兩套直流系統竄電故障定位分析

羅六洋

（云南電網有限責任公司普洱供電局，云南 普洱 665000）

0 前言

在電力系統中，站內直流系統以控制電纜為媒介將二次設備和一次設備緊密聯系在一起，一套穩定完整獨立且安全可靠的直流系統是保證繼電保護設備對一次開關進行精準控制的基礎。當直流系統發生竄電故障或接地故障時會導致保護誤動或一次開關拒動，影響電網安全穩定運行，常規處理直流系統竄電或直流接地故障的方法是“拉路法”，此方法需要對所有饋線總路空開逐一進行“拉路”驗證，確定故障支路，耗時耗力，影響設備正常運行。以下提出在站內配置兩套直流系統，且站內直流系統絕緣檢測裝置不具備直流互竄檢測功能時，借助直流接地快速查找儀，快速定位直流系統竄電故障點的方法。

1 變電站直流系統竄電情況

1.1 變電站直流系統

目前在變電站使用較多的是±220 V直流系統和±48 V直流系統，±220 V直流系統多用于保護裝置裝置電源、控制回路、儲能回路、遙信回路等，±48 V直流系統則多用于通信設備。以下以±220 V直流系統為例分析，直流電源有正極和負極，正負極之間的電壓為220 V，且要求正負極之間的電壓誤差在10 %以內。如圖1所示通過平衡電橋原理可以得到：當R1=R2時，正母線對地電阻R+等于負母線對地電阻R-，則由R1、R2、R+、R-和K構成的電橋處于平衡狀態，K不發直流接地信號，一旦正極或負極發生接地，則電橋平衡被打破，K發出直流接地信號。

圖1 直流系統等效電路圖

1.2 兩套直流系統竄電情況

直流系統竄電又稱為環網故障或產生寄生回路，兩套直流系統之間竄電情況有四種：正-正極互竄、負-負互竄、正-負互竄、負-正互竄。本文以正-負互竄和負-正互竄為例分析，在這兩種情況下兩段直流電源電壓增加一倍。利用平衡橋的原理對兩套直流系統進行分析，得到當配置有兩套直流系統之間有竄電時，直流系統的平衡狀態也將會被打破，此時即使兩套直流系統均無接地情況，仍會造成兩套直流系統壓差絕緣告警。此時，竄電在一起的兩套直流系統電壓的關系為正極電壓和負極電壓數值相反，例如：以某110 kV變電站兩套直流系統竄電為例，第一套直流系統電壓為+149.4 V、－82.4 V，第二套直流系統電壓為+82.4 V、－149.4 V。

圖2 兩套直流系統竄電情況

2 直流系統電壓異常故障實例

某110 kV變電站發生一起智能直流絕緣監測裝置報“直流母線壓差絕緣告警”故障，正負母線之間電壓絕對值之差達到67 V，各直流饋線支路絕緣正常無接地現象，萬用表測量兩套直流系統未串入交流電，根據故障表象分析為站內兩套直流系統之間存在竄電，且竄電類型為正-負互竄和負-正互竄，竄電情況如圖3所示：當遙信3硬節點閉合后，兩套直流系統通過35 kV備自投裝置、遙信3硬節點、公用測控裝置回路產生竄電，第二套直流系統正電和第一套直流系統負電互竄，造成直流母線電壓異常，嚴重時將會造成繼電保護裝置誤動或一次設備拒動。

35 kV備自投裝置和公用測控裝置安裝于同一保護屏上，且兩套保護裝置遙信電源取自不同段直流母線，35 kV備自投裝置遙信電源取自一段直流系統，公用測控裝置電源取自二段直流系統，在直流母線壓差絕緣告警狀態下，斷開任一一臺保護裝置遙信電源后，告警信號復歸，兩套直流系統正負母線電壓恢復正常狀態，如圖3所示：遙信1、遙信2節點變位，不會引起直流系統運行異常，屬于獨立直流系統遙信節點正常變位，當遙信3節點閉合時將會把第二套直流系統的正電引入第一套直流系統內，導致兩套直流系統之間竄電，因站內智能直流絕緣監測裝置無“直流互竄檢測”功能，無法定位故障支路，智能直流絕緣監測裝置只報出“直流母線壓差絕緣告警”信號，并伴隨出現直流母線電壓異常現象。

圖3 站內實際竄電情況圖

3 直流系統竄電故障定位方法

3.1 傳統的“拉路法”排查

逐一斷開站內所有斷路器控制電源，儲能電源空氣開關，直流母線壓差告警信號未復歸，排除了控制回路、儲能回路引起的直流系統竄電可能，因為斷開斷路器、主變等保護裝置電源風險較高，流程較復雜，而且可能會造成保護誤動作及一次設備失去保護而拒動的風險，所以將竄電故障點定位在保護裝置電源中，利用此方法未能準確定位故障點。

3.2 快速定位直流系統竄電故障點

直流接地查找儀查找站內直流系統接地故障的方法利用了平衡橋的原理，將故障定位到總路空氣開關，目前直流屏上都安裝有微機直流絕緣檢測儀，發生直流接地時，絕緣檢測儀會報出是哪一極（正極還是負極）接地、接地電阻是多少，隨后會報出接地支路號，根據支路號就可將接地點定位到總路空氣開關，但針對兩套直流系統竄電故障的情況，微機直流絕緣檢測儀無法通過接地電阻來判斷具體支路有竄電，當直流系統壓差達到告警值時，將直流接地查找儀接入任意一套直流系統，利用手持式查找儀對總路空氣開關進行逐一排除，在此過程中需要注意的是排查對象需要擴大到兩套直流系統總路空氣開關才能確定出具體兩路竄電饋線，通過該方法確定竄電分路空氣開關的兩條竄電支路：35 kV備自投裝置裝置電源支路和公用測控裝置裝置電源支路。竄電支路確定后，需要對35 kV備自投裝置和公用測控裝置接收的硬節點遙信信號逐一進行排查篩選，確定竄電電纜所連接的竄電節點的故障位置，既查找出遙信3硬節點信號所在的電纜，從而確定故障點。

公用測控裝置收到來自分段312端子箱的開關位置信號及其他輔助類信號，電纜編號UFD-116（5），35 kV備自投裝置收到來自分段312端子箱控制信號及輔助類信號，電纜編號UFD-116（2），其中存在兩處錯誤如圖4所示：

圖4 312斷路器端子箱接線情況

錯誤一：兩根電纜公共端正電接反，錯誤二：遙信硬節點閉合后電位返回到不對應的電纜。信號電纜接線上的錯誤導致兩套直流系統在分段312端子箱處通過遙信信號硬節點竄電，造成直流母線壓差絕緣告警。

4 結束語

變電站的直流系統就像人體肌肉接受大腦指令控制人的行為意識一樣，通過接收保護裝置發出的控制指令精準控制變電站內一次設備，從而實現電網運行方式的改變，或可靠切除故障降低電網風險。一旦站內某一處發生直流接地或直流系統竄電，檢修人員又不能第一時間定位故障點，就有可能對電力系統造成極大的危害。因此，我們在直流系統的設計、安裝、驗收、運行、維護、檢修等方面都要加大力度，嚴防造成直流接地或直流系統竄電的因素存在，以保證電力系統的安全穩定運行。