變電站直流系統(tǒng)接地故障的分析及對策

江澍湛

（國網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，四川成都 610041）

0 引言

直流系統(tǒng)是組成電力二次系統(tǒng)的極為重要部分，直接影響通信裝置、遠(yuǎn)動(dòng)和繼保運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。因此，直流系統(tǒng)運(yùn)行情況引起廣泛關(guān)注。但是，電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，其直流系統(tǒng)接地故障會引起保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，這些行為都會直接威脅到電網(wǎng)安全運(yùn)行，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重后果。只有盡快查找直流系統(tǒng)中存在的故障并消除該故障隱患，是相關(guān)專業(yè)人員應(yīng)重視的工作內(nèi)容，也是提高電力系統(tǒng)安全性與可靠性的重要方式。目前，變電站直流系統(tǒng)接地故障分析已經(jīng)成為直流系統(tǒng)研究中的熱點(diǎn)問題。

1 變電站直流系統(tǒng)接地故障的主要查找方式

一般情況下，變電站使用直流電源多半是為了滿足斷路器保護(hù)裝置等工作需要的電量。因此，直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況多數(shù)為接地故障與短路故障。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，目前針對直流系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，已經(jīng)有交流竄入直流系統(tǒng)的查找方式，現(xiàn)場工作人員在接收到報(bào)警信息后，能夠根據(jù)相關(guān)信息盡快了解其故障情況，提出相應(yīng)解決措施。直流系統(tǒng)接地故障則是由于設(shè)備的接地極性不同，致使保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)等問題，導(dǎo)致電力系統(tǒng)直接越級跳閘，事故影響范圍也會不斷擴(kuò)大。故障出現(xiàn)后，與其相連的直流母線及所有支線均會出現(xiàn)對地電壓不平衡問題，現(xiàn)場工作人員因此難以判斷出現(xiàn)故障的具體地點(diǎn)。

隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，我國各變電站已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用微機(jī)直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測裝置，以便更好監(jiān)測直流系統(tǒng)運(yùn)行。在其進(jìn)行正常工作過程中，裝置會直接利用數(shù)字形式顯示母線電壓，并對正在運(yùn)行過程中的直流系統(tǒng)的正負(fù)母線絕緣情況進(jìn)行有效監(jiān)測。一旦直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障，該裝置會自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，同時(shí)產(chǎn)生低頻信號，由直流系統(tǒng)的正負(fù)母線直接平衡的注入到直流系統(tǒng)中，利用直流支路上安裝的傳感器接收低頻信號。CPU 可以對各個(gè)線路采集的相關(guān)信號電流進(jìn)行詳細(xì)準(zhǔn)確分析，從而判斷出故障線路以及接地電阻相關(guān)數(shù)值，以便于能夠自動(dòng)選接地線，完成相關(guān)工作。工作人員充分了解運(yùn)行是否有異常情況出現(xiàn)，能夠有效查找接地故障[1]。

工作人員進(jìn)行操作過程中，首先需要對信號進(jìn)行操作，然后對照明回路進(jìn)行操作，先對室外進(jìn)行操作，后對室內(nèi)進(jìn)行操作，這是在查找過程中需要遵循的原則與順序。工作人員可以使用分路試停的方法，有效尋找接地回路。工作人員需要切斷各個(gè)專用直流回路，并保證其切斷時(shí)間在3 s 內(nèi)，以此為基礎(chǔ)來確認(rèn)某一專用直流電路存在接地情況，之后便能夠進(jìn)一步尋找接地位置。若工作人員將直流系統(tǒng)母線上所有存在的負(fù)荷切除之后，故障仍然沒有徹底消失，便需要工作人員在電源部分進(jìn)一步進(jìn)行檢查與研究，從而了解出現(xiàn)故障的部分。一般情況下，直流屏、連接電纜和蓄電池組等共同組成直流電源。

在上述檢查操作完成之后，若仍然沒有能夠找出故障的具體地點(diǎn)，則應(yīng)當(dāng)考慮是否存在同級性兩點(diǎn)接地情況。若發(fā)現(xiàn)接地在直流系統(tǒng)的某一回路之中，則應(yīng)當(dāng)解決有環(huán)路的部分，之后再利用上述方式，直到找到直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障的部分并將其徹底解決。為避免在工作人員查找故障過程中出現(xiàn)長時(shí)間停電問題，導(dǎo)致更大事故發(fā)生，一般情況下，變電站需要先使用一套容量較大的備用直流電源，為負(fù)荷提供足夠電量，之后再將已經(jīng)出現(xiàn)故障的直流電源與外電路之間脫離，從而尋找到其中存在故障的部分[2]。

2 變電站直流系統(tǒng)接地故障案例

2.1 接線錯(cuò)誤

2017 年7 月，某變電站內(nèi)一條220 kV 的線路保護(hù)工作結(jié)束之后，該線路便正式投入到運(yùn)行中。某雨天，其直流檢測裝置報(bào)警，該線路出現(xiàn)接地故障。但是該裝置未能檢測出接地線路的具體情況，工作人員打開檢測裝置發(fā)現(xiàn)，裝置上僅顯示220 kV的線路出現(xiàn)接地故障。負(fù)責(zé)檢修工作的專業(yè)人員到達(dá)該處后，首先測量直流母線Ⅰ以及Ⅱ段正母電壓、負(fù)母電壓，數(shù)值分別為+57 V、-57 V。此時(shí)，工作人員可以判斷其報(bào)警出現(xiàn)誤差，但是裝置顯示該線路的接地電阻僅為9 kΩ，負(fù)責(zé)檢修工作的專業(yè)人員利用拉合線路方式進(jìn)行檢查后，發(fā)現(xiàn)母差盤內(nèi)出現(xiàn)短接線情況，

接地電流在經(jīng)過短接點(diǎn)以及2 個(gè)檢測裝置之后，直接警報(bào)接地故障信號。由于線路中本身并不存在接地點(diǎn)問題，因此，正母電壓與負(fù)母電壓均處于正常數(shù)值。在負(fù)責(zé)檢修工作的專業(yè)人員檢查之后，拆除母差盤內(nèi)出現(xiàn)的短接線，整個(gè)檢測裝置開始正常運(yùn)行，其支路絕緣情況也恢復(fù)到正常狀態(tài)中。

2.2 寄生回路出現(xiàn)問題

2018 年4 月，某變電站內(nèi)一條220 kV 線路在操作之后至冷備用狀態(tài)，CK26 信號繼電器屏幕上突然出現(xiàn)48 V 信號電源直流系統(tǒng)接地信號。專業(yè)檢修工作人員到達(dá)現(xiàn)場后，對CK26 信號繼電器內(nèi)的正母電壓、負(fù)母電壓進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)前者為+24 V，后者為-57 V。負(fù)責(zé)檢修工作的專業(yè)人員認(rèn)為問題原因是屏幕內(nèi)部逆變電源出現(xiàn)故障，導(dǎo)致負(fù)母電壓迅速上升到-57 V。當(dāng)負(fù)責(zé)檢修工作的工作人員結(jié)束更換逆變電源工作之后，正母電壓與負(fù)母電壓的數(shù)值依舊沒有發(fā)生改變，直流系統(tǒng)接地故障信號并未消失。為此，專業(yè)人員逐一檢查涉及的所有信號回路，當(dāng)拆開線路內(nèi)部的TV 斷線信號時(shí)，直流系統(tǒng)接地故障信號便消失了，正母電壓與負(fù)母電壓恢復(fù)正常狀態(tài)。檢查現(xiàn)場接線后，專業(yè)人員發(fā)現(xiàn)其保護(hù)屏的操作回路內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)寄生回路，導(dǎo)致操作電源的57 V 在經(jīng)過操作箱內(nèi)部之后直接串入信號回路，從而出現(xiàn)接地故障。

直流系統(tǒng)接地情況發(fā)生后，從現(xiàn)場接線圖紙的內(nèi)容能夠明顯看出整個(gè)線路在操作過程中的操作箱與端子，其中4D196 與4D197 均屬于空端子，設(shè)計(jì)在這兩個(gè)空端子的部分進(jìn)行有效過渡。此時(shí)若開關(guān)處于分開狀態(tài)，則57 V 負(fù)電在通過TWJ b 和TWJ c接點(diǎn)閉合后串入信號回路之中。由于接地故障發(fā)生過程中該線路處于冷備用狀態(tài)，因此，57 V 負(fù)電通過TWJ 常開接點(diǎn)以及1YQJ/2YQJ 接點(diǎn)之后，再串入到信號回路之中，導(dǎo)致信號回路對地絕緣情況出現(xiàn)不良狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)信號回路接地問題。根據(jù)以上分析原因，檢修工作人員需要對機(jī)械情況進(jìn)行修改，拆除4D196、4D197這兩個(gè)空端子的內(nèi)部接線，使經(jīng)斷路器輔助接點(diǎn)到TV 失壓信號部分能夠恢復(fù)正確的接線狀態(tài)。在進(jìn)行修改之后，CK26 信號繼電器屏內(nèi)，48 V 直流接地信號便會徹底消失，整個(gè)直流系統(tǒng)能夠處于正常運(yùn)行中，不會對后續(xù)應(yīng)用情況產(chǎn)生直接影響[3]。

3 變電站直流系統(tǒng)解決接地故障的具體對策

從以上2 個(gè)具體案例中能夠看出，雖然導(dǎo)致變電站直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障的原因較多，但是維修人員可以從以下5 個(gè)方面對其進(jìn)行系統(tǒng)性研究與了解，以便更好應(yīng)對普適狀態(tài)下的直流系統(tǒng)接地故障。

（1）檢查過程中，應(yīng)當(dāng)保證出現(xiàn)故障的現(xiàn)場與圖紙上描述的相關(guān)內(nèi)容存在一致性。每次改造或修改過程中，都應(yīng)當(dāng)對其修改回路或改造回路進(jìn)行注釋，使其能夠更加完整的表現(xiàn)在圖紙上，保證各個(gè)回路之間描述的正確性。

（2）使用儀器儀表進(jìn)行檢查過程中，應(yīng)當(dāng)對其直流屏內(nèi)絕緣監(jiān)察裝置的接地點(diǎn)進(jìn)行有效拆除，利用高內(nèi)阻電壓表對直流系統(tǒng)的母線對地電壓情況進(jìn)行有效監(jiān)視。

（3）進(jìn)行線路設(shè)計(jì)與施工過程中，相關(guān)工作人員需要保證其設(shè)計(jì)回路具有可靠性，沒有寄生回路存在，以便于解決由寄生回路問題而導(dǎo)致的直流系統(tǒng)接地故障。

（4）使用新設(shè)備或?qū)υO(shè)備進(jìn)行改造驗(yàn)收過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)在整組試驗(yàn)之后對其操作回路進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對其測控回路信號回路進(jìn)行單獨(dú)檢查，以便于各個(gè)工作回路能夠獨(dú)立工作并清晰完成相關(guān)工作內(nèi)容。

（5）維修過程中，其拆掉的線頭應(yīng)該逐個(gè)填寫到機(jī)電保護(hù)二次回路安全措施卡中，使其能夠詳細(xì)記錄整個(gè)操作過程，避免在恢復(fù)接線過程中出現(xiàn)遺留問題或錯(cuò)接問題，導(dǎo)致接線錯(cuò)誤問題，出現(xiàn)直流系統(tǒng)接地故障[4]。

4 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，變電站的相關(guān)使用設(shè)備更新?lián)Q代速度逐漸增快，綜合自動(dòng)化程度不斷提高。自動(dòng)化變電站的建立以及直流絕緣監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，使直流系統(tǒng)故障分析判斷能力不斷提高。但是在處理較為復(fù)雜的變電站直流系統(tǒng)接地故障過程中，仍然需要專業(yè)人士對故障情況進(jìn)行有效定位。介紹上述2 個(gè)案例，能夠有效分析變電站直流系統(tǒng)接地故障出現(xiàn)的具體原因以及適合解決方法，對較為普遍的變電站直流系統(tǒng)接地故障處置對策提出建議，使其具有普適性，能夠更好適用于更多常見接地故障。隨著相關(guān)專業(yè)檢修人員在現(xiàn)場實(shí)踐過程中積累的經(jīng)驗(yàn)不斷提升，再加上運(yùn)行人員對于整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)能力不斷增強(qiáng)，變電站直流系統(tǒng)接地故障的分析水平與維修水平應(yīng)當(dāng)不斷提升，便于整個(gè)直流系統(tǒng)可靠和平穩(wěn)運(yùn)行。