李海亮

摘要：變電站直流系統是獨立于主網架之外的電源系統，直流系統運行方式不受一次設備運行方式的影響。直流系統在變電站中承擔著重要角色，一般為保護裝置、隔離開關等設備的控制回路提供電源，也常用于變電站站內事故照明逆變電源部分提供直流電源。直流系統電壓是否正常、兩極絕緣是否良好關系到保護裝置能否正確動作，嚴重時甚至會導致保護出現閉鎖、控制回路失去作用、斷路器操作電源失效等。

關鍵詞：500KV變電站;直流系統;接地故障

1 500 kV變電站直流系統工作原理及組成

變電站直流系統一般包含兩段，每段直流由站內兩個來源不同的站用交流電通過各自所附屬的充電機模塊實現整流，確保站內直流供電系統的可靠性。

500 kV變電站直流系統通常包含由站用變提供的交流供電電源、用于整流的整流器（充電機）模塊、直流饋電單元以及系統絕緣監測模塊。其中，整流器模塊和絕緣監測模塊是整個直流系統的核心。

1.1 整流模塊

整流模塊目前已廣泛應用于系統發電廠、變電站中，一般可作為直流穩壓和穩流電源使用。通常情況下，變電站整流模塊輸出的標稱直流電壓一般為220 V，額定電流一般為10 A。整流模塊在上級三相交流電源輸入后，先經過EMI濾波和三相全波整流后形成高壓直流電，再經過全橋移相逆變、整流為頻率約140 k Hz的脈沖電壓波，最后通過內部的濾波裝置后形成220 V的直流電源。

在變電站中，一般一個充電機屏包含有多個整流模塊，各個整流模塊之間可以并聯運行并實現自動均流。多模塊并列運行的優勢在于，當某個或幾個整流模塊出現異常或故障退出運行時，其他整流模塊可以不受影響，繼續保持正常運行，從而從源頭上提高直流系統運行的可靠性。投入實際生產運行中的整流模塊一般還包含熱插拔功能、過流保護功能、過溫保護功能、短路保護功能、輸出過壓保護功能以及告警功能等。

1.2 絕緣監測模塊

絕緣監測模塊主要作用是實時不間斷監測直流系統的絕緣狀況，以集散方式通過整流模塊內部的監控電路、信號采集單元等對當前系統絕緣參數進行采集，將采集的數據以串行通信方式傳輸給微機直流監控裝置的主機。絕緣監測模塊在其主板上擴展了串口和以太網接口等，可實現與多個各級智能設備的連接和數據傳輸，也可通過RS-485方式或以太網接口將采集的告警、開關量信息等傳輸到監控后臺。

絕緣監測模塊包含有核心電路、開關量輸入單元、開關量輸出單元、人機接口界面、COM串口、通信接口等。絕緣監測模塊通過對整流模塊的輸出電壓電流信息、電池巡檢裝置單個蓄電池電壓、溫度等智能設備的運行參數進行實時數據采集，滿足了電力系統對直流電源的監控要求，替代了需要人工對直流電源系統進行巡視、維護、管理的傳統模式，提升了變電站直流電源管理的智能化水平。

2 變電站直流系統接地故障類型及其危害分析

2.1 直流系統接地故障類型

實踐中通常將變電站直流系統正、負極與大地間的絕緣水平降至某一規定值的現象，稱作直流系統接地。根據按接地極性不同，又可以細分成正極接地、負極接地兩種;根據接地類型不同，可將其分成金屬性接地、非金屬性接地 （也就是完全與不完全接地） 。

2.2 直流系統接地故障的危害

實踐中，如果變電站直流系統上出現了兩點接地現象，則該系統可能會出現接地性短路故障問題，進而導致繼電保護、自動設備誤操作，信號等滅掉或出現拒動現象，更為嚴重時直流空開會出現跳閘現象，最終使自動設備、保護裝置以及控制回路等工作環節，失去電源，并且使一次設備產生嚴重的安全隱患問題。對于斷路器而言，其跳閘線圈與負極電源相連接，當變電站直流系統的兩點正極出現接地問題時，其正極經大地可能形成一個閉合的回路 ，當A、B兩點同時接地，相當于A、B兩點通過大地相連接起來，中間繼電器2J1動作生成斷路器的跳閘。若變電站直流系統的兩點負極發生接地現象，則保護動作環節也可能出現短路現象，斷路器停止正常的動作或者拒動，越級跳閘或更為嚴重的事故問題由此產生。

3 直流系統接地的故障分析

3.1 直流系統接地的原因

直流系統接地的原因可分為人為因素、設備因素、環境因素、其他因素等。

人為因素造成直流接地。檢修人員漏包扎帶電二次回路電纜頭、測量二次回路時誤碰設備金屬外殼、施工中將二次回路電纜損壞造成接地等。人為因素造成的直流接地多為人員疏忽或技術能力不足造成，是變電站改擴建過程中直流接地的主要因素。

設備因素造成直流接地。直流系統在設備長期運行過程中易受到各種不利因素影響，如改擴建造成寄生回路、長期不良環境造成絕緣老化、設備質量差絕緣壽命不足等都會造成直流接地，對設備穩定運行帶來影響。

環境因素造成直流接地。直流接地多發生于末端支路上，因為末端支路運行環境惡劣，易出現受潮、高溫現象，對直流系統絕緣帶來很大威脅。如箱體內凝露、雨天箱內積水、持續高溫等情況，短時間或持續不斷的降低直流系統絕緣，造成接地。

其他因素造成直流接地。除常見的各類因素外，變電站內還有很多其他因素易導致直流接地現象發生，如小動物破壞、長期靠近轉動部件造成磨損等，這類因素在變電站中也時有發生，且不易于防范。

3.2 防止直流系統接地的防護措施

為防止直流系統接地，可采取以下防護措施：對直流系統定期開展檢查維護;加強工作監督力度;開展特殊巡視。

4 直流系統接地故障查找與排除

4.1 接地故障查找方法

變電站直流接地查找一般采用拉路法、在線監測法進行故障點查找。

拉路法是變電站中最常用的一種直流接地查找方法，一般遵循“先信號后控制、先室外后室內”的原則執行。該方法通過斷開某一支路的直流饋線空開，判斷故障點是否消除，確認故障支路從而確認故障點。采用拉路法應至少兩人進行，拉開斷路器控制回路、保護裝置電源前應先向相關調度申請，調度同意后方可進行。

在線監測法是通過站內直流系統上安裝的直流監測裝置判斷故障支路，通過上下級監測裝置配合可確認故障具體支路，并根據現場天氣、施工作業情況確認故障點。該方法實施中應先根據總監測裝置情況確認故障區域，再根據某電壓等級直流分配屏監測裝置查找相關直流，最終確認終端支路，該方法可與拉路法相結合，可快速查找直流接地故障。

4.2 直流接地故障的排除

變電站內發生直流接地故障時，應首先確認站內有無工作，若有工作應要求工作立即停止，檢查作業現場有無造成直流接地的因素。若站內無工作，先根據絕緣監測裝置告警提示查找，通過一級一級地查找逐漸縮小范圍，最終確認故障支路，根據天氣情況和裝置提示找出故障點。采用拉路法、在線監測法確認支路后，還可利用直流接地故障查找儀確認故障點，便于提高查找效率。

5 結束語

變電站直流系統的運行狀況直接影響帶變電站保護及自動化裝置能否正常運行。現階段，直流系統也正朝著愈加復雜的方向發展，使直流系統發生接地故障的概率增加，而且也增加了查找故障點的難度。針對直流系統，日常工作重點應放在平時的防范上，對于容易發生接地的地方要加強巡視，出現直流接地故障時要盡快找出接地點，并采取正確的隔離措施，以便后續的恢復工作。

參考文獻

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