變電所直流電源柜接地故障的分析及處理

智春香 王智垚

摘 要：高壓開關(guān)柜是變電所的主要供電設(shè)備，而直流電源柜輸出直流電，給高壓開關(guān)柜的操作系統(tǒng)提供電源。本文介紹了直流電源柜接地的分類和原因，闡述了查找直流電源柜接地故障點(diǎn)的常用方法和技巧，并結(jié)合實(shí)例，分析如何快速做好接地故障處理，確保直流電源柜設(shè)備良好運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：直流電源柜;接地故障點(diǎn);檢測方法

Abstract： The high-voltage switchgear is the main power supply equipment of the substation， and the DC power cabinet outputs DC power to provide power to the operating system of the high-voltage switchgear. This paper introduced the classification and causes of the DC power cabinet grounding， explained the common methods and techniques for finding the ground fault point of the DC power cabinet， and combined with examples to analyze how to deal with the ground fault quickly to ensure the good operation of DC power cabinet equipment.

Keywords： DC power supply cabinet;ground fault point;detection method

變電所直流電源柜由蓄電池組、充電設(shè)備及微機(jī)顯示裝置組成，輸出直流電，通過敷設(shè)控制電纜至變電所內(nèi)每個(gè)高壓開關(guān)柜的二次系統(tǒng)，給變電所主要供電設(shè)備高壓開關(guān)柜的操作系統(tǒng)提供電源[1]。高壓開關(guān)柜的操作系統(tǒng)包含二次控制、保護(hù)、信號(hào)系統(tǒng)和自動(dòng)綜合保護(hù)裝置等。在變電所供電系統(tǒng)停電的情況下，它可以保證高壓開關(guān)柜的控制回路、信號(hào)回路、保護(hù)裝置正常工作，正確顯示設(shè)備故障發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象，便于快速進(jìn)行事故處理。因此，直流電源柜的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保證變電所供電系統(tǒng)安全有著非常重要的作用。

1 直流電源柜接地的分類及原因

1.1 直流系統(tǒng)電源柜接地的類型

直流電源柜的輸出為直流電源，分為正極和負(fù)極，作為帶極性的電源設(shè)備，其接地故障按電源的極性可分為正極接地和負(fù)極接地;按接地的種類，可分為直接接地和間接接地;按接地的接觸情況，可分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和絕緣接地[2]。

1.2 直流電源柜接地的原因

1.2.1 設(shè)計(jì)原因。受專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備的局限，人們可能對(duì)設(shè)備性能了解不深，對(duì)控制和保護(hù)裝置內(nèi)部原理理解不透徹，電氣設(shè)計(jì)與相關(guān)專業(yè)的協(xié)調(diào)不夠細(xì)致，會(huì)造成交、直流回路的接線混亂。直流電源柜上電過程中出現(xiàn)交、直流回路引發(fā)的直流系統(tǒng)接地故障，使直流電源柜發(fā)出警告信號(hào)，不能正常運(yùn)行。

1.2.2 設(shè)備本體原因。在設(shè)備制造過程中，部分設(shè)備廠家作業(yè)流程不嚴(yán)，材料選型不合格，設(shè)計(jì)存在缺陷，制作質(zhì)量欠缺，諸多原因造成設(shè)備本體絕緣性能較低，設(shè)備帶電部分直接與外殼相接或相碰，上電調(diào)試過程中發(fā)生直流系統(tǒng)絕緣低或接地現(xiàn)象。

1.2.3 設(shè)備安裝原因。電氣作業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)水平不同，在設(shè)備安裝過程中，受施工空間環(huán)境的限制和其他外部因素的影響，直流系統(tǒng)容易出現(xiàn)接地故障，引發(fā)直流電源柜接地報(bào)警信號(hào)。主要設(shè)備安裝故障如下。

在電纜敷設(shè)、接線及電纜頭制作過程中，受制作工藝及安裝水平影響，電纜線容易出現(xiàn)擠壓，絕緣外皮易發(fā)生損壞，造成絕緣不良;技術(shù)人員工作失誤或施工接線人員粗心大意會(huì)造成接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致電纜線與其他回路或外殼粘連，在直流小母線壓接過程中，絕緣端子損壞并與外殼接觸;直流電源柜內(nèi)的母線連接過程中，因絕緣板絕緣質(zhì)量不合格，直流電源柜系統(tǒng)對(duì)地絕緣太低;兩個(gè)直流系統(tǒng)連接錯(cuò)誤;開關(guān)柜內(nèi)事故照明回路中，照明燈燈座因安裝問題與地接觸;由于工期或設(shè)計(jì)原因，直流系統(tǒng)控制電纜一段施工完畢，而另一段未施工，長時(shí)間擱置造成電纜芯線接地，或環(huán)境潮濕造成絕緣能力降低;直流電柜內(nèi)信號(hào)光字牌接線柱與底座設(shè)計(jì)安裝到位，線柱與金屬外殼相碰;交流回路和直流回路合用同一根電纜。

1.2.4 運(yùn)行和檢修維護(hù)原因。部分運(yùn)維人員專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備不扎實(shí)，受專業(yè)技術(shù)水平限制，運(yùn)行檢修維護(hù)不到位。在回路檢查和消除故障的過程中，一些運(yùn)維人員錯(cuò)誤地將直流系統(tǒng)接地。在檢修、測量和檢查過程中，誤操作造成直流系統(tǒng)接地故障，使電源柜故障報(bào)警。

2 查找直流電源柜接地故障點(diǎn)的常用方法

當(dāng)直流電源柜監(jiān)測回路發(fā)出報(bào)警信號(hào)，顯示直流系統(tǒng)有接地故障時(shí)，保護(hù)斷路器可能已經(jīng)發(fā)生誤跳或拒跳，對(duì)整個(gè)變電所供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。人們必須及時(shí)消除直流電源柜監(jiān)測回路發(fā)出的報(bào)警信號(hào)，排除直流系統(tǒng)接地故障，主要是要找到直流系統(tǒng)接地的準(zhǔn)確位置，接地的情況可能是一個(gè)點(diǎn)，也有可能是多個(gè)點(diǎn)，或者是一個(gè)區(qū)間，變電所直流電源柜配出回路多，線路長，接線點(diǎn)多，因環(huán)境空氣潮濕、污物粘貼、電纜破損、設(shè)備絕緣部分性能降低和其他不明因素影響，多數(shù)接地故障不穩(wěn)定，會(huì)隨著環(huán)境變化而變化。因此，現(xiàn)場查找直流接地是一個(gè)技術(shù)性強(qiáng)、處理較為復(fù)雜的過程。在接地故障發(fā)生時(shí)，要在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行處理，才能真正保證供電主設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

2.1 回路拉回查找法

回路拉回查找法是排除電力系統(tǒng)接地故障的一種常用方法，適用于查找直流電源柜接地故障，方法簡單，可操作強(qiáng)。需要注意的是，它配出控制的二次系統(tǒng)比較復(fù)雜，信號(hào)回路與控制回路、保護(hù)回路的區(qū)分不明顯，其中還有一些非正常的閉環(huán)回路，增加了回路拉回查找接地故障的難度，在拉開每條直流回路后，應(yīng)在3 s內(nèi)迅速恢復(fù)送電。

當(dāng)直流電源柜系統(tǒng)出現(xiàn)故障報(bào)警信號(hào)時(shí)，一般需要依次檢查信號(hào)回路、照明回路、操作回路和保護(hù)回路等。按照先一般負(fù)荷后重要負(fù)荷的原則，依次切斷直流電源柜內(nèi)配出的各個(gè)控制開關(guān)，在切斷每一回路的過程中，工作人員要根據(jù)儀表和信號(hào)裝置的指示，判斷是否接地。若切斷時(shí)接地信號(hào)消失，恢復(fù)送電后接地信號(hào)又出現(xiàn)，可做出判斷接地發(fā)生在該回路，及時(shí)在該回路上查找出接地點(diǎn)，直至故障消除。

需要注意的是，采用回路拉回查找法查找故障點(diǎn)，雖然操作簡單，但只能確定故障點(diǎn)發(fā)生在哪條回路上。由于回路上的二次設(shè)備多，地點(diǎn)較分散，在中控室外查找接地點(diǎn)時(shí)，人們需要用通信設(shè)備聯(lián)系中控室人員，實(shí)時(shí)了解接地故障信號(hào)變化情況，大大延長了故障處理時(shí)間。若接地故障發(fā)生在直流屏內(nèi)部或蓄電池組，該方法很難檢測到接地故障。

2.2 直流接地選線裝置監(jiān)測法

這種裝置能夠在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)報(bào)告直流電源柜柜內(nèi)元器件及配出線路產(chǎn)生的接地故障，同時(shí)屏幕上會(huì)顯示接地回路編號(hào)，可詳細(xì)到接地回路或支路。但是，受監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量的限制，該方法無法定位具體的接地點(diǎn)，較難將接地故障縮小到一個(gè)小的范圍，特別是抗分布電容干擾差，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)問題。

2.3 便攜式直流接地故障定位裝置故障定位法

這種裝置不用斷開直流電源柜內(nèi)控制回路開關(guān)，可以帶電查找直流接地故障，完全避免再用“拉回路”的方法，大大地提高了查找直流接地故障的安全性。該裝置能夠定位到接地故障的具體點(diǎn)，便于操作。目前，產(chǎn)品技術(shù)不夠成熟，同樣存在分布電容干擾的影響，出現(xiàn)誤報(bào)問題。

2.4 萬用表電壓測量法

萬用表電壓測量法就是使用萬用表的直流電壓擋測量直流電壓值。當(dāng)直流電源的一個(gè)極出現(xiàn)接地時(shí)，另一個(gè)極對(duì)地的電壓為全電壓。在切除一部分直流負(fù)荷和回路時(shí)，配合其他接地故障查找儀器及方法，觀察萬用表所測極的對(duì)地電壓值變化情況來判斷接地點(diǎn)所在區(qū)域，從而準(zhǔn)確確定接地故障點(diǎn)并加以解決。

雖然萬用表電壓測量法能準(zhǔn)確地找出接地故障點(diǎn)，但是電氣作業(yè)人員必須具有很高的專業(yè)技術(shù)水平。一是要熟悉變電所的開關(guān)柜直流線路接線端子位置和線號(hào)，并熟練掌握萬用表使用要點(diǎn);二是在高壓設(shè)備上作業(yè)查找直流系統(tǒng)故障時(shí)，按電力系統(tǒng)相關(guān)規(guī)程要求，必須有兩人方可進(jìn)行作業(yè);三是要確定故障點(diǎn)的位置，需要逐個(gè)排除、排查，時(shí)間長會(huì)影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3 查找直流電源柜接地故障的技巧

3.1 及時(shí)查找接地故障

直流電源柜接地故障會(huì)隨環(huán)境、空氣濕度的變化而變化，最終會(huì)出現(xiàn)“軟”接地故障，對(duì)查找工作形成干擾，因此如果出現(xiàn)接地故障，要及時(shí)查找。

3.2 定期檢查設(shè)備和線路的直流絕緣

借助精度高的先進(jìn)儀器對(duì)設(shè)備本體及各個(gè)直流回路定期進(jìn)行絕緣檢查，記下絕緣較低的直流回路或接線，等環(huán)境溫度潮濕時(shí)，開展重點(diǎn)監(jiān)測，不要等故障出現(xiàn)時(shí)再去查找排除，要按照直流電源柜運(yùn)行管理規(guī)定，做好維護(hù)工作。

3.3 按順序查找

先查找信號(hào)回路、事故照明回路，再查找操作回路、控制回路和保護(hù)回路。先重點(diǎn)檢測絕緣情況較差的回路。

4 直流電源柜接地故障查找實(shí)例

4.1 變電所直流電源柜現(xiàn)狀

三區(qū)變電所是石化社區(qū)集35 kV、6 kV兩級(jí)高壓設(shè)備于一體的供配電中心。本所設(shè)備有：35/6 kV-25 000 kVA主變兩臺(tái)，35 kV開關(guān)柜8面，6 kV開關(guān)柜29面，主供石化社區(qū)四個(gè)小區(qū)8 000余戶居民生活及配套設(shè)施用電，它的直流系統(tǒng)電源柜是給本所35 kV及6 kV開關(guān)柜的控制回路、信號(hào)回路、微機(jī)監(jiān)控和綜合保護(hù)提供可靠的電源。直流柜安裝在三樓控制室，從柜內(nèi)引出兩條控制電源回路，分別是合閘母線和控制母線。其中，合閘母線帶有6 kV開關(guān)柜柜內(nèi)照明，帶有6 kV系統(tǒng)I、II段控制、合閘和中央信號(hào)電源?？刂颇妇€帶35 kV開關(guān)柜內(nèi)照明、35 kV控制電源及35 kV儲(chǔ)能回路電源。這些電源分別有相應(yīng)的二次電纜引至二樓35 kV變電室柜頂小母線、一樓的6 kV變電室柜頂小母線。柜頂小母線由控制電源、保護(hù)回路電源、信號(hào)回路、電壓回路、照明回路、儲(chǔ)能回路組成，分別用KM、XM、HM、YBM、SYM、Y等表示。這些小母線分別進(jìn)各個(gè)配電柜，配合轉(zhuǎn)換開關(guān)完成斷路器的跳合閘操作，配出回路多，系統(tǒng)分布廣。

4.2 直流電源柜故障現(xiàn)象及處理

2015年8月，三區(qū)變電所原有開關(guān)柜上的小電流接地系統(tǒng)報(bào)警不準(zhǔn)確，安排把每個(gè)開關(guān)柜的接地信號(hào)改接到綜保上來檢測。因6 kV系統(tǒng)配出回路均為生產(chǎn)負(fù)荷，項(xiàng)目改造期間，需要在設(shè)備不停電的情況下對(duì)變電所6 kV系統(tǒng)29面開關(guān)柜內(nèi)線路進(jìn)行改動(dòng)。由于改接接頭多，技術(shù)含量較高，施工難度大，改造過程中出現(xiàn)直流電源柜報(bào)警現(xiàn)象，光子牌顯示直流回路接地，查看表記指示，正極對(duì)地電壓為0 V，負(fù)極對(duì)地電壓為220 V。初步判斷為正極金屬性接地，但一時(shí)不能確定接地點(diǎn)具體位置。

經(jīng)過討論，決定采用常規(guī)易操作的查找方法來查尋故障，按照回路拉回查找法的要求：先查找信號(hào)回路、照明回路，再查找操作回路、保護(hù)回路等。按照先一般負(fù)荷后重要負(fù)荷的原則，依次切斷直流負(fù)荷屏上各負(fù)荷控制開關(guān)。

首先在中控室內(nèi)對(duì)直流電源柜輸出部分進(jìn)行查找，然后斷開控制母線回路空氣開關(guān)，主要是斷開開關(guān)柜的信號(hào)回路，即照明回路的電源，接地點(diǎn)未消失;接著斷開合閘母線回路的空氣開關(guān)，即開關(guān)柜的操作回路（保護(hù)回路電源），這次接地點(diǎn)消失。由此判斷，接地點(diǎn)位于合閘母線回路。但合閘回路分為35 kV及6 kV兩個(gè)系統(tǒng)回路，在斷開6 kV控制回路時(shí)，接地點(diǎn)消失。由此判斷，信號(hào)改接施工中某一點(diǎn)存在接地現(xiàn)象，但要確定接地故障點(diǎn)，需要進(jìn)一步對(duì)6 kV開關(guān)柜改接過的每一個(gè)可疑回路進(jìn)行查找，采取取掉保險(xiǎn)、拆除端子的方法，但查找故障的現(xiàn)場與中控室不在一層，有距離限制，處理結(jié)果與現(xiàn)象有時(shí)不能及時(shí)溝通反饋，部分電氣專業(yè)人員就用萬用表來進(jìn)行判斷，用萬用表直流電壓擋測定直流電壓值，經(jīng)過4個(gè)多小時(shí)的努力，終于查到了接地點(diǎn)。主要原因是在改接過程中，19號(hào)開關(guān)柜合閘控制回路的一條出線與接地端子粘連。

5 結(jié)語

造成變電站直流電源柜供電系統(tǒng)接地的因素較多，為了有效地解決問題，電氣運(yùn)維人員要加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，不斷提高專業(yè)技術(shù)水平，做好設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)工作，減少接地故障的發(fā)生。在查找和處理接地故障時(shí)，要嚴(yán)格遵守《河南省工礦企業(yè)電氣規(guī)程》相關(guān)要求，特別是對(duì)重要負(fù)荷回路接地故障的查找，可提前轉(zhuǎn)移負(fù)荷，再結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行處理，確保設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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