一起典型的220 kV變電站直流系統接地故障分析與處理

茹 梁 李 梓 蔣 頔

（國網湖南省電力有限公司衡陽供電分公司，湖南衡陽421000）

0 引言

變電站內電源系統分為直流系統和交流系統，正常運行時交直流系統相互獨立、互不連通[1]。站內直流電源系統是為站內繼電保護裝置、自動化裝置、不間斷電源、斷路器分合閘操作及事故照明等提供直流電源的設備[2]。變電站直流電源的可靠性是電網安全穩(wěn)定運行的基礎，當站內直流系統發(fā)生故障時，極有可能導致繼電保護和安全自動裝置的誤動或拒動，嚴重威脅電網設備安全[3-5]。交流電源串入直流系統是一類常見的直流系統故障。本文對一起典型的220 kV變電站直流系統接地故障進行分析，并提出了相應的處理措施和建議。

1 故障情況

某年5月23日，運維人員在某220 kV變電站進行220 kV母聯600斷路器倒閘操作的過程中發(fā)現，合上斷路器后不能正常儲能，且站內后臺發(fā)出直流系統接地信號。現場檢查發(fā)現該斷路器機構箱內交流儲能電源空氣開關跳閘。運維人員對該三相交流空開進行電壓測量，發(fā)現空開的上端頭A、B、C三相交流對地電壓均為220 V，下端頭三相交流對地電壓均為0 V，且C相直流對地電壓為220 V，初步判斷存在交流電源串入直流系統導致直流接地的故障。

2 故障查找及處理

運維人員在現場使用手持式直流接地查找儀查找直流系統接地點。結合220 kV母聯600斷路器機構箱內交流儲能電源空氣開關跳閘，且空開下端頭電壓異常等現象，檢修人員重點對該斷路器機構箱內相關直流回路進行排查，最終確定斷路器機構信號回路存在直流接地故障。

運維人員對母聯600斷路器匯控柜斷路器機構信號回路進行絕緣測試，發(fā)現電機運轉超時信號回路二次電纜對地絕緣電阻為0 MΩ，該直流信號回路如圖1所示，由A、B、C三相時間繼電器KT接點1-3并聯組成。

圖1 電機運轉超時直流信號回路

運維人員將斷路器匯控柜至分相斷路器機構箱的電機運轉超時信號回路二次電纜線芯的兩端拆除，分別對斷路器匯控柜與斷路器機構箱二次電纜線芯及斷路器機構箱的信號接點進行絕緣測試，得到的結果是斷路器匯控柜與A、B、C三相斷路器機構箱二次電纜線芯絕緣電阻均大于10 MΩ，A相斷路器機構箱的電機運轉超時信號接點絕緣電阻為10 MΩ，B、C相斷路器機構箱該信號接點絕緣電阻為0 MΩ，拆除B、C相電機運轉控制回路的時間繼電器，B、C相斷路器機構箱該信號回路絕緣電阻為10 MΩ。

交流電機控制回路原理圖如圖2所示，時間繼電器KT接點5-8串聯于電機交流控制回路。運維人員對時間繼電器接點進行絕緣測試，絕緣測試結果如表1所示。直流信號接點1-3絕緣電阻為100 MΩ，交流接點5-8絕緣電阻為100 MΩ，接點1-5絕緣電阻為100 MΩ，接點1-8絕緣電阻為100 MΩ，接點3-5絕緣電阻為0 MΩ，接點3-8絕緣電阻為100 MΩ。

圖2 交流電機控制回路原理圖

表1 時間繼電器接點絕緣測試結果

3 故障原因分析

從圖1、圖2可知，時間繼電器KT接點1-3為直流信號回路，接點5-8為電機控制交流回路。正常運行時，時間繼電器1點為直流正電位、3點為直流負電位，5點為交流N端。時間繼電器電路板如圖3所示，交流接點5與直流接點3的焊點過于接近，再加上繼電器密封不好，導致電路板上積存大量灰塵，經過長時間運行，電路絕緣下降。在母聯斷路器操作時YJ接點閉合，時間繼電器啟動，電機控制回路存在交流電流，電路板交流接點5擊穿直流接點3的焊點，導致交流電源串入直流回路，引起直流負極全接地，交流電機電源空開跳閘。

圖3 時間繼電器電路板

4 處理措施及建議

（1）本次故障暴露出該時間繼電器生產廠家制造工藝不合格，未嚴格按照標準制造產品，運維人員現場立即對斷路器機構內的時間繼電器進行了更換。

（2）運維人員利用設備停電檢修機會，對同廠家同型號的時間繼電器進行更換，同時加強二次回路絕緣測試，對絕緣電阻不滿足要求的情況及時進行處理。

（3）運維人員加強設備的投產驗收，對于交直流二次回路共纜、交直流接線端子交叉排列且無加強絕緣隔離措施等設備隱患，應及時予以整改。

（4）在直流系統中加裝交流串入直流監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測直流系統運行狀態(tài)，快速準確地對交流串入直流故障進行報警，幫助檢修人員及時發(fā)現并消除故障。

5 結語

作為繼電保護、安全自動裝置等各類二次設備正常工作的供電電源，站內直流電源系統的安全穩(wěn)定運行至關重要。設備運維檢修人員應在日常工作中密切關注直流系統的運行工況，及時發(fā)現并消除各類設備的隱患和缺陷，減少直流系統接地尤其是交流串入直流系統故障的發(fā)生。