综合自动化变电站直流接地常见故障原因分析及处理

李江龙，王建峰，郭 亮

（国网晋城供电公司，山西 晋城 048000）

综合自动化变电站直流接地常见故障原因分析及处理

李江龙，王建峰，郭 亮

（国网晋城供电公司，山西 晋城 048000）

介绍了综合自动化变电站直流系统的事故类型及其危害，给出了直流绝缘检测装置的构成原理，分别对室外和室内常见直流接地故障进行了原因分析，并讨论了相关处理过程。通过理论分析，详细论证了直流系统串电后（第二套直流系统的正电与第一套直流系统的负电串接后），两套直流系统都发出接地告警信号的成因。通过对直流接地故障处理过程的总结，提出了改进措施，为现场运行维护人员提供了参考。

直流系统；绝缘检测；接地

0 引言

变电站直流系统是站内继电保护和自动化装置等设备的工作电源，该电源系统的供电质量和可靠性直接影响上述设备的工作状况。变电站的运行经验证明，直流电源的故障往往扩大事故范围并引发灾难性的后果，因此人们称直流系统为变电站的心脏。变电站内直流系统的电压等级通常分为两种，分别为220 V和110 V。由于天气变化、设备锈蚀及二次电缆绝缘降低等原因，直流系统经常会发生一点接地或多点接地故障，严重时可能引发保护装置拒动、误动等现象的发生，给电网的安全稳定运行留下严重隐患。

1 直流系统事故类型及其危害

假如直流系统存在一点接地，那么绝缘检测装置会报出接地告警信息。如果直流系统存在两点接地，就有可能使熔断器熔断，直流电源发生短路，甚至使保护装置拒动或者误动。

假如直流系统存在一点接地，那么二次设备并不会受到影响，仍能够继续正常工作，等待运维人员及时处理。见图1，假如A点存在一点接地，其他点（B、C、D、E） 再存在第二点接地，有可能造成的后果如下。

a）假如B点存在第二点接地，直流系统正、负极会发生短路，将会使熔断器FU熔断，这时控制回路会失去直流电源。

b） 假如C点存在接地， 那么KA1、KA2触点会被短接，这时线圈KM左侧带正电，使得KM常开触点闭合，跳闸线圈Y2带电后，断路器跳开。因为设备本身并没有发生短路，所以称这种现象为误动。进一步讲，当D点或E点存在第二点接地，都可能使线圈Y2带电，断路器跳开。

c） 当B点首先存在一点接地， C点或E点紧随其后，它们中任何一个发生第二点接地时，如果这时继电保护装置动作，会引起短路，断路器会发生拒动。

所以，由于各种原因存在一点接地时，应及时消除故障，避免发生严重后果。

图1 直流系统两点（多点）接地

2 直流绝缘检测装置的构成原理

绝缘检测装置检测原理如图2所示。正常工况下，直流系统正、负两极对地的绝缘电阻由于装置内阻，在由构成的四臂电桥中满足电桥平衡条件。因为A点与大地的电位相同，所以电压表指示为零。信号继电器KS两端无电压，则不动作。如果正、负极中任何一个发生直接接地，或者对地绝缘电阻降低，这时R3与R4不再相等，所以由公式得出，电桥平衡被打破，A点与大地存在压降，当达到信号继电器KS动作值时，报出接地告警信息。

图2 绝缘检测装置原理图

3 直流接地常见故障原因分析及处理

3.1 室外二次回路直流接地常见故障原因分析及处理

气候变化是造成直流接地的主要原因之一，比如雨水天气、下雪天气及潮湿天气等。由于变电站很多一次设备（变压器、开关、刀闸等）多暴露在户外场地，因为设备密封不严，可能会导致相关设备的二次回路污秽严重、受潮、甚至进水，这种情况往往会引起直流系统接地。

3.1.1 遥信回路常见故障原因分析及处理

图3和图4分别为变电站遥信回路示意图、遥信回路示意图。图3刀闸的辅助接点通过电缆接至端子箱，然后通过长电缆接入保护室的测控装置，800（公共端）和801为刀闸辅助接点的编号；图4中+XM、-XM分别为测控装置的正电和负电，从图4中可以看出场地设备有4对辅助接点通过长电缆引入主控室测控装置。

图3 遥信回路示意图

图4 遥信回路示意图

场地设备共有4对接点通过长电缆引入主控室测控装置，其中3对已闭合，1对处于打开状态。当名为801的辅助接点在场地内，由于天气原因接地后（首先检查绝缘检测装置，这种情况绝缘检测装置会告警，断开报警支路的空气开关，如果故障消除，则判断是外接回路有接地现象，然后排查外接二次回路的接地点，并及时排除故障），具体处理步骤如下。

a）所在间隔的测控屏内，在端子排处甩开经场地来的长电缆800（公共端，场地4对辅助接点在端子箱处并接，引出1根接入测控装置），这时正接地应转变为负接地。

b)由于引入测控装置的公共端800从电源侧断开（无+XM），接地点通过回路反送负电，这时会发生负接地。

c） 继续在测控屏处甩线，当801、802、803端全部甩开后接地故障消失（绝缘检测装置电压、对地绝缘电阻恢复正常）。造成此现象的原因是3个闭合接点公共端800打连，如当仅甩开801时，接地点会通过闭合接点802或803与负极构成回路，仍处于负极接地状态。

d） 上述过程已能判断出，直流接地由801、802、803中的辅助接点引起，将从测控屏甩开的电缆线恢复。考虑到3对辅助接点的公共端800打连地点一般在场地端子箱处，因此可以采取在端子箱依次甩线的方法排查故障。例如，先同时甩开第一组接点的800和801，如果接地故障消除，接地点就是800和801；如果故障未消除，开始甩开第二组接点的800和802，依次类推，直至接地故障消除。

3.1.2 变压器本体压力释放二次回路发生直流接地

因为变压器压力释放阀一般不装设防雨帽，当遇到雨水天气时，容易引起压力释放辅助接点进水，发生直流接地，这时需从本体端子箱将压力释放辅助接点电缆线甩开，待辅助接点风干后恢复接线。

3.1.3 全直流系统对地绝缘不良

此类型故障多发生于室外一次设备锈蚀严重、或是二次电缆绝缘质量差的变电站。发生故障时，切断单一直流馈线后，接地现象不会立即消失，对地电压、对地绝缘电阻可能有一定程度恢复，且切断其他单个直流馈线开关情况类似。这时需从直流系统集中监控装置检查各馈线支路的泄漏电流值，如果出现多个支路泄漏电流值越限，说明全直流系统对地绝缘不良。

3.2 室内二次回路常见故障原因分析及处理

随着高压电网的快速发展，高压输变电设备继电保护实现双重化配置，反措要求两套设备的电源应分别取第一组蓄电池和第二组蓄电池电压。

a)2组蓄电池组分别供电的直流系统，不允许正常运行时，出现长时间合环运行。一般情况下220 kV及以上变电站的直流系统，每一套直流系统对应1组蓄电池组，当由于人为原因误将合环点闭合（比如35 kV开关柜储能电源合环点闭合），因为每一套直流系统都通过各自的绝缘检测装置接地，所以合环后相当于1套直流系统多了1个接地点，造成2组直流系统同极性串电，直流系统都会发接地报警信号。

b)直流系统II的正电与直流系统I的负电通过二次回路串接。如图5所示，+XM为第二套直流系统的正电，-XM为第一套直流系统的负电，800和801为某220 kV间隔刀闸辅助接点，接入测控装置时，本应采用第一套直流系统的正负电，但是错接为第二套直流系统的正电和第一套直流系统的负电，当刀闸辅助接点处于闭合状态时，两套直流系统会报接地报警信息。

根据上述分析建立等效模型，如图6所示，R为串接回路电阻，RS为绝缘检测装置的平衡桥内阻，约为50 kΩ。

图5 测控装置遥信回路示意图

图6 等效模型

将图6中等效模型化简，建立电路模型见图7 a。运用电路分析理论中的Y→Δ变换得到等效电路，见图7 b。本文所述直流系统电压均为220 V。

图7 化简后的等效电路

运用电路分析理论中的回路电流法，根据图7 b列出计算公式（3），得出i1=i2。由于流过电阻RS的电流i1、i2互为反向，所以电阻R3中相当于没有电流，k1、k2点电动势相同，对地电压均是0。因此将图7 b进一步简化，得等效电路图8。

图8 等效电路

由图8等效电路得到，直流系统I段负极对地电压UI见式（4）。

因为两套直流系统之间的串接电阻R远小于平衡桥电阻RS，从式（1） 可知约等于R/2。带入式（5）可得：直流系统II段正极对地电压约等于0，相当于直流系统II段正极直接接地。

由上述推到过程可知，当直流系统I段的负极通过小电阻与直流系统II段的正极串电后，两套直流系统均会发出直流接地告警信号。通过以上分析，可进一步得知：当串接回路电阻由小电阻变为大电阻时，令R＝RS，得到直流系统I段的负极对地电压约等于55 V，直流系统II段的正极对地电压同理；如果直流系统I、II段之间没有串接回路电阻R，相当于电阻值为无穷大，由式（1） 和式 （2），得 R1＝R2＝RS，根据式 （4） 可得直流系统I段负极对地电压约等于110 V，没有发生接地现象；同理，直流系统II段正极对地电压同样正常。

3.3 直流系统内部发生直流接地故障

蓄电池、充电设备、直流馈线柜等直流设备组成电力系统中变电站的直流电源系统，简称直流系统。如果接地点出现在充电设备中，或存在于蓄电池组内部，或存在于直流母线上，一般情况处理过程如下。

因为2套直流系统之间的串接电阻R远小于平衡桥电阻 RS，从式 （1） 可知R1约等于 R/2。带入式（4）可得：直流系统I段负极对地电压约等于0，相当于直流系统I段负极直接接地。同理可得，直流II段正极对地电压UⅡ见式（5）。

a)拔掉绝缘检测装置所有接线，接地消除则可判断是装置故障，若拔掉装置所有接线接地现象仍然存在，则需判断是否柜内有接地现象。

b)应进行如下操作：关掉集中监控装置，断开交流电，抽出所有充电模块，接地现象如果消失，则判断是某个充电模块内部有接地故障；否则，将所有充电模块恢复，送交流电。

c)待充电模块工作正常后拉电池开关，解掉电池回路检查接地是否消失，若消失则是电池回路有接地，检查电池连接线是否碰到机壳、电池是否漏液等。

3.4 严防交流串入直流故障

当发生交流串入故障时，如图9所示，交流系统为中性点接地系统，R1、R2为平衡电桥电阻，C1、C2分别为直流系统正负母线对地等效电容。电容具有通交流阻直流的特性，正常运行时相当于开路，当交流串入后，交流电通过C1和信号继电器KS对地形成回路，KS继电器动作，直流系统接地告警。交流串入不仅可能会造成直流系统接地故障，严重时还将通过长电缆的分布电容启动中间继电器，例如主变非电量中间继电器，造成开关误动[1-3]。

图9 交流串入直流示意图

4 改进措施

查找直流接地要关注天气变化，如果发生雨水、降雪天气，此时出现直流接地几乎可以肯定是户外设备引起，运维人员在处理故障时应注意以下几点。

a）根据季节变化，在雨季来临前，注意加强现场巡视，密切关注端子箱、机构箱的封堵情况，有问题及时处理。

b）在发生直流接地告警信息的同时，是否伴随其他异常信号的产生（可以从调度监控员或变电站后台监控机获得），运维人员一定要密切关注。

c）如果需拉、合装置电源、控制电源、遥信电源时，应提前与调度部门联系。

d）当达到直流绝缘检测装置的告警设定值时（如电阻小于25 kΩ），装置会报出具体接地的馈线支路，方便运维人员快速处理。如果绝缘检测装置仅发出接地告警信息，没有报具体的馈线支路，尽量选用“直流接地查找仪”查找接地支路，降低采用拉路法造成的隐患（如某间隔测控装置电源断开后，重新上电时装置液晶屏无法点亮，电源插件故障，进一步扩大故障范围）。

5 结束语

直流系统对变电站二次设备的安全稳定运行起着至关重要的作用，本文分别对室外和室内常见直流接地故障进行了原因分析，并给出了相关处理过程。只有对直流系统接地故障原因进行深入细致的研究，才能提高现场处理突发事件的能力。

∶

[1] 邱关源.电路 [M].北京：高等教育出版社，1999.

[2] 国家电网公司人力资源部编.直流设备检修 [M].北京：中国电力出版社，2010.

[3] 吴建军.直流接地引发的一次“异常”现象分析 [J].继电器，2003,31 （10） ∶76-78.

Cause Analysis and Treatment for Common Faults of DC Grounding System in Integrated Automation Substation

LI Jianglong,WANG Jianfeng,GUO Liang

（State Grid Jincheng Power Supply Company of SEPC,Jincheng,Shanxi048000,China）

The accidents type and their hazards in the DC system ofintegrated automation system ofsubstation are introduced in this paper.The composing principle of DC insulation detection device is given,and the causes of common DC grounding faults outdoor and indoor are analyzed respectively.Through theoretical analysis,the causes for grounding signal warning of two sets of DC system are elaborated in detailed.Based on the summary of DC grounding fault treatment,improvement measures are put forward,which provides a reference for the field operation and maintenance personnel.

DCsystem；insulation detection；grounding

TM76；TM63

A

1671-0320（2017）05-0046-05

2017-05-02，

2017-07-21

李江龙（1976），男，山西晋城人，2011毕业于华北电力大学电气工程专业，硕士，高级工程师，从事继电保护运行和管理工作；王建峰（1974），男，山西运城人，2005毕业于太原理工大学计算机科学与技术专业，高级工程师，从事继电保护运行和管理工作；郭 亮（1982），男，陕西西安人，2012毕业于西安理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事继电保护运行和维护工作。