變電站直流系統(tǒng)故障分析和查找方法

林冬偉

摘要：眾所皆知，直流在電力系統(tǒng)中占有重要位置，直接影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對于電力故障以及安全運行管理加大了力度。直流絕緣故障引發(fā)誤跳閘事故在電力系統(tǒng)中時有發(fā)生，如何提高直流系統(tǒng)絕緣水平，防止故障發(fā)生，對保證電力系統(tǒng)安全可靠運行具有重要意義。當(dāng)直流有兩點及兩點以上接地時，常出現(xiàn)開關(guān)誤動、拒動、正負(fù)極短路等。直流系統(tǒng)的故障易造成大故障擴大，如大面積停電或主機設(shè)備損壞等，因此直流系統(tǒng)的可靠性是保障一次設(shè)備安全運行的決定條件之一。直流故障多是由直流接地引起。所以直流接地點的查找非常重要，主要可以采取巡檢儀和人工查找來排除接地點。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)接地;絕緣;多點接地;絕緣監(jiān)測儀

前言：

發(fā)電廠、變電站的直流系統(tǒng)一般由蓄電池組與浮充電裝置并聯(lián)供給直流負(fù)荷的，主要是為控制回路、信號回路、繼電保護自動裝置、斷路器分合操作等提供可靠穩(wěn)定的不間斷電源。由于分支網(wǎng)絡(luò)多、聯(lián)接設(shè)備多等因素構(gòu)成了龐大而復(fù)雜的直流電源網(wǎng)絡(luò)，分為主母線、小母線、層層分布，回路復(fù)雜，客觀上增加了查找直流接地故障的難度。

1、變電站直流系統(tǒng)告警原理

直流系統(tǒng)絕緣降低或破壞一般由站內(nèi)直流絕緣監(jiān)察裝置獲取信息。直流絕緣監(jiān)察裝置的穩(wěn)定可靠，是監(jiān)視站內(nèi)直流的重要前提。一般直流回路異常時有以下信號：某段母線直流接地故障，直流正、負(fù)極母線對地絕緣電阻值下降， 某條支路直流回路異常等。

目前直流絕緣監(jiān)察裝置工作基本原理如圖1。在直流電源給二次負(fù)載供電的過程中， 正常工作狀況流出電流I1 等于流入電流I2，這樣在感應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的磁通平衡抵消。在非正常工作狀況，如直流二次回路接地故障或二次回路環(huán)網(wǎng)、交叉等原因造成流出電流I1 不等于流入電流I2，感應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生不平衡磁通，當(dāng)大于設(shè)定的值以后，監(jiān)察裝置報接地故障或告警。

可見直流絕緣異常告警說明了兩個問題。一是直流系統(tǒng)發(fā)生了真正接地故障; 二是外界二次回路環(huán)網(wǎng)或交叉。從這兩方面入手能很好的解決直流絕緣問題，防止事故的發(fā)生和擴大。

2、變電站直流系統(tǒng)接地故障的原因

對于整個電力系統(tǒng)來說，變電站直流系統(tǒng)是變電站運行系統(tǒng)的核心組成部分。作為一個獨立的系統(tǒng)，相對整個電力系統(tǒng)來說，變電站直流系統(tǒng)的正常工作以及有效操作，需要運行繼電保護自動裝置、斷路器跳合閘操作等一系列的操作手續(xù)，方能將可靠的直流電源不斷地生產(chǎn)出來。

直流系統(tǒng)分布范圍廣、外露部分多、電纜多、元器件回路多，故造成直流接地的原因可能有很多，下雨天經(jīng)常會發(fā)生直流接地，因為雨水飄入密封不好的戶外二次接線盒，使接線樁頭和外殼導(dǎo)通接地;二次線與轉(zhuǎn)動部件（如開關(guān)柜門）靠在一起經(jīng)常受到磨損，造成絕緣損壞也會導(dǎo)致直流接地;另外二次接線松動脫落，抗干擾電容擊穿等因素都會導(dǎo)致直流接地。所以很容易受灰塵、潮氣的腐蝕，使某些絕緣薄弱元件絕緣降低，斷路碰外殼，甚至絕緣破壞造成直流接地。分析直流接地的原因有如下幾個方面：第一， 二次回路絕緣材料不合格、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、扭傷或過流引起的燒傷等。第二，二次回路及設(shè)備嚴(yán)重污穢和受潮、接地盒進(jìn)水，使直流對地絕緣下降。第三，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;某些元件有線頭、未使用的螺絲、墊圈等零件，掉落在帶電回路上。

3、變電站直流系統(tǒng)接地故障的危害

一旦發(fā)生直流系統(tǒng)接地故障，正極或者負(fù)極發(fā)生接地的時候，就會出現(xiàn)保護的拒動或者誤動。當(dāng)系統(tǒng)中再出現(xiàn)接地或者某點對地絕緣降低，比如，目前直流系統(tǒng)正極接地運行，當(dāng)保護出口接點后面的線（一般為33）接地，就會直接把正點位接入跳閘線圈，斷路器將誤跳閘。正常情況下正負(fù)對地均為絕緣的，系統(tǒng)中有一點發(fā)生接地時，一般情況下并不影響直流系統(tǒng)運行，但當(dāng)出現(xiàn)兩點及兩點以上接地時，就會造成正負(fù)極短路，開關(guān)誤動或拒動。并引起更大故障隱患。因此直流系統(tǒng)的可靠性是保障變電站安全運行的重要條件之一。

3.1 正極接地的危害

由于斷路器跳閘線圈均接負(fù)極電源，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)正極接地時，正極經(jīng)過大地，構(gòu)成回路。如圖所示，當(dāng)圖中的正電源和B點同時接地，操作開關(guān)或繼電器接點被短接，造成斷路器的跳閘。同理，兩點接地在合閘回路還可能造成誤合閘，誤報信號等。

3.2 負(fù)極接地的危害

負(fù)極接地可能造成斷路器的拒絕動作，如圖所示，當(dāng)圖中的負(fù)電源與B點同時接地，B 點和負(fù)電源通過大地構(gòu)成了回路，即負(fù)電源和B 點將中間繼電器KM 短接，此時，發(fā)生事故保護動作，但由于中間繼電器KM被短接，KM不工作，斷路器不會動作，產(chǎn)生拒動現(xiàn)象，使事故越級擴大。同理，當(dāng)圖中的負(fù)電源和C點同時接地或者圖中的負(fù)電源和D點同時接地均可能生成斷路器拒動現(xiàn)象。同理，兩點接地開關(guān)也可能合不上。

4 直流系統(tǒng)接地的查找原則及方法

直流系統(tǒng)一般都安裝了自動接地巡檢儀。其優(yōu)點是能在線實時監(jiān)測各分支回路的接地狀態(tài)，但是直流接地巡檢裝置（包括便攜式） 都有測量精度不高、誤報率高、抗干擾能力差等缺點。所以，僅靠直流接地巡檢儀來查找準(zhǔn)確的接地點是不大容易的。因此，我們有時還需要人工查找、排除直流接地故障點。

首先進(jìn)行故障的查找，分析極地極性。直流系統(tǒng)在故障發(fā)生的時候，對接劑的極性要進(jìn)行判斷，在幾種接地原因之中進(jìn)行分析，判斷是否是由于人工原因或者是環(huán)境因素導(dǎo)致的故障。如果是線路問題，則要根據(jù)幾種方法，例如斷路法，將線路進(jìn)行分段，然后仔細(xì)觀察接地的信號是否消失。在進(jìn)行斷路的時間判斷的時候，一般是1～2s時間，則要進(jìn)行斷路處理，這個過程容易發(fā)生接地信號的消失，接地故障回路的檢查，確定是否出現(xiàn)了回路故障。

4.1直流接地故障查找原則：

發(fā)現(xiàn)直流接地在分析、判斷基礎(chǔ)上，用拉路查找分段處理的方法，可以按照以下順序查找：

（1）、陰雨天氣，重點先找室外端子箱、接線箱、密封不嚴(yán)的刀閘機構(gòu)箱、無防雨罩的瓦斯繼電器等室外設(shè)備。

（2）、先找有工作的回路和近期工作過的回路，后找其它回路。

（3）、先找事故照明、信號回路、充電裝置回路、蓄電池組，后找其它回路。

（4）、先找合閘回路，后找控制回路、保護回路。

（5）、先找室外設(shè)備，后找室內(nèi)設(shè)備。

（6）、先找6KV、10kV、35 kV回路，后找11OkV、220kV、330kV、500kV回路。

（7）、先找簡單回路，后找復(fù)雜回路。

（8）、先找一般負(fù)荷，后找重要負(fù)荷。

4.2查找接地故障具體方法：

（1）、直流充電屏一般安裝有在線監(jiān)控裝置。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地時，光字牌、監(jiān)控裝置的顯示屏或后臺機都會出現(xiàn)告警：直流接地（壓差告警） 信號。用萬用表復(fù)核一下正負(fù)極對地電壓，判斷哪一極接地及接地程度。輸出饋線屏的面板有一系列直流輸出開關(guān)（保險），那些開關(guān)大致可分為動力直流部分和控制、保護等部分。

（2）、接地性質(zhì)明確后，可進(jìn)行以下處理：檢查絕緣水平低（室外端子箱、接線箱、密封不嚴(yán)的刀閘機構(gòu)箱、無防雨罩的瓦斯繼電器等室外設(shè)備、現(xiàn)場工序易潮濕）、易發(fā)生接地的開路、存在設(shè)備缺陷及有檢修工作的電氣設(shè)備和線路是否有接地情況。

（3）、若絕緣監(jiān)測裝置能監(jiān)測處接地的具體支路，該支路為雙回路配置的，可以合、拉空氣開關(guān)的方法，將該支路負(fù)載轉(zhuǎn)到另一直流母線，觀察接地現(xiàn)象是否轉(zhuǎn)到另一直流母線上。

（4）、若接地電阻較大，絕緣監(jiān)測裝置無法檢測出接地支路的，可將絕緣監(jiān)測裝置的接地告警定值（220V直流系統(tǒng)告警值一般設(shè)為25kΩ，110V直流系統(tǒng)告警定值一般設(shè)為7kΩ）增大，重新檢測;若正負(fù)極同時接地，此時正負(fù)電壓平衡，也無法檢測出接地支路，只會做“母線絕緣異?！钡母婢?，可將絕緣監(jiān)測裝置中的“正負(fù)同時接地”設(shè)為“是”，正常運行時為“否”，再重新檢測。若能檢測出接地支路，按步驟（3）處理。

（5）、若以上絕緣監(jiān)測裝置等無法檢測出具體接地支路，在堅持查找直流接地故障的原則的前提下，依次切斷直流屏上各負(fù)荷開關(guān)，若直流屏上負(fù)荷開關(guān)所帶負(fù)荷中存在不允許短時停電負(fù)荷（失去電源后會引起保護誤動作），則禁止直接斷開直流屏上此負(fù)荷開關(guān)，而應(yīng)從該負(fù)荷開關(guān)所帶本段各配出開路本柜控制電源上逐一拉路查找，查找過程中也不允許選切不允許短時停電負(fù)荷（失去電源后會引起保護誤動作），若直流屏上負(fù)荷開關(guān)所帶負(fù)荷中不存在不允許短時停電負(fù)荷，則可直接拉直流屏負(fù)荷開關(guān)，但切斷時間不得超過3秒鐘，不論回路接地與否均應(yīng)合上，如果拉開此開關(guān)直流接地現(xiàn)象消除，則可以判斷接地點就在該段母線上，接下來可依次拉開該段母線上所有配出開路直流電源，進(jìn)而判斷確切的接地開路并進(jìn)行有效處理，徹底消除接地現(xiàn)象。

（6）、如果拉開直流屏上此開關(guān)直流接地現(xiàn)象沒有消除，則應(yīng)選擇依次拉直流屏上其他配出負(fù)荷開關(guān)，方法同上。不管是在直流屏配出負(fù)荷開關(guān)中拉路查找接地還是在直流屏配出負(fù)荷開關(guān)所帶的下一級負(fù)荷中查找接地，都必須堅持直流系統(tǒng)查找接地的原則。最后，如果直流接還沒消除，則應(yīng)檢查蓄電池、充電裝置及直流屏柜內(nèi)各二次回路及接線是否有接地現(xiàn)象等。在切斷上述每一直流回路后，應(yīng)迅速恢復(fù)送電。在切斷每一回路過程中，工作人員應(yīng)根據(jù)儀表和信號裝置的指示，判斷是否有接地。如切斷時接地消失，恢復(fù)送電后接地又出現(xiàn)，則可肯定接地發(fā)生在該回路上，應(yīng)及時查找接地點設(shè)法消除。

結(jié)束語

由此可見，直流系統(tǒng)能否可靠運行對變電站的安全運行極其重要。因為直流系統(tǒng)接地現(xiàn)象較復(fù)雜，對電力系統(tǒng)的潛在危險性很大，而且引發(fā)的事故教訓(xùn)很多，所以在經(jīng)濟效益及安全運行要求日益提高的今天，準(zhǔn)確、及時、有效地查找直流系統(tǒng)接地是十分有意義的。不僅僅要重視直流電源設(shè)備的運行維護，還要重視直流絕緣監(jiān)察裝置的巡視檢查，只有在不斷實踐中努力探索才能進(jìn)一步提高掌握查直流接地的能力，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。

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