淺談變電站直流系統(tǒng)接地故障的查找

陳億

（常州供電公司 江蘇常州 213000）

摘要：本文首先歸納了變電站直流系統(tǒng)接地故障的常見原因。在此基礎(chǔ)上，提出了查找故障的一般原則和典型方法，并通過一個(gè)具體的案例，進(jìn)一步體現(xiàn)了接地故障處理的一般步驟和各類方法在實(shí)際中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：直流接地；故障查找

0引言

變電站的直流系統(tǒng)在正常情況下為繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、控制信號回路、斷路器操作回路等提供可靠的直流電源；在交流失電的事故情況下，蓄電池仍可保證一定時(shí)間的直流供電，同時(shí)為不間斷電源（UPS）提供直流電源，保障后臺機(jī)等重要交流負(fù)荷。但是由于多方面的原因，時(shí)有直流系統(tǒng)接地故障的出現(xiàn)，不僅影響了直流系統(tǒng)的絕緣和平衡，甚至有可能引起斷路器誤動(dòng)或者拒動(dòng)，因此掌握直流系統(tǒng)接地故障查找的方法，對于變電站的安全運(yùn)行具有重要作用。

1直流系統(tǒng)接地故障的原因

根據(jù)現(xiàn)場常見的直流系統(tǒng)接地情況，將接地故障原因概括為以下幾個(gè)方面[1]：

1.1設(shè)備絕緣老化

可能是電纜、電氣設(shè)備本身質(zhì)量不佳，如二次回路絕緣材料不合格、絕緣性能低，或存在磨傷、砸傷等損傷缺陷。也可能是電纜年久失修或設(shè)備老化，長期運(yùn)行，電纜、設(shè)備絕緣降低，導(dǎo)致半接地或全接地。還有由運(yùn)行中的擠壓磨損引起的接地，例如當(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)二次線靠近開關(guān)柜門軸時(shí)，開關(guān)門時(shí)也會對絕緣皮造成磨損。

1.2天氣影響

主要針對戶外的二次設(shè)備回路，戶外氣候條件往往比較惡劣，易導(dǎo)致端子、設(shè)備自身的絕緣性降低，尤其是在雨霧環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，若端子箱、二次接線盒自身的密封性較差，就會導(dǎo)致雨水和霧氣滲入，從而降低二次回路的正負(fù)電源的對地絕緣電阻，進(jìn)而導(dǎo)致接地故障出現(xiàn)。

1.3設(shè)計(jì)、施工、操作不規(guī)范

設(shè)計(jì)回路時(shí)，未注意到寄生回路或交流竄直流的可能性。例如取用斷路器工作、試驗(yàn)位置輔助接點(diǎn)時(shí)，若選用的S8、S9接點(diǎn)有一個(gè)公共端，S9已被工作位置信號回路取用（直流回路），而S8又被用做網(wǎng)門閉鎖回路（交流回路），則交流電有可能通過該公共端竄入直流回路，引起直流系統(tǒng)絕緣降低。

接線松動(dòng)脫落引起接地。例如接在斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)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。

拆接電纜不規(guī)范引起接地。例如在拆除電纜時(shí)，未先拆除電源，沒有確認(rèn)電纜是否帶電，誤認(rèn)為電纜芯從端子排上解下來就不帶電，又未做任何絕緣包扎，電纜芯一旦接觸鐵件，就會引發(fā)接地。

檢修、運(yùn)行人員在操作時(shí)不細(xì)致引起設(shè)備接地。例如手車式開關(guān)二次插頭插入時(shí)，有時(shí)會略卡澀，如蠻力插入，有可能引起插針彎倒，如果相鄰的負(fù)電針和地針接觸，則直接引起負(fù)極死接地。

1.4其他故障引發(fā)的直流接地

例如斷路器的合閘線圈引線不良或線圈燒毀后絕緣破壞發(fā)生接地。微機(jī)保護(hù)插件內(nèi)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。

2直流系統(tǒng)接地故障的查找

直流接地發(fā)生時(shí)，如果現(xiàn)場有工作，應(yīng)當(dāng)立即停止工作，排查接地發(fā)生前所做的操作，確認(rèn)是否是工作本身引起的。如果有可能是現(xiàn)場施工引起的，應(yīng)當(dāng)立即糾正，檢查接地是否恢復(fù)，并進(jìn)一步查找確認(rèn)。

不論是否是現(xiàn)場工作的原因，查找時(shí)，都應(yīng)做好充分的安全措施，防止引起其他回路的故障。一般的，查找直流系統(tǒng)接地故障時(shí)，常用的方法主要是借助于直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測裝置和便攜式直流接地故障探測儀進(jìn)行分析，還可以借鑒拉路法的思路。

2.1 直流在線絕緣監(jiān)測裝置

安裝在直流屏上的直流在線絕緣監(jiān)測裝置，可用來監(jiān)測直流系統(tǒng)正負(fù)母線電壓以及直流母線和各支路的對地絕緣情況，有過電壓、欠電壓、接地故障、裝置失電等告警信號。直流系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，除了顯示正負(fù)母線當(dāng)前電壓，帶有選線功能的裝置還能自動(dòng)顯示接地性質(zhì)（正接地、負(fù)接地）、接地回路號、接地電阻值。但是對該支路具體的接地點(diǎn)還無法定位，在實(shí)際工作中也發(fā)現(xiàn)有時(shí)會出現(xiàn)誤選或漏選，其選線的速度和準(zhǔn)確性尚待提高。

2.2 便攜式直流接地故障探測儀

便攜式直流接地故障探測儀已經(jīng)在工作中廣泛應(yīng)用。該裝置無需斷開直流回路電源，可帶電查找直流接地故障，極大地提高了查找直流接地故障的效率，而且該裝置便于操作，可從電源側(cè)起逐級往下測定各分支的對地絕緣，從而將接地故障定位到具體的點(diǎn)。

2.3 拉路法及其衍申

簡單的說，拉路法就是通過對直流系統(tǒng)中各個(gè)饋線進(jìn)行逐個(gè)、分別、短時(shí)間的切斷，來找出故障點(diǎn)所在的回路。如果某一回路切除后故障信號消失，往往就說明是該饋線回路存在故障，然后對該饋線回路的次級回路按照同樣的方法進(jìn)行切斷，來判斷故障發(fā)生的具體位置[2]。但該方法畢竟涉及到直流負(fù)荷的短時(shí)失電，尤其是保護(hù)裝置應(yīng)盡量避免失電，再加上現(xiàn)在有便攜式直流接地故障探測儀的幫助，完全可以在不斷直流電的情況下查找接地點(diǎn)，因此拉路法在現(xiàn)場可以盡量避免。

但拉路法的思路在故障排查中仍然具有指導(dǎo)意義，即拆除哪一路時(shí)告警消失，問題就很可能出在哪一路。例如在某變電站的接地查找過程中，故障已定位到某信號回路。該點(diǎn)是消弧線圈屏上信號的公共端，即端子排外側(cè)是編號為800的一根電纜，從公用測控屏取得電源，而內(nèi)側(cè)是五根被短接片短接的線，即五個(gè)信號硬接點(diǎn)并在一起的一端。為找出究竟是哪一路信號存在接地，考慮到值班員在現(xiàn)場，信號回路可以短時(shí)退出，故逐根拆除內(nèi)側(cè)配線，拆至對應(yīng)“綜合報(bào)警”信號的時(shí)候，告警消失，后經(jīng)進(jìn)一步確認(rèn)，接地確實(shí)發(fā)生在該回路。

3直流系統(tǒng)接地故障查找案例

某日，接到運(yùn)維班報(bào)告，某110kV變電站直流系統(tǒng)發(fā)生接地報(bào)警，一直未復(fù)歸。且自前幾日安裝好直流系統(tǒng)防雷裝置后，還發(fā)生過兩次間歇性直流接地報(bào)警，但短時(shí)間內(nèi)都自動(dòng)恢復(fù)正常。endprint

搶修人員到達(dá)現(xiàn)場后，查看絕緣監(jiān)測裝置（不具備接地選線功能），發(fā)現(xiàn)此次直流系統(tǒng)接地故障，正對地殘壓為10.9V（理論值為55V），負(fù)對地電壓為-99.1V（理論值為-55V），接地總阻抗為34kΩ。初步判斷，此次直流接地故障為直流正極回路絕緣不良導(dǎo)致，并非金屬性接地。

搶修人員與現(xiàn)場值班人員通過對近幾日幾次直流接地發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，認(rèn)為接地很有可能是因?yàn)榉览自O(shè)備的安裝不規(guī)范引起的。為了驗(yàn)證此點(diǎn)，在保證安全且不影響系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，首先將供給充電模塊的兩路交流進(jìn)線上的防雷裝置的空開和直流系統(tǒng)上的所有防雷設(shè)備的空開拉開，如圖1所示，但直流接地現(xiàn)象并未消失。上述方式只能夠排除圖1所示粗線部分的影響，不能確定接地點(diǎn)是否在防雷設(shè)備空開與交、直流系統(tǒng)之間的連線上（細(xì)線部分）。為了完全排除防雷設(shè)備及相關(guān)電纜的影響，又將連接交、直流系統(tǒng)與所有防雷設(shè)備的電纜線從端子排上脫開（如×標(biāo)示），但接地故障依舊存在。由此可以斷定接地故障并非防雷設(shè)備引起，而是直流系統(tǒng)本身發(fā)生了接地故障。

于是搶修人員采用直流接地故障探測儀從母線開始，依次查找每一路出線是否接地。在直流屏測量時(shí)，直流出去的每一路饋線回路均未探測到接地現(xiàn)象，但在1號主變保護(hù)屏的直流電源進(jìn)線處探測時(shí)，儀器顯示有接地。為了完全確定故障線路，搶修人員針對該路直流電源進(jìn)線又反復(fù)進(jìn)行了幾次測量，結(jié)果卻顯示為時(shí)而接地時(shí)而非接地。

通過對直流接地故障探測儀的工作原理進(jìn)行分析，搶修人員判斷該110kV變電站的直流系統(tǒng)，除了自身系統(tǒng)對地經(jīng)過大電阻接地和故障點(diǎn)接地外，應(yīng)該還有一處經(jīng)過較大電阻接地的接地點(diǎn)，以至于直流接地探測裝置產(chǎn)生的低頻電流并不完全從故障接地點(diǎn)流出，而被另一處經(jīng)較大電阻接地的接地點(diǎn)分流，因而直流接地探測儀不能靈敏地探測出故障接地點(diǎn)所在的出線。其原理如圖2所示。直流接地探測儀低頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的低頻電流為I1，但因有I3的分流，實(shí)際探測到的為I2，小于I1，所以不能靈敏反應(yīng)故障線路。

進(jìn)一步分析現(xiàn)場直流設(shè)備后，搶修人員認(rèn)為造成直流接地探測儀不能靈敏反應(yīng)故障線路的，很可能是絕緣監(jiān)測裝置，是它對直流接地探測儀低頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的低頻電流進(jìn)行了分流。在得到運(yùn)行人員的認(rèn)可后，搶修人員將絕緣監(jiān)測裝置退出運(yùn)行，又對1號主變保護(hù)屏的直流電源進(jìn)線進(jìn)行了多次探測，儀器均顯示接地。于是，搶修人員根據(jù)儀器的指示方向，順藤摸瓜，最終將故障點(diǎn)鎖定在戶外1號主變端子箱到有載重瓦斯繼電器的一段回路上。儀器顯示該段線路對地電阻為6.7 kΩ，而與之相鄰的對等回路對地電阻為 999.9kΩ。在做好充分的安全措施后，短時(shí)間拆開故障線路，用萬用表測得故障線拆開前后，直流正對地電壓分別為2.361V和56.30V。

由于這一段回路布置在變壓器本體上，相鄰還有變壓器本體重瓦斯保護(hù)信號回路，且變壓器還在運(yùn)行中，故需要停電處理。停電后，在變壓器班的配合下，最終確定有載重瓦斯繼電器內(nèi)部干簧管破裂，同時(shí)有載重瓦斯繼電器所處的油環(huán)境內(nèi)部含有較多的水分，使得節(jié)點(diǎn)對地絕緣降低，最終導(dǎo)致直流接地故障。

4結(jié)束語

變電站直流系統(tǒng)接地故障的查找，應(yīng)在保證安全的前提下，采取規(guī)范的操作。借助于絕緣監(jiān)測裝置、直流接地故障探測儀等設(shè)備，可在一定程度上減輕查找負(fù)擔(dān)，而要進(jìn)一步提高查找的準(zhǔn)確度和效率，不僅需要知曉直流接地常見的原因、熟練掌握查找的思路，更需要在實(shí)際工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，必須加強(qiáng)日常對直流系統(tǒng)的檢查與維護(hù)，定期對直流系統(tǒng)的絕緣進(jìn)行檢測，保障變電站直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 侯緒東.淺析變電站直流系統(tǒng)接地故障的原因.電力訊息. 2015年10月下

[2] 王瑩，楊磊，王靜，劉彬.淺析變電站直流系統(tǒng)接地故障處理.低碳世界.2015年12月endprint