一起變電站直流系統(tǒng)接地故障分析

摘要：本文分析了變電站直流系統(tǒng)接地故障的產(chǎn)生原因、危害及定位方法，以某110kV變電站發(fā)生的直流接地故障為例，探討改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：變電站;直流系統(tǒng);接地

0 引言

變電站電源系統(tǒng)主要包括直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)，交流系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)站用電照明、站用檢修電源、站內(nèi)監(jiān)控后臺等裝置的供電，回路結(jié)構(gòu)比較簡單。而直流系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)站內(nèi)所有二次裝置、控制回路、合閘回路、遙信回路、事故照明、UPS等的電源供電，所以直流系統(tǒng)對變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

1 直流接地原因

直流系統(tǒng)分布范圍廣、外露部分多、電纜多、且較長，所以很容易受自然因素、氣候因素、環(huán)境因素、人為因素的影響，使某些絕緣薄弱元件絕緣降低，甚至絕緣破壞造成直流接地，具體包括以下幾個方面：

（1）二次回路、二次設(shè)備絕緣材料不合格、絕緣性能低，或年久失修、嚴(yán)重老化，或存在某些損傷缺陷、如磨傷、砸傷、壓傷、扭傷、剝傷或過流引起的燒傷等。

（2）直流系統(tǒng)、電氣設(shè)備及二次回路所處環(huán)境嚴(yán)重污穢或運(yùn)行在陰雨、潮濕的氣候中，惡劣的環(huán)境狀況使電氣設(shè)備對地絕緣嚴(yán)重下降，易誘發(fā)直流接地。例如在大雨天氣，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。

（3）小動物爬入或小金屬零件掉落在元件上造成直流接地故障，如老鼠、蜈蚣等小動物爬入帶電回路;在二次回路上工作時，金屬零件掉在帶電的直流回路上，造成直流回路與金屬屏短接而接地;二次線絕緣皮容易受到轉(zhuǎn)動部件的磨損，便造成直流接地。

（4）電氣設(shè)備和二次回路由于設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)及運(yùn)行不合理或錯誤，可產(chǎn)生平時不易發(fā)現(xiàn)的潛伏的接地故障。常見情況有：二次回路的帶電端固定不牢固或斷線，因設(shè)備受到震動和人為誤碰等影響，造成直流接地故障;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;直流帶電設(shè)備與接地設(shè)備或交、直流帶電設(shè)備之間絕緣間距由于設(shè)計(jì)及安裝的太小，當(dāng)帶電設(shè)備或直流回路出現(xiàn)過電壓時，有可能將間隙擊穿，形成直流接地。

2 直流接地危害

（1）直流正極接地可能會使保護(hù)及自動裝置誤動。因?yàn)橐话銛嗦菲骱祥l、跳閘線圈及繼電器線圈正常與負(fù)極電源直接接通，正極電源通過接點(diǎn)接通。若原直流系統(tǒng)存在正極接地，正極回路再發(fā)生一處接地，就可能引起誤動作。

（2）直流負(fù)極接地可能會使保護(hù)及自動裝置拒動。一般情況跳閘線圈及繼電器線圈正常與負(fù)極電源直接接通，正極電源通過接點(diǎn)接通。若原直流系統(tǒng)存在負(fù)極接地，正極回路也發(fā)生一處接地，就可能引起裝置拒動，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。

（3）直流兩點(diǎn)接地可能構(gòu)成接地短路，這會造成繼電保護(hù)、信號、自動裝置誤動或拒動，或造成直流保險(xiǎn)熔斷，使保護(hù)及自動裝置、控制回路失去電源。在復(fù)雜的保護(hù)回路中同極兩點(diǎn)接地，還可能將某些繼電器短接，不能是斷路器動作于跳閘、導(dǎo)致事故越級。對電網(wǎng)運(yùn)行帶來安全隱患，應(yīng)立即排除。

3 直流接地定位

（1）拉回路法

對直流系統(tǒng)來說直流系統(tǒng)的地是直流回路的參考地，當(dāng)直流系統(tǒng)正極或負(fù)極對地間測量的絕緣電阻值小于或等于整定值，就意味著存在接地故障。而拉回路法即直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，將直流支路一條條拉開，如果在拉的過程中接地現(xiàn)象消失，說明被拉支路有接地。如果接地現(xiàn)象沒有消失，則立即恢復(fù)供電，然后再斷開另一條支路去檢查，按負(fù)荷重要程度從輕到重一條條試?yán)氯?，直到找到故障點(diǎn)。

（2）接地漏電流檢測法

利用直流電流傳感器進(jìn)行檢測被稱為接地漏電流檢測法。其主要原理是通過傳感器感應(yīng)從直流正、負(fù)母線中流入系統(tǒng)的每一條之路的電流之和來確定接地支路的。根據(jù)直流電橋的原理，直流互感器中感應(yīng)電流和為零即證明支路絕緣性能正常，檢測儀中顯示也是零;如傳感器中感應(yīng)電流和不為零即證明回路的絕緣性下降，此時該支路中可能存在接地故障，檢測儀同時顯示一個不為零的直流電壓。實(shí)際中，當(dāng)該直流電壓大于整定值時，表示存在接地故障。

（3）便攜式直流接地故障定位裝置故障定位法

通過信號注入法，對直流系統(tǒng)正、負(fù)母線上施加低頻交流電壓信號，交流電流互感器能監(jiān)測支路上的低頻交流電流，從測到的電流大小及其相位來查確定接地點(diǎn)。

（4）在線檢測法

目前在變電站用于絕緣檢測的大多是微機(jī)型直流電源檢測裝置，能監(jiān)測母線絕緣并實(shí)現(xiàn)支路接地選線功能，還對直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦總體絕緣水平降低，就會發(fā)出告警同時開啟支路巡檢。目前母線絕緣監(jiān)測選擇平衡電橋法實(shí)現(xiàn)，接地選線功能用直流檢測法或交流信號注入法完成。

4 案例分析

2019年1月12日，持續(xù)多日暴雨，東莞地區(qū)某110kV變電站后臺監(jiān)控報(bào)出#1直流系統(tǒng)接地告警信號，運(yùn)行人員到達(dá)現(xiàn)場后，檢查#1直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置顯示負(fù)極對地絕緣僅為37kΩ，負(fù)母對地電壓為-38V，其中報(bào)出041支路絕緣為12kΩ。

檢修人員到站辦理工作票后開展缺陷排查，排查步驟如下：（1）在#1直流饋線屏：斷開056支路空開（110kV GIS本體信號電源），直流接地信號復(fù)歸。（2）在110kV GIS設(shè)備區(qū)：逐個斷開各間隔匯控柜內(nèi)本體信號電源空開，當(dāng)斷開110kV某某線本體信號電源空開時，直流接地消失，電壓恢復(fù)正常。（3）在110kV某某線匯控柜：逐條解開本體信號線，當(dāng)解開707-23電纜芯（至出線套管氣室密度繼電器）時，直流接地消失，電壓恢復(fù)正常，用絕緣搖表測試該電纜芯對地絕緣為11kΩ，懷疑出線套管氣室密度繼電器二次接線端子進(jìn)水受潮導(dǎo)致絕緣降低。（4）由于線路運(yùn)行，出線套管氣室密度繼電器與線路出線距離比較近，考慮安全因素，臨時在匯控柜將該信號接線解開，待線路停電再作處理。

5 直流接地防范

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中所遇直流接地情況進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，發(fā)生接地故障的原因以端子箱進(jìn)水、電纜絕緣破損，在空氣潮濕時引起直流接地最為常見。防范措施包括：

（1）結(jié)合設(shè)備停電定檢，利用兆歐表檢查直流回路絕緣，針對絕緣性能較差的進(jìn)行記錄備案，在日常運(yùn)維中加強(qiáng)關(guān)注，尤其是下雨天要跟蹤巡視，有效做好直流接地故障的防范。

（2）在設(shè)備停役時，處于戶外的端子箱、接線盒等設(shè)備部位做好封堵、防雨措施。同時，檢查戶外端子箱、機(jī)構(gòu)箱的加熱裝置和通風(fēng)孔，可防止箱體內(nèi)二次元器件的老化而導(dǎo)致絕緣下降。

（3）在梅雨季節(jié)及暴雨后進(jìn)行設(shè)備特巡，檢查箱體內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行工況。檢查戶外端子箱、機(jī)構(gòu)箱的箱體內(nèi)部漏水、滲水情況。檢查項(xiàng)目主要包括：1.檢查開關(guān)機(jī)構(gòu)箱、端子箱箱體密閉情況，和保持通風(fēng)口暢通;2.檢查箱門是否關(guān)閉嚴(yán)密，和內(nèi)部設(shè)備的發(fā)霉、銹蝕情況;3.檢查加熱器是否正常運(yùn)行，記錄箱體內(nèi)部溫、濕度等。

（4）在新建、改造時，加強(qiáng)對施工的管理。第一是規(guī)范控制電纜的電纜頭制作，嚴(yán)禁造成控制電纜的絕緣外皮的損傷;第二是投入運(yùn)行前須進(jìn)行絕緣情況全檢查。

6 結(jié)論

直流接地短時對電網(wǎng)不會帶來較大危害，但是一旦發(fā)生兩點(diǎn)接地短路，直接危及設(shè)備及電網(wǎng)安全運(yùn)行，應(yīng)立即組織人員進(jìn)行查找，盡早消除。查找直流接地，除了要選用靈敏度高，可靠性高的絕緣監(jiān)測設(shè)備，也要注重員工實(shí)際查找經(jīng)驗(yàn)和查找手法的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

李麗斌（1987-），女，本科，助理工程師，高級工，從事變電運(yùn)行工作。