变电站直流系统接地若干问题的研究

广东电网公司江门供电局 赵立文

变电站直流系统接地若干问题的研究

广东电网公司江门供电局 赵立文

直流系统是变电站的能源的主要供应系统，在其中担当着十分重要的角色。直流系统的故障可能会引发整个电站的崩溃，笔者通过对直流系统接地引起的故障分析以及相关解决方案制定的讨论，供该行业借鉴。

直流系统；接地；危害；方案

1.引言

在现代变电站中，由于工作负荷量大，往往会存在直流系统运行不稳定的问题。在这种不稳定的因素干扰下，直流系用接地引发的故障为其中的典型，需要建立科学流程分析解决。

2.变电站直流系统接地的概述

2.1 直流系统接地的简介

由于电力系统变电站内交直流存在着正负极的区别，其与交流电源对于接地存在着明显不同，目前的变电站及发电厂内所有设备都是交流电源进行供能的，因此，它们都需要进行严格的接地处理，也就是将外壳和地进行牢固连接，还要保证让它处于比较低阻抗的状态之下。直流系统同时也存在接地问题，但不是实际的接地而是中性点的接地问题，如果直流电源对地间的阻抗降低到很低水平，就会导致接地故障的产生。在直流系统中存在很多支路，其线路在运行的过程中会受到很多种不同因素影响，普遍存在老化及元器损坏的诸多问题，并且这些问题的产生会直接导致绝缘层进入薄弱状态或是受到破坏发生漏电，产生了直流接地的故障。随着直流系统的运行，其接地的故障发生的机率也就会变大。

在一般的直流系统接地问题都是由于电气设备老化以及不合理的养护造成的，主要分为三种类型，如表1所示。

表1 直流系统接地的几种类型及其主要表现

2.2 产生直流系统接地的原因

现代变电站的直流系统是比较复杂的电力系统。与其链接的电力设备是多种多样，从而产生更多的回路，长时间的工作运转往往会受外部的自然条件，如气候与温度，以及电气设备的各因素影响，电气设备以及各个接口的老化、变脆、扭曲以及破损，此外，由于各个装置自身的质量高低都会导致系统接地事故的发生，尤其是在特殊的地理环境，如施工工地、设备的检修与改造等，一系列的施工或检修问题都可能会造成直流系统的接地，特别是使用时间长并且容易老化的直流系统由于设备改造影响，往往会有接地事故的发生。

2.3 直流系统接地事故的判断

在直流系统中，如果其中的一点失去同大地间的绝缘，或这样的绝缘能力已经降至不达标的范围，就会出现接地的事故。直流系统的接地故障可以依据电力系统的两极（正、负极）来判断，其主要方法如下：

(1)如果在接地是在正极处发生的，就为正极接地故障；

(2)与上述相反就为负极接地引发的故障；

(3)如果该直流系统的正负两极都出现接地事故，那就为两极接地的故障。

2.4 不同类别接地事故的危害

由于接地事故的类别不同，其事故带来的危害也是不一样的，上述的三种接地事故各自会产生不同的后果。

(1)正极接地事故所造成危害最严重是会导致保护设备及自动设备的非正常运行，发生误动的现象，由于一般跳合闸和继电器接口都是同一电源负极相接，如果正极出现接地的故障就会导致自动设备装置的运行不正常。如图1所示，如果A、B两点接地或A、C两点接地，或A、D两点接地，两处出现接地时就会使跳闸线圈TQ有电流流过，促使断路器发生不正常跳闸。根据设备运行实践看，当站内直流系统的对地电容较大，且断路器线圈的动作电压足较低时，跳合闸线圈前的回路一点接地，也会造成断器器的误跳或误合。

(2)负极接地事故会导致电力的保护设备及自动设备的功能完全丧失，导致保护设备拒动。

由于负极接地时会造成继电器的短接，此时继电器会处于短路的停滞情况，其次，由于发生回路短路，整个系统承受超额的电流，这样就损坏了继电器，保护设备会因此丧失保护的功能。如图1所示，当C、E两点接地、或B、E两点接地、或D、E两点接地出现接地事故，KM继电器或跳闸线圈TQ就会被短接，无法发挥保护的功能，还可能导致直流电源开关跳闸。此外，当有电气设备故障时，可能会造成断路器的拒动，造成越级的跳闸事故。

(3)两级接地事故是最严重的接地故障，必须要严格防范。如果直流系统处于两极接地状时就会引起直流电流开关跳闸的问题，如图1所示，当A、E两点接地时，将造成直流电流开关跳闸，也可能会造成蓄电池损坏，同时也可能会发生爆炸事故。

3.结合案例分析遇到直流系统接地问题的解决方案

3.1 案例事故

2013年10月20日台山站在进行#1主变倒闸操作，将#1主变变中由1M运行转至2M运行后，发现#1主变保护报中压侧PT断线,引发保护装置电压采样故障。继保人员到达现场后，开始查看问题并分析解决。

3.2 解决方案的分步实施

3.2.1 人工初步查看事故问题的发生原因

在人工查看时，如果没有接地的探测设备，可以采用传统的拉刀闸、取下保险、断开端子以及摇绝缘的方法来寻找故障缘由。在本案例中，初步查看发现，正电位201对地电压达+220V，(正常应该+110V)，切换后接点265对地电位在0V至几十伏间飘动，此时，直流系统无报直流接地情况。所以基本确定故障是由于直流系统跨接所致，且为第一种正电接地情况。

此外，还要考察是否为保护装置的本身故障所致。本次查看是采用断端子的方法，先断开主变保护电压切换后接线265，用短接线短接端子61及端子70后，#1主变保护中压侧PT断线消失，电压恢复正常。至此，可以判断切换装置无故障，故障在保护屏端子排之后的回路。后接点与端子序号如图2所示。

图1 断路器的跳闸回路简化图

图2 故障中直流接地系统的分析

3.2.2 严格分析直流系统的运行问题

在分析直流系统问题时，先要明白该系统的运行方式。常见的直流系统运行方式一般可以分为四种。

(1)第一种方式是充电装置以及母线之间对应运行， 即支路1充电装置运行的位置为第一段母线，而支路2装置运行位置就为第二段的母线，如图3所示。母线分段开关就为分闸的位置，该方式可让两段母线上负荷均匀。[2]

(2)第二种方式是只有一组蓄电池在母线上运行，此时母线的分段开关变成合闸的位置，任可使两段母线直流负荷保持均匀的分布。

(3)第三种方式是将正常运行的母线充电装置或蓄电池组放置在该母线上，母线分段开关需要设置在分闸的位置，负荷应该要分布在该母线部分。

(4)第四种方式是将蓄电池和充电装置组分别放置在不同的母线上进行运转，并将母线分段开关设置在合闸的位置， 这样直流负荷就可在两段母线上均匀分布。

图3 直流系统运行方式的分析图

综合上述的信息，对系统运行进行详细地考察。将主变保护屏中的#1主变保护电压切换回路及PT并列屏电压切换回路至2DL端子箱都是经由电缆1B162，主变保护的2M切换回路取1号芯和10号芯，PT并列屏2M切换回路取3号芯和2号芯，在#1主变的2DL端子箱中，电缆1B162的1号芯、10号芯及3号芯、2号芯相接的是电缆1B305(5)的1号芯、4号芯及3号芯、2号芯。在#1主变11012刀闸机构箱中检查发现，电缆1B305(5)的1号芯和4号芯并不是取一副接点，1号芯和2号芯一副接点，3号芯和4号芯一副接点。

检查结果已经明确，现场接线的错误导致在合上#1主变2M侧11012刀闸后使两套直流系统跨接导致直流系统不正常，影响电压切换装置正常工作。

图4 解决方案中的系统分析

3.2.3 根据准确故障原因制定解决措施在本案例中，依据现场分析结果，决定将#1主变2DL端子箱电缆1B305(5)的2号芯及4号芯位置对调，如图4所示。对调后接上拆除的接线并检查直流系统电压。必须要检查到电压正常，且没有出现电压的飘动或系统报直流接地情况才算合格。在接线全部恢复后，检查保护电压及PT切换屏电压正常，电压正常就表明问题已经解决。

4.总结

直流系统是现代变电站的主要供能系统，由于二次回路接线复杂、现场施工及验收不规范等因素影响，对直流系统存在着一定的隐患。面对突发的直流系统接地事故，检修人员需要严格考察故障原因，排查各种设备及回路接线的影响，并建立合理的解决方案进行处理，对设备验收必须严格把关，才能有效提高电力系统的安全性。

[1]曾双成.变电站直流接地故障探讨[J].中国新技术新产品,2012(02):189-193.

[2]田纲.论对于变电运行设备的维护技术的分析[J].民营科技,2013(01):63-65.

[3]国家电力调度通信中心.继电保护培训教材[M].