變電站直流系統(tǒng)接地故障分析及處理

摘要：在電力技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，電力系統(tǒng)規(guī)模和復雜度逐漸增加，直流系統(tǒng)的應用也更加廣泛。在電力系統(tǒng)中，變電站直流系統(tǒng)是電能傳輸和配電的重要組成部分。但是直流系統(tǒng)接地故障是電力系統(tǒng)運行中常見的問題之一。接地故障不僅可能導致設備的損壞，還會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，對于變電站直流系統(tǒng)接地故障的深入分析和有效處理顯得尤為重要。將深入探討變電站直流系統(tǒng)接地故障的發(fā)生原因、故障類型以及相應的處理策略，旨在為電力工程技術(shù)人員提供有關直流系統(tǒng)接地故障問題的全面參考。

關鍵詞：變電站直流系統(tǒng)接地故障電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM63

AnalysisandHandlingofGroundingFaultsinSubstationDCSystem

JIANGMeina

BeijingChangfengXinlianEngineeringManagementCo.，Ltd，BeijingCity，100039China

Abstract：Inthecontextofthecontinuousdevelopmentofpowertechnology，thescaleandcomplexityofpowersystemsaregraduallyincreasing，andtheapplicationofdirectcurrent（DC）systemismoreextensive.Inpowersystem，substationDCsystemisanimportantpartofpowertransmissionanddistribution.ButDCsystemgroundingfaultisoneofthecommonproblemsinpowersystemoperation.Groundingfaultsmaynotonlycauseequipmentdamage，butalso?;affectthestabilityandreliabilityofthepowergrid.Therefore，in-depthanalysisandeffectivehandlingofgroundingfaultofsubstationDCsystemareparticularlyimportant.Itwilldelveintothecauses，types，andcorrespondinghandlingstrategiesofDCsystemgroundingfaultinsubstations，inordertoprovideacomprehensivereferenceforpowerengineeringtechniciansonDCsystemgroundingfault.

KeyWords：Substation;DCsystem;Groundingfault;Powersystem

在新能源大規(guī)模接入的形勢下，直流系統(tǒng)逐漸成為電力傳輸?shù)闹匾绞?，直流系統(tǒng)具有輸電損耗小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，然而由于其特殊的電氣性質(zhì)，一旦發(fā)生接地故障，可能對整個電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響。在變電站直流系統(tǒng)中，接地故障分析是維護系統(tǒng)正常運行的關鍵環(huán)節(jié)。接地故障可能源于設備缺陷、操作不當、環(huán)境影響等多種原因，其及時準確的分析對于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性具有重要作用，需要明確故障類型與主要成因，以此為基礎采用相應的處理策略，從而確保故障問題能夠得到及時有效處理。

1變電站直流系統(tǒng)的接地故障類型

1.1有源接地故障分析

有源接地故障是指在電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)中性點通過有源元件與地之間發(fā)生短路，形成接地故障，有源接地故障包括有源直流接地故障和有源交流接地故障。由于有源元件的存在，有源接地故障時，系統(tǒng)中的電流波動較為劇烈，會引起電力系統(tǒng)的瞬時不穩(wěn)定，且有源接地故障會導致系統(tǒng)中性點電位升高，可能影響系統(tǒng)其他設備的正常運行，同時有源接地故障還可能導致系統(tǒng)電壓波動明顯，對電力設備造成影響。在有源直流系統(tǒng)中，單相接地故障是最為常見的類型，是指系統(tǒng)中的一個極性導體與地之間發(fā)生短路，形成單相接地故障，該故障會導致系統(tǒng)電流的不對稱，可能對電力設備造成損壞；雙相接地故障是指系統(tǒng)中的兩個極性導體同時與地之間發(fā)生短路，形成雙相接地故障，該類故障通常較為嚴重，會導致系統(tǒng)電壓波動較大，對電力設備產(chǎn)生嚴重影響。圖1為電纜有源接地故障簡圖。

1.2電阻性接地故障分析

電阻性接地故障是指電力系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)的正、負極之一通過一個電阻性元件與地之間發(fā)生短路的故障，故障通常設備的絕緣破損、接地電阻升高等原因引起。由于是通過電阻性元件接地，電流波動相對較小，不像短路故障那樣電流劇烈波動，電阻性接地故障會導致系統(tǒng)中性點電壓升高，會對設備和系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生不利影響，且電阻性接地故障的發(fā)展通常較為緩慢，不同于瞬時的短路故障。

1.3多分支接地故障分析

多分支接地故障是指直流系統(tǒng)中同時存在多個分支發(fā)生接地故障的情況，分支可能是并聯(lián)的電路、設備或線路，其同時發(fā)生接地故障會導致系統(tǒng)復雜性增加，難以準確定位和及時處理。由于多個分支同時接地，使得故障分析和處理變得復雜，不同分支的接地可能由不同原因引起，需要全面考慮各個分支的狀態(tài)和故障情況；多分支接地故障的發(fā)生使得故障的定位變得相對困難，不同分支之間可能相互影響，故障點的確定需要綜合考慮各個分支的運行狀態(tài)和接地情況[1]。

2變電站直流系統(tǒng)接地故障原因

2.1設備元件損壞或性能下降

變電站直流系統(tǒng)中的絕緣材料，如電纜絕緣、開關設備絕緣等，隨著長時間的運行和電力負荷的作用，其絕緣材料可能發(fā)生老化，絕緣老化導致絕緣強度降低，增加設備發(fā)生接地故障的風險；導電元件，如電流互感器、電流開關等，經(jīng)過長時間的使用也容易出現(xiàn)老化，導電元件老化會導致電流測量不準確、接觸電阻增大等問題，增加了接地故障的可能性。

2.2設備設計存在缺陷

在設備元件制造過程中，材料的質(zhì)量問題可能導致元件的內(nèi)部存在隱患，材料缺陷會引發(fā)元件在運行中的異常，最終導致接地故障；設備元件的制造工藝不當，如焊接不牢固、裝配不準確等問題，也可能使設備元件在運行中發(fā)生故障，增加接地故障的風險。

2.3環(huán)境因素

直流設備通常安裝在室外，惡劣的氣候條件如高溫、潮濕、強風等可能對設備產(chǎn)生不利影響。例如：高溫會使設備散熱不暢，潮濕可能導致絕緣擊穿，從而引發(fā)接地故障；在海邊或化工廠附近，大氣中的鹽分或化學氣體容易引起設備金屬部件的腐蝕，加速設備元件的老化，進而增加接地故障的風險[2]。

2.4設備元件不當操作

對設備進行過載操作可能導致設備元件損壞，例如：直流設備中的整流器、逆變器等元件在長時間高負荷運行下容易受到損傷，從而引發(fā)接地故障；設備頻繁開關可能導致接觸器、斷路器等開關設備磨損，增加設備元件故障的風險，進而引發(fā)接地故障。

3變電站直流系統(tǒng)的接地故障分析及處理措施

變電站直流系統(tǒng)的接地故障類型多樣，原因復雜，如果不能有效預防或及時處理，將會給變電站造成極大影響。因此，在此情況下，變電站運維檢修工作人員應了解接地故障檢測方法，實施檢測分析，為后續(xù)的故障處理打好基礎。

3.1故障診斷方法

3.1.1經(jīng)驗分析方法

經(jīng)驗分析是診斷接地故障中最為簡單的方式，操作人員通過觀察直流系統(tǒng)的運行狀態(tài)，尋找異常現(xiàn)象，如設備發(fā)熱、電流波動等，從而初步判斷可能存在的接地故障；查閱設備運行日志也屬于經(jīng)驗分析法，運行日志中記錄了設備的運行參數(shù)、維護情況等信息，通過分析數(shù)據(jù)可以找到接地故障的原因，從而確定故障的位置和性質(zhì)[3]。

3.1.2拉路查找方法

拉路查找是一種常用的故障定位方法，采用隔離法，通過逐一隔離直流系統(tǒng)的分支，觀察隔離后系統(tǒng)的運行狀態(tài)，找到引起異常的分支，從而確定接地故障的位置；短接法是通過在系統(tǒng)中逐一短接元件，觀察短接后系統(tǒng)的反應，找到引起異常的元件，進而確定接地故障的位置，該方法需要謹慎操作，以免對系統(tǒng)產(chǎn)生更大的影響。

3.1.3在線檢測方法

熱成像技術(shù)是一種常用的在線檢測法，通過紅外熱像儀對直流系統(tǒng)設備進行掃描，檢測設備表面溫度的分布情況。接地故障通常會導致設備局部溫度升高，通過熱成像技術(shù)可以及時發(fā)現(xiàn)異常熱點，幫助精確定位故障點。高頻電流法是一種在線檢測接地故障的先進技術(shù)。通過監(jiān)測直流系統(tǒng)中的高頻電流信號，可以發(fā)現(xiàn)潛在的接地故障，該方法對于早期故障的檢測具有較高的靈敏度，有助于提前采取措施，防止故障進一步發(fā)展[4]。

3.2故障處理措施

3.2.1有源接地故障處理

當有源接地故障發(fā)生時，需要迅速隔離故障點，防止故障擴散，隔離可以通過直流系統(tǒng)的隔離開關或隔離器來實現(xiàn)，通過及時隔離故障點，可以減少故障對系統(tǒng)的影響，降低事故擴散的風險；隔離故障點后，需要對相關設備進行仔細檢修，檢查有源接地故障引起的設備損壞情況，修復或更換受損設備，并對隔離開關、隔離器等設備進行檢查，確保其正常運行，為系統(tǒng)的恢復提供有力支持。在隔離有源接地故障的同時，可以利用備用電源為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源支持，緩解故障對系統(tǒng)運行的沖擊，保障重要設備的正常運行。此外，繼電保護是識別和隔離接地故障的關鍵，合理配置差動保護、過電流保護等繼電保護裝置，能夠及時準確地檢測有源接地故障，并迅速切除故障部分，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

3.2.2電阻性接地故障處理

針對電阻性接地故障區(qū)段，可以采用局部接地裝置將故障電流引至地，減小對系統(tǒng)的影響，局部接地裝置需要具備快速動作、可靠性高等特點；利用故障指示器等設備，可以在故障點附近迅速確定故障位置，從而加快處理速度，并利用電阻測量儀器對故障點進行電阻值測試，幫助進一步縮小故障范圍，提高處理的精確性。針對電阻性接地故障的具體原因，采取相應的清除措施，如清除絕緣物質(zhì)、修復設備等；在修復后，進行絕緣測試，確保系統(tǒng)恢復正常并符合安全運行要求。為了避免出現(xiàn)電阻性接地故障，需要定期對直流系統(tǒng)設備進行巡視、檢修和維護，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行處理，降低電阻性接地故障的發(fā)生概率，同時需要通過技術(shù)手段提高設備的抗干擾能力，減少外界因素對系統(tǒng)的影響，降低電阻性接地故障的發(fā)生可能性[5]。

3.2.3多分支接地故障處理

與其他故障處理相同，首先需要進行隔離與定位，進行局部隔離后考慮如何釋放故障電流，防止其繼續(xù)積累造成二次故障，通過設置故FEAJwCyNmrYjaLvERZhTSAx+dgYd5y8+Ain1nLQ7AP4=障點附近的阻性補償器或利用電流限制器等設備，將故障電流引導到地網(wǎng)中，實現(xiàn)對電流的可控釋放，能夠降低系統(tǒng)的故障電壓，減小對設備的損害程度。對于受損嚴重的設備，需要及時更替或修復，以保障系統(tǒng)的正常運行，在更替或修復設備的過程中，需要嚴格遵循相關的操作規(guī)程和安全標準，確保工作人員的安全。在完成設備更替與修復后，可以逐步進行系統(tǒng)的重啟X2YVaKIkRF4hVP7EDQKymxnHWXECTbgc6JOAixUqFAM=，重啟過程中需要對系統(tǒng)進行全面監(jiān)測，確保各個參數(shù)恢復正常；利用故障錄波器等設備，對系統(tǒng)運行過程中的波形進行實時監(jiān)測，以確保沒有潛在的問題存在。為了避免同類型故障再次發(fā)生，需要對發(fā)生的多分支接地故障進行深入的分析，總結(jié)故障的原因和處理經(jīng)驗，基于故障分析的結(jié)果采取相應的預防措施，降低故障再次發(fā)生的概率。這包括系統(tǒng)的定期檢查、維護，以及設備的升級與改進等方面[6]。

4結(jié)語

綜上所述，變電站直流系統(tǒng)接地故障的深入分析及有效處理研究對于確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行具有重要的意義。只有通過科學的研究和技術(shù)手段，才能更好地預防和解決接地故障問題，為電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化和智能化發(fā)展提供有力支持，同時促進變電站直流系統(tǒng)安全運行。

參考文獻

[1]高椿程.變電站直流系統(tǒng)接地故障分析及處理方法[J].自動化應用，2023，64（6）：58-60.

[2]陳釗，王高亮，王冬.有關變電站直流系統(tǒng)的接地故障檢測討論[J].進展：科學視界，2021（9）：77-78.

[3]井勇森.變電站直流系統(tǒng)接地故障處理措施分析[J].光源與照明，2023（1）：150-152.

[4]程媛，張健韜，李仲強，等.變電站直流系統(tǒng)接地故障查找策略綜述[J].南方能源建設，2023，10（5）：57-64.

[5]余海.基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站直流絕緣檢測技術(shù)研究[D].淄博：山東理工大學，2021.

[6]陳文海.區(qū)域電網(wǎng)偏磁直流分布關鍵站點辨識方法研究[D].西安：西安科技大學，2021.