變電站直流接地故障探討

曾雙成

(重慶市電力公司檢修分公司,重慶 400039)

引言

變電站直流系統(tǒng)是全站保護(hù)、自動(dòng)裝置、監(jiān)控、通訊、操作控制系統(tǒng)電源，必須確保其安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。直流系統(tǒng)是絕緣系統(tǒng)，正常時(shí)，正、負(fù)極對(duì)地絕緣電阻相等，正、負(fù)極對(duì)地電壓平衡。在調(diào)試試運(yùn)階段，或者在運(yùn)行環(huán)境較差運(yùn)行較長時(shí)間后由于設(shè)備老化，施工過程中埋下的隱患等引發(fā)直流接地故障。當(dāng)直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地，供電可靠性大大降低，因?yàn)樵诮拥攸c(diǎn)未消除時(shí)再發(fā)生第二點(diǎn)接地，極易引起直流短路和開關(guān)誤動(dòng)、拒動(dòng)，以至損壞設(shè)備，甚至造成大面積停電和系統(tǒng)崩潰的嚴(yán)重后果，所以直流一點(diǎn)接地時(shí)，設(shè)備雖可以繼續(xù)運(yùn)行，但接地點(diǎn)必須盡快查到，立即消除或隔離，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行 。根據(jù)自己在工作中的一些體會(huì)，本文介紹了直流接地故障形式、原因，危害，查找方法、注意事項(xiàng)，預(yù)防措施。

1 直流接地形式及產(chǎn)生原因

按接地點(diǎn)所處位置的不同，可將直流接地分為室內(nèi)和室外兩種形式，按接地極性分為正接地和負(fù)接地，按接地的程度分為直接接地，亦稱金屬接地或全接地和間接接地，亦稱非金屬接地或半接地，按接地情況分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、環(huán)路接地、或絕緣降低，按接地的長短時(shí)間分為瞬間接地和永久接地，按引起接地的原因有以下情況。

1.1 由于電纜、電氣設(shè)備的質(zhì)量原因引起的接地：如二次回路絕緣材料不合格、絕緣性能低。或存在某些損傷缺陷、如磨傷、砸傷、壓傷、扭傷或過流引起的燒傷等。

1.2 年久失修電纜和設(shè)備的老化等引起的直流接地，變電站直流系統(tǒng)所接設(shè)備多，回路復(fù)雜在長期運(yùn)行在惡劣環(huán)境和氣候下，電纜設(shè)備絕緣降低，導(dǎo)到半接地或全接地。

1.3 由下雨天氣引起的接地。在大雨天氣，雨水飄入未密封嚴(yán)實(shí)的戶外二次接線盒，使接線樁頭和外殼導(dǎo)通起來，引起接地。例如瓦斯繼電器，壓力釋放繼電器不裝防雨罩。在持續(xù)的梅雨天氣，潮濕的空氣會(huì)使戶外電纜芯破損處或者黑膠布包扎處，絕緣大大降低，從而引發(fā)直流接地。

1.4 由小動(dòng)物破壞引起的接地。當(dāng)二次接線盒密封不好時(shí)，蜜蜂會(huì)鉆進(jìn)盒里筑巢，巢穴將接線端子和外殼連接起來時(shí)，電纜外皮被老鼠咬破、老鼠、蜈蚣等小動(dòng)物爬入帶電回路引起直流接地。

1.5 斷路器的合閘線圈，合閘接觸器，中間繼電器引線不良或線圈燒毀后絕緣破壞發(fā)生接地。

1.6 由擠壓磨損引起的接地。當(dāng)二次線與轉(zhuǎn)動(dòng)部件靠在一起時(shí)，二次線絕緣皮容易受到轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損，當(dāng)其磨破時(shí)，便造成直流接地。

1.7 接線松動(dòng)脫落引起接地。接在斷路器機(jī)構(gòu)箱端子排的二次線，若螺絲未緊固，則在斷路器多次跳合時(shí)接線頭容易從端子中滑出，搭在鐵件上引起接地。

1.8 誤接線引起接地。在二次接線中，電纜芯的一頭接在端子上運(yùn)行，另一頭被誤認(rèn)為是備用芯或者不帶電而讓其裸露在鐵件上，引起接地。在拆除電纜芯時(shí)，誤認(rèn)為電纜芯從端子排上解下來就不帶電，從而不做任何絕緣包扎，如果電纜芯一旦接觸鐵件就引發(fā)接地。

1.9 微機(jī)保護(hù)插件內(nèi)元件損壞引起接地。為抗干擾，插件電路設(shè)計(jì)中通常在正負(fù)極和地之間并聯(lián)抗干擾電容，該電容擊穿時(shí)引起直流接地。

1.10 由于基建、技改、擴(kuò)建施工過程中由于外面施工隊(duì)伍技術(shù)水平參次不齊，施工工藝差引起的接地，由于在驗(yàn)收時(shí)由于時(shí)間緊，驗(yàn)收項(xiàng)目不全面，導(dǎo)致有些故障隱患不能發(fā)現(xiàn)，時(shí)間越長接地故障概率越大。

1.11 由于人為原因引起的接地。變電站有交流，直流。由于各專業(yè)人員誤搭接電源時(shí)交直流混用引起直流接地。

1.12 工作中，二次絕緣檢查不到位，使絕緣性能降低后未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)引起直流接地。

1.13 工作中，設(shè)備維護(hù)職責(zé)劃分不明確，出現(xiàn)一些死角、漏角，使某些設(shè)備維護(hù)不到位引起的直流接地。

2 直流系統(tǒng)接地危害分析

直流接地故障中，當(dāng)直流一點(diǎn)接地時(shí)，正、負(fù)極對(duì)地電壓發(fā)生變化，接地極對(duì)地電壓降低，非接地極電壓升高，在接地發(fā)生和恢復(fù)的瞬間，經(jīng)遠(yuǎn)距離、長電纜起動(dòng)中間繼電器跳閘的回路可能因其較大的分布電容造成中間繼電器誤動(dòng)跳閘。當(dāng)兩點(diǎn)接地，可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。直流系統(tǒng)發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，便可能構(gòu)成接地短路，造成繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，或造成直流保險(xiǎn)熔斷，使保護(hù)及自動(dòng)裝置、控制回路失去電源。當(dāng)保護(hù)開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，越級(jí)跳閘造成大面積停電的電網(wǎng)事故。

3 直流系統(tǒng)接地查找方法

3.1 利用絕緣監(jiān)測(cè)裝置判斷 變電站的直流母線一般分為兩段，每段母線上均裝有絕緣監(jiān)測(cè)裝置。且在直流母線上均裝有微機(jī)直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置，直流系統(tǒng)正常工作時(shí)，裝置數(shù)字顯示母線電壓，監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)正、負(fù)母線絕緣狀況，該裝置的優(yōu)點(diǎn)是能在線監(jiān)測(cè)，隨時(shí)報(bào)告直流系統(tǒng)接地故障，并顯示出接地回路編號(hào)。缺點(diǎn)是該裝置只能監(jiān)測(cè)直流回路接地的具體接地回路或支路，但對(duì)具體的接地點(diǎn)無法定位。技術(shù)上它受監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝數(shù)量的限制，很難將接地故障縮小到一個(gè)小的范圍。而且該裝置必須進(jìn)行施工安裝，對(duì)舊系統(tǒng)的改造很不便。此類裝置還普遍存在檢測(cè)精度不高，抗分布電容干擾差，誤報(bào)較多的問題。

3.2 利用萬用表測(cè)母線電壓變化判斷 直流系統(tǒng)單相對(duì)地電壓因接地使接地相電壓被拉低，非接地相電壓被抬高，如220V直流系統(tǒng)，單相對(duì)地電壓絕對(duì)值為100-120之間，例如對(duì)地量電壓正極為0V，負(fù)極為 220V，則判斷直流正極接地，如對(duì)地量負(fù)極為0V，正極為220V，則可以判定為負(fù)接地，可以配合拉路法進(jìn)行故障排除。規(guī)程上規(guī)定直流接地時(shí)應(yīng)停止直流網(wǎng)絡(luò)上的一切工作，并進(jìn)行選擇查找接地點(diǎn)，防止造成兩點(diǎn)接地。

3.3 試停拉回路法判斷，這是電力系統(tǒng)查“拉回路”，就是停掉該回路的直流電源，停電直流接地故障一直沿用的一個(gè)簡單辦法。所謂時(shí)間應(yīng)小于三秒。一般先從斷開現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)工作電源，事故照明回路，附屬設(shè)備回路,信號(hào)回路，再操作控制回路，保護(hù)回路，蓄電池回路等。即分別對(duì)每路空氣開關(guān)或熔斷器拉閘停電，若停電后直流接地現(xiàn)象消失，說明接地點(diǎn)位于本空氣開關(guān)控制的下級(jí)回路中；若現(xiàn)象繼續(xù)存在，說明下級(jí)回路沒有接地。通過拉路尋找，可將接地點(diǎn)限定在某個(gè)空開控制的直流回路中，再通過解開電纜芯，將接地點(diǎn)限定在室內(nèi)或室外部分；再通過拔出插件，可將接地點(diǎn)限定在插件內(nèi)和插件外。經(jīng)過層層分解、一段段排除，最終可將接地點(diǎn)定位于一段簡單回路中，確認(rèn)電纜芯不帶電，再用搖表對(duì)回路中的每根接線搖測(cè)絕緣，把接地點(diǎn)進(jìn)一步限定在幾根導(dǎo)線或幾顆端子上。該種方法由于二次系統(tǒng)越來越復(fù)雜，大部分的變電站由于施工或擴(kuò)建中遺留的種種問題，使信號(hào)回路與控制回路和保護(hù)回路已沒有一個(gè)嚴(yán)格的區(qū)分，而且更多的還形成一些非正常的閉環(huán)回路，直流串電（寄生回路）、同極二點(diǎn)接地，直流系統(tǒng)絕緣不良，多處出現(xiàn)虛接地點(diǎn)，必然增大了拉回路查找接地故障的難度。

3.4 便攜式直流接地故障定位裝置故障定位法

該裝置是近幾年開始在電力系統(tǒng)較為廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品。該裝置的特點(diǎn)是無需斷開直流回路電源，可帶電查找直流接地故障。可以避免再用“拉回路”的方法，極大地提高了查找直流接地故障的安全性。而且該裝置可將接地故障定位到具體的點(diǎn)，便于操作。目前生產(chǎn)此類產(chǎn)品的廠家也較多，但大部分產(chǎn)品都存在檢測(cè)精度不高，抗分布電容干擾差，誤報(bào)的問題。

3.5 根據(jù)運(yùn)行方式、操作情況、氣候影響來判斷根據(jù)變電站當(dāng)天的情況，當(dāng)發(fā)生直流接地時(shí)，若站內(nèi)二次回路有工作，或有設(shè)備檢修試驗(yàn)，應(yīng)立即停止。拉開其工作電源，看信號(hào)是否消除。再重點(diǎn)查找絕緣情況較差的回路或過去經(jīng)常容易出現(xiàn)接地的線路，室外室內(nèi)二次線容易絕緣受損的部位仔細(xì)觀查，配合采取拉路尋找、分路處理的方法。當(dāng)全部直流負(fù)荷已經(jīng)拉完后仍未找到接地點(diǎn)時(shí)，則應(yīng)檢查蓄電池、浮充裝置、電壓絕緣綜合監(jiān)測(cè)裝置以及直流母線本身。此時(shí)可以采取瞬間拉開刀閘及取下直流保險(xiǎn)或斷開直流總空開的方法進(jìn)行選擇。如接地仍然不能消失，則為直流母線本身接地，經(jīng)確定無疑后，應(yīng)采取必要的安全措施和技術(shù)措施，將故障母線停電處理。

4 直流接地查找時(shí)的注意事項(xiàng)

4.1 某些保護(hù)在直流拉合時(shí)可能會(huì)誤動(dòng)，所以在拉合前應(yīng)申請(qǐng)退出保護(hù)出口壓板。

4.2 按符合實(shí)際的圖紙進(jìn)行，防止拆錯(cuò)端子線頭，防止恢復(fù)接線時(shí)遺留或接錯(cuò)；所拆線頭應(yīng)做好記錄和標(biāo)記。

4.3 查找故障必須二人及以上進(jìn)行 ,使用合格的儀表，嚴(yán)禁二點(diǎn)接，防止人身觸電，做好安全監(jiān)護(hù)。

4.4 對(duì)于不停電的直流設(shè)備，必須用事先準(zhǔn)備好的備用電源供電，以保證在斷路時(shí)該回路不失電。

4.5 當(dāng)直流采取環(huán)路供電方式，必須首先斷開環(huán)路。

4.6 如果直流母線上的所有負(fù)荷都切除后故障仍不消失則說明故障發(fā)生在直流電源部分，如直流屏，蓄電池組，浮充裝置，連接電纜等，為了避免在查找過程中給負(fù)荷造成較長時(shí)間停電，引起更大的事故發(fā)生，在一般情況下應(yīng)先切換另一組直流電源給負(fù)荷供電，再將故障電源跟外電路隔離來查找故障。

5 直流接地預(yù)防措施

5.1 提高直流系統(tǒng)接地故障對(duì)電力系統(tǒng)危害性的認(rèn)識(shí)。

5.2 提高工作人員業(yè)務(wù)技術(shù)水平，加強(qiáng)責(zé)任心和敬業(yè)精神，避免各種接地故障的發(fā)生。

5.3 在設(shè)計(jì)過程中盡量采取分屏設(shè)計(jì)，盡量減少控制電纜的數(shù)量。

5.4 直流系統(tǒng)調(diào)試時(shí)要檢查直流母線絕緣，投運(yùn)后做好支路監(jiān)測(cè)裝置動(dòng)作的可靠性，防止誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)。

5.5 交流、直流、強(qiáng)電、弱電回路不能合用在同一根電纜中，避免芯線間感應(yīng)出干擾電壓，并在其終端設(shè)備上產(chǎn)生出不能接受的共模和差模干擾電壓。

5.6 變電站各個(gè)回路送電之前要檢查絕緣，確保各相關(guān)電纜已接好，未接好的要做好絕緣措施。

5.7 在前期施工中注意監(jiān)督安全質(zhì)量，注意接線的正確性，接線柱要擰緊避免電纜脫落，盡量避免電纜的損壞。

5.8 重視端子箱、機(jī)構(gòu)箱、匯空柜等室外設(shè)備烘潮裝置的維護(hù)。

5.9 定期巡查直流系統(tǒng)的對(duì)地絕緣，做好防雨，防潮，防漏，防塵措施。

5.10 保護(hù)定檢工作，必須保證二次絕緣檢查、二次設(shè)備清掃、二次回路接線緊固等。

5.11 工作中，發(fā)現(xiàn)室外二次設(shè)備接線盒密封、二次線絕緣破損，必須匯報(bào)處理，如果出現(xiàn)直流接地，必須立即停止所有二次回路上的工作。

5.12 防止不正確的查找方法造成的直流系統(tǒng)兩點(diǎn)接地。如果出現(xiàn)直流一點(diǎn)接地，在查找過程中，特別是運(yùn)行回路中，帶電檢查電位時(shí)，使用儀表內(nèi)阻必須大于20kΩ，切記不要人為再次造成另一點(diǎn)接地。

結(jié)論

直流接地故障是變電站一種常見故障，要想快速處理接地故障，一要對(duì)變電站直流系統(tǒng)，二次回路非常熟悉，二要掌握查找直流接地的基本方法，三要運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備，四要不斷的積累經(jīng)驗(yàn)。

[1]劉英杰.王劍彬.直流接地故障的判斷與預(yù)防[J].電氣技術(shù),2007(6):(86~87).

[2]李潤平，溫泉.直流系統(tǒng)接地故障分析[J].華電技術(shù),2008(2):(58~61).

[3]王旭榮.淺談變電站直流系統(tǒng)接地故障及處理[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008(21):(77~78).

[4]毛錦慶等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答[M].北京，中國電力出版社，2000.

[5]毛錦慶等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)定匯編[M].北京，中國電力出版社，2000.[6].孫成寶等.直流設(shè)備檢修[M].北京:中國電力出版社，2003.