变电站直流系统接地故障浅析

武琼 牛禹

摘 要：直流系统对于变电站安全可靠运行具有重要意义，文章分析了直流系统接地的原因，提出了三种常用的变电站查找直接接地故障的方法以及它们的适用性。通过一次变电站雨后直流系统接地故障的处理，介绍了一种环网直流系统故障的排查方法。

关键词：变电站；直流系统；直流接地

中图分类号：TM645.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）03-0084-02

变电站直流系统为变电站内的控制回路、信号回路、保护及自动装置等提供可靠的电源，关系着保护、自动化装置能否正确动作，是确保变电站安全可靠运行的重要组成部分。直流系统主要是由蓄电池组、浮充电装置、电源监测装置及各支路电源组成，正常情况下，直流系统正负极均是对地绝缘的，当直流系统绝缘破坏，发生一点接地时，一般并不影响直流系统运行，但当两点及以上接地时，就可能造成保护装置误动、拒动、直流电源短路、熔断器熔断等不良后果。

因此，当变电站内直流系统出现接地故障时，应及时消除，维护变电站的安全稳定运行。

1 直流系统接地原因

由于变电站内直流系统分布广、线路长、所带负荷多，因此容易收到各类环境因素如高温、潮湿、灰尘的影响，导致绝缘下降或破坏；此外直流系统环路供电方式以及寄生回路的存在也会影响绝缘监测装置的正确判断。直流系统接地的原因可以归纳为以下五个方面。

1.1 环境影响

在大雨、雪、冰雹、霾等恶劣气候条件下，直流二次设备将会受到影响，特别是户外端子箱和机构箱，若封闭不严或机构箱破损，可能造成端子排受损甚至缆沟进水等，造成直流系统绝缘下降。部分二次设备的绝缘材料由于投运时间过久，产生绝缘老化现象，本身绝缘达不到当初的设计要求，也易引发直流系统接地故障，特别是变电站投运时间越久，可能性越大。

1.2 设备维护不当

由于电气设备及其二次回路安装、维护、运行不当，造成电缆接头松动、断线或人为误碰，可能造成直流接地；小动物误入带电设备，抓咬电缆外皮会造成电缆破损和绝缘破坏；开关柜内端子若不定期清扫，造成灰尘积累，在潮湿环境下或有金属片、螺丝等物体掉落，都可能造成直流系统接地。

1.3 交流电混入直流回路

交流电及电压互感器二次回路电压源，由于误接线、绝缘下降等原因窜入直流系统，造成直流系统接地。

1.4 环路供电

环路供电也是造成直流接地的一种原因，环路供电是直流系统在负荷侧两路进线电源未隔离或通过二极管隔离的方式，使两段直流母线仍存在电气上的联系，一段母线接地可能引起另一段母线接地，使故障分析更加复杂。

1.5 寄生回路

直流寄生回路也是检修中时常出现的情况，它使两个直流系统通过寄生回路产生了电的联系，造成“假接地”现象。这种情况有偶然性，只要消除寄生回路，就可以避免再次发生。

2 直流系统接地故障查找方法

2.1 概率法

概率法是一种传统的较为实用的方法，根据直流系统接地时特定的环境或现场实际，寻找最有可能接地的位置。

如前文所述直流接地的原因，若故障发生时气候条件恶劣，如出现雨、雪、冰等，首先检查室外机构箱、端子箱、刀闸辅助切换装置、瓦斯继电器，这些部分有可能封闭不严或没有除湿系统造成绝缘破坏。

若考虑季节因素，春初、秋末是小动物活动频繁时期，应检查开关柜、机构箱是否做好封堵；若现场有施工情况，应首先排查是否由于施工不当造成；若发生接地故障时期二次设备有异常现象，应首先检查是否存在二次设备损坏。这种方法依靠运行和检修人员的工作经验，最具时效性，但当故障较为复杂或非外力等直接原因引起时，就无法仅凭这种简单的概率推算法进行判断了。

2.2 拉路法

拉路法也称“瞬时停电法”，是查找直流接地最直观的方法，是通过依次断开运行的直流回路空气开关，当其中某条线路空开断开后直流接地告警返回，就说明接地点就在该线路上。拉路法应该注意：每次断开时间不得超过3 s，无论是否接地均应马上合上，若断开的是保护或自动装置的电源，应采取防止该类设备误动的安全措施，如向调控中心申请退出保护和自动装置等。拉路的顺序为：先室外设备后室内设备；先信号、照明回路后操作、控制回路；先查新投运设备后查运行设备。当确定接地发生在哪条支路上后，应将该支路的环网解开，通过拆端子及取下保险的方式来判断和寻找接地点。

若拉路法无法找出接地点，可能是由于以下几种情况：

①直流系统存在环路供电的方式，拉路前没有解列或断开环路。

②接地点在直流母线、蓄电池组或充电机上。

③交流窜入直流回路。

④存在直流寄生回路。

⑤存在多点接地。

2.3 绝缘监测装置和便携式直流接地定位装置

以上两种方法是传统的直流接地查找方法，但现在110 kV及以上线路不允许无主保护运行，因此变电站的保护和控制电源不能随便拉合，这就对直流接地查找提出了新要求。绝缘监测装置和便携式直流接地定位装置可以在不停电的情况下查找接地故障。

绝缘监测装置采用了平衡电桥法或注入电流法，如深圳奥特迅公司生产的WJY-3000微机绝缘监测仪，该装置采用了直流有源CT，通过对母线电压在线监测，当电压低于设定定值，将会启动支路巡检功能。

支路巡检仪采用直流有源CT检测，每个支路内含CPU，直接在各支路实现了信号转换并上传至绝缘监测仪主机。WJY-3000的支路CT接线如图1所示。

该装置可以实现对所有支路的同时检测，精度高、速断快、抗干扰能力强，缺点是在复杂电网中容易变到环网和分布电容的影响，并且只能确定是哪条主母线上的支路故障，对于下一级支路故障无法做出判断。

便携式直流接地定位装置可以显示接地故障的程度和方向，并进行追踪定位。

一般由信号发生器、检测器和钳表组成。信号发生器自动分析正负极和地电压、接地极性、接地电阻，判断是否发生接地。若发生正接地就会在正极和地之间加一个弱电流；若是负接地则会在负极和地之间加一个弱电流。检测器通过钳表，逐步测量每个回路对地的直流电源漏电流，并显示接地故障方向逐级查找，直到准确定位故障点。便携式直流接地定位装置可以检测两点、多点、正负极同时接地的故障。

3 实例分析

2013年6月暴雨后，天津咸水沽镇南八里台110 kV变电站监控报直流接地故障，故障内容为“#1直流系统接地故障”、“#2直流系统接地故障”，+KM电压降为10 V，-KM电压升至110 V，检查后确认是#1直流系统的接地故障。

由于该站配置有WJY-3000绝缘监测装置，但通过“支路检查”功能，均无法返回接地选线的结果，同时便携式直流接地定位装置也无法实现定位。

经反复排查，发现是由于某几条10 kV间隔的线路采用了环路供电的方式，也就是从#1和#2直流电源来的两个空开都合上了，将其中一路直流电源拉开后，再通过绝缘监测仪定位出故障支路为10 kV电容器。

由于本次故障发生在大雨之后，极有可能是开关柜进水造成，所以从10 kV电容器开关柜处开始查找故障，逐个拉开各个直流回路，测量直流电压，当打开某条回路后直流电压恢复正常110 kV，说明故障就在此处，最后经过核查电缆，发现该电容器接地刀闸的操作机构箱已严重进水，造成了电缆控制回路的正接地。

4 结 语

变电站直流系统结构日益复杂，增加了查找直流系统接地故障的困难性，此外由于110 kV及以上变电站不能失去主保护，因此，除了传统故障查找方法以外，应根据现场实际情况，综合采用绝缘监测仪、便携式直流接地定位装置配合拉路法，提高故障处理效率，维护变电站安全可靠运行。

参考文献：

[1] 陈安伟，乐全明，于文斌，等.直流系统环路供电方式及环路接地问题研究[J].电力系统保护与控制，2010，（11）.

[2] 杨炳涛，张洪军，张敬平，等.环路造成直流接地现象的分析[J].农村电气化，2014，（4）.

[3] 李艳华.便携式直流接地故障定位仪及其应用[J].科技信息，2011，（26）.