直流系統接地故障處理與運維注意事項

廖金威

廣東電網有限責任公司梅州供電局 廣東 梅州 514021

引言

變電站直流系統由充電屏、饋線屏、蓄電池組、二次電纜和直流負載構成（原理如圖1），主要為保護裝置、安全自動裝置、故障錄波裝置、自動化系統、事故照明、斷路器分合閘操作回路和信號回路等提供穩定可靠的工作電源，是變電站的關鍵設備。而接地故障是直流系統故障最常見的一種，將直接危害電網的安全可靠運行。因此，若運行人員能掌握直流系統接地故障原因分析與處理方法，將有助于在直流系統發生接地故障時快速判斷故障類型與范圍，為后續專業班組進一步排查消除故障節省時間。此外，若運行人員能提升直流系統的日常運維質量，也將有效排除風險隱患，大大地降低直流接地發生的可能性。

圖1 直流系統原理示意圖

1 直流接地的定義及危害

變電站常用的直流系統是對地絕緣的直流220V或110V不接地系統，本文選取直流220V不接地系統為研究對象，正常運行時，正負對地電壓絕對值為117V左右，正母、負母對地絕緣電阻一般均為999.9kΩ。當220V直流系統兩極對地電壓絕對值差超過40V或絕緣降低到25kΩ以下，定義為直流接地[1]。

由于直流系統點多面廣且運行條件復雜，受外部環境影響較大，很容易出現對地絕緣不良的情況，對設備安全運行造成影響。當運行的直流系統發生接地時，直流正母、負母對地電壓將發生偏移，對地絕緣電阻也不再對稱，僅有一點接地時一般不會對直流系統造成直接危害，但是必須及時排除。

因為直流發生正極一點接地時，當某開關跳閘回路中再出現一點接地時，會造成開關誤動作；當直流發生負極一點接地時，當某開關跳閘回路中再出現一點接地時，會使得該回路中的跳閘線圈短接，造成保護真正動作時需要跳開開關時而拒動，導致越級跳閘、負荷損失等電網事故，嚴重威脅著電網的安全運行[2]。因此不允許直流系統長期一點接地運行。當直流系統正負極均有接地時，會造成直流電源短路，造成直流保險熔斷，直流系統電源消失，從而無法為保護提供控制電源，對電力系統的危害性極大。

2 直流接地故障的類型

直流系統全接地為緊急缺陷，直流系統不完全接地、有寄生回路、直流接地監測裝置故障等為重大缺陷，直流系統絕緣降低、直流接地監測裝置在直流接地時不能正確顯示直流接地情況、直流接地監測裝置誤報警等為一般缺陷[3]。當直流回路絕緣下降超過規定值時，應查看故障記錄以及對地絕緣電阻值的大小，確認發生接地故障是正極接地還是負極接地。任一極接地時，該極對地絕緣電阻下降，電壓降低或接近零，而非接地極電壓升高。當兩極的對地電壓都降低時，兩極對地絕緣同時下降，直流系統有可能全接地。根據回路性質、接地方式、接地地點的不同，直流接地故障可以分為以下類型。

2.1 以回路性質劃分

直流接地分為控制回路接地、動力回路接地和信號回路接地等。

2.2 以接地方式劃分

直流接地分為直流回路金屬性或高阻接地、交直流系統之間接地、兩套直流系統之間串電接地等。

2.3 以接地地點劃分

直流接地分為直流屏內設備接地、蓄電池組接地、二次電纜接地、保護板件或元器件故障接地等。

3 接地故障原因分析

直流系統分支龐雜，電纜構成煩瑣，存在室外部分與室內部分，極易受到環境、設備、人為、動物等因素影響，導致直流接地故障的發生[4]。本文主要從環境、設備、人為、動物等四個因素對接地故障的原因進行具體分析。

3.1 環境因素

大雨、潮濕天氣、晝夜溫差大等均可能增大濕度，造成箱體內部凝露，或者箱體門沒有關嚴實，導致箱體內進水，端子排沒有及時清掃積聚粉塵污穢，以及電纜溝積水電纜長期泡水等，都有可能使得直流系統部分絕緣降低或接地[5]。

3.2 設備因素

圖紙設計不合理、設備絕緣質量差、設備長時間運行后絕緣老化、技改擴建產生寄生回路、蓄電池漏液通過酸液形成對地導通回路、刀閘機構箱內的熱耦繼電器接點間絕緣降低導致交直流系統串電、控制回路絕緣不良、開關分合閘線圈與直流接觸器燒毀以及二次電纜斷線搭接外殼等，都有可能發展為直流接地故障。

3.3 人為因素

變電站內有新設備投運和開展技改項目時，現場工作人員野蠻施工大力拖拽二次電纜被尖銳物劃傷、二次電纜受重物輾軋導致破損裸露、施工過程二次電纜絕緣包扎不完整導致裸露誤碰金屬外殼和帶電回路、螺絲或墊片等小物件掉落在帶電回路上、使用萬用表測量直流回路對地電壓時誤選電流擋等，均會引起直流系統接地。

3.4 動物因素

變電站內防小動物封堵破損或封堵不嚴實，導致小動物進入，小動物直接爬到運行設備上，容易造成直流母線和端子排接地，或小動物咬破二次電纜表皮，導致二次電纜外部絕緣受到破壞，后慢慢發展形成直流接地。

4 直流系統接地故障處理

4.1 接地故障處理要求

①發生直流接地時，應第一時間向調度報告現場情況，并匯報當值值班負責人和站長，同時聯系專業班組，溝通反饋現場直流接地故障的情況，做好故障處理的準備。②直流系統發生接地故障后，如再發生接地會形成兩點接地或多點接地，保護將誤動或拒動，所以現場有班組工作時，應在做好必要措施后停止所有二次工作，防止多點接地。③如確實存在可能造成部分保護誤動、拒動的，須向調度申請退出這些保護，并做好開關跳閘等相關事故預想及應急準備。④接地查找及處理必須由兩人進行，工作中應避免造成直流短路或另一點接地。⑤試拉合繼電保護、操作電源、自動裝置及信號電源等重要負荷時，必須先取得調度的許可，必要時退出相應保護出口壓板。⑥退出直流電源熔斷器時應先取下正極，使出口繼電器失去誤動作的電源，然后再取下負極；投入直流電源熔斷器時，首先應投入負極，然后再投入正極[6]。⑦排查故障點時應使用內阻不低于2000歐/伏的萬用表，并禁止使用電流擋。

4.2 接地故障處理步驟

新型直流裝置通過對顯示屏的觀察即可判斷故障點所在回路, 老式直流裝置可通過分合各直流回路電源開關來判斷。

直流系統接地故障時，一般應先根據絕緣監察裝置檢測結果和現場環境，判斷是否真正接地，是哪極接地、哪個支路接地、接地程度如何，接地是否外表可見，分析可否隔離故障點，然后匯報調度，征得調度同意后方可進行接地故障排查。

接地查找方法主要有絕緣監察裝置判斷、專用接地探測儀查找和拉路法等。

4.2.1 查找接地故障時，要保持清晰的思路，分類分設備區域查找，根據絕緣監測裝置顯示和其他故障表象，通過接地探測儀等儀器輔助查找，綜合分析，逐漸縮小和鎖定故障范圍，直至排除故障。

4.2.2 采用拉路法查找故障點時，應遵循以下原則：先找一般回路后查重要回路，如先事故照明→信號回路→充電機回路→控制回路→保護回路；先室外再室內；電壓等級先低后高，先找簡單回路后查復雜回路，而且斷開專用回路電源的時間盡可能不超過3秒鐘。拉路前應采取必要的措施，防止電壓自啟動引起的保護及自動裝置誤動，必要時申請停用有關保護裝置。試拉設備直流電源時，應注意一次設備的運行及有關儀表、后臺信號指示的變化情況[7]。如果拉路法逐一斷開直流回路仍不能確認具體的直流接地故障點，則有可能直流母線排上本身有接地，或者有兩條及以上支路存在接地故障點，需要后續專業班組進一步排查。

5 直流系統運維注意事項

結合直流接地故障原因分析，日常運維中重點做好以下關注：①檢查直流系統絕緣監測裝置上的直流母線電壓和絕緣電阻應顯示正常，無異常聲音。②檢查直流電源設備標識清晰無脫落，根據直流饋線空開投退表與投退記錄，核對屏內饋線空開投退狀態和當前運行方式相符，指示燈應指示正確。③檢查箱體和柜體的備用二次電纜應包扎完整，不能裸露，二次接線應牢固可靠，沒有斷股，端子排應無積塵臟污。④站內開展涉及二次電纜的工作時，務必做好施工過程管控，提醒施工人員保護好電纜，防止因野蠻施工造成電纜破損。施工結束前進行驗收時，務必仔細檢查施工過程中所涉及直流系統的電纜完好情況，一旦發現外觀有劃傷破損或輾軋開裂的情況，應責令施工單位立即進行受損電纜的更換或有效的包扎絕緣處理，確保相關電纜外觀完好，絕緣良好，否則不予驗收通過。⑤檢查所有箱體柜體的防火封堵應完好，尤其要確保室外端子箱與電纜溝、機構箱與線管的有效隔離，避免粉塵、潮氣和小動物進入箱體內。⑥檢查蓄電池室空調與通風裝置應正常運轉，溫濕度滿足技術規范規定的環境要求，如發現蓄電池室內溫度過高時，應及時檢查空調與通風裝置，出現故障應立即聯系維護單位修理，確?？照{與通風裝置正常運轉，溫度過高將導致蓄電池組壽命大大縮短，危害直流系統的安全可靠運行；蓄電池室內的濕度也需要特別關注，確保室內門窗關好，室內墻體無滲漏水，濕度過高將使線路受潮，蓄電池組的絕緣降低，后續發展為直流接地。⑦檢查蓄電池的外觀是否良好，有無破損、有無漏液，安全閥無堵塞，密封良好，極柱與安全閥周圍無酸霧逸出。⑧在浮充狀態下，定期測量蓄電池的端電壓是否正常并做好相應記錄，如有單節蓄電池電壓過高或過低不滿足技術規范的要求時，應及時上報缺陷，做好跟蹤監測。⑨對于新安裝、檢修、改造后的直流系統投運后，或雷雨、大霧等異常天氣下，應按要求開展特殊巡視[8]。

6 結束語

隨著電網的快速發展，越來越多變電站啟動投產，直流系統對于變電站的安全可靠運行的重要性進一步凸顯。本文系統地分析和整理直流系統接地故障類型、原因與處理方法以及運維注意事項，對現場快速判斷接地故障類型、原因以及排查故障點，提升直流系統的運維水平，有指導作用。