浅析一起变电站直流系统环网故障的查找和处理

龚 成

（广东电网有限责任公司阳江供电局，广东阳江529500）

0 引言

直流电源系统是电网核心设备之一，关系到电网控制、保护、测量等系统的正常运行，随着电网运行自动化水平的不断提高，直流电源系统的重要性日益凸显。因直流接地引起保护出口继电器误动或拒动的案例屡有发生，后果十分严重，因此直流接地故障的缺陷等级被定为紧急缺陷，这足以反映直流接地后对电力系统的影响。因此直流系统一旦发生接地故障，快速正确地查找到接地点并及时处理，是保证电力系统安全运行的关键。

1 直流接地现象

1.1 变电站内直流系统的基本配置

某110 kV变电站采用双充双蓄的直流供电方式，负荷大致平均分配给两套直流系统。直流系统规范严格规定两套直流系统须独立运行，正常运行状态下，负载的两路电源只能投一路，两路都投则造成环网。该站直流电压为220 V，绝缘监测装置中绝缘电阻整定为25 kΩ（变电站直流电源系统技术规范），当本段母线或支路绝缘电阻低于25 kΩ时，装置会发出声光报警信号，调度监控及站端后台能监测到相应的信号。

1.2 直流接地时现场状态

该站两段直流母线同时报直流接地信号，现场情况如下：（1）#1、#2直流系统分列运行，#1报正母接地，#2报负母接地，并持续发出声光告警信号；（2）#1直流系统绝缘监测装置显示系统对地电压为V+：7 V、V-：217 V，正对地绝缘电阻为11.5 kΩ，负对地绝缘电阻为999 kΩ；#2直流系统绝缘监测装置显示系统对地电压为V+：215 V、V-：8 V，正对地绝缘电阻为999 kΩ，负对地绝缘电阻为11.3 kΩ，均满足直流接地告警条件；（3）站端后台报#1、#2直流系统母线接地告警信号。

2 直流接地分析及判断

从告警信息判断，#1直流母线正极接地，#2直流母线负极接地。现场天气晴朗、干燥，排除由于下雨或潮湿引起二次回路接地。站内除运行人员将直流系统转分列运行外，没开展其他工作，排除人为因素造成直流接地。直流系统转为分列运行后，两套绝缘监测装置显示接地时间相差2 s，并发出告警信号，判断两段直流母线同时接地。为进一步分析两段直流母线直流接地情况，工作人员进行了以下操作：（1）万用表测量两段直流母线对地电压，同装置显示值基本一致。（2）检查两套绝缘监测装置未选出直流接地的支路。（3）两段直流母线充电机处于浮充状态，两组充电机输出负荷电流为15 A左右，与正常运行时相差不大。（4）断开两组直流系统之间的联络开关及环网空开，在安全情况下，调高#1直流系统充电机输出电压，若#2直流系统电压随之升高，出现充电机输出电流降低，判断存在两极环网故障。若#1直流系统正极电压升高，负极电压基本不变，正极环网；反之，负极电压升高，正极电压基本不变，负极环网[1]。（5）将两段直流母线转为并列运行，直流接地告警信号消失，正负对地电压恢复正常，绝缘电阻值均大于25 kΩ，测量两段直流母线对地电压与装置显示值基本一致。（6）将两段直流母线转为分列运行，#1报正极接地，#2报负极接地。

此次直流接地为异极直流接地故障。

3 直流环网故障查找

异极直流接地分为两种：Ⅰ段直流正极与Ⅱ段直流负极或Ⅰ段直流负极与Ⅱ段直流正极通过电阻、线圈等连接环网接地。本次异极直流接地故障按告警信息判断为Ⅰ段直流正极与Ⅱ段直流负极通过电阻、线圈等连接的环网。

异极直流接地故障出现有两方面原因：（1）间隔保护内部线圈、指示灯的正负极来自于分开的两段直流电源,若共用一组蓄电池，线圈和指示灯正常工作，若新增设一组蓄电池，利用两组蓄电池充当电源，则会导致线圈与指示灯无法运行的问题；（2）一些变电站配置双蓄电池组，某个间隔二次回路改造，容易造成保护状态下线圈或指示灯的正负极来自不同的电源组，造成直流系统环网[2]。

运行人员确认最近未进行过二次回路方面的改造，直流系统操作之前巡视各间隔，指示灯等均处于正常状态。若两段直流之间存在正常时励磁的线圈或亮灯的信号指示灯，因线圈或指示灯电压太低，出现线圈失磁或信号指示灯亮度不够的现象，可根据此现象查找缺陷。

工作人员对各间隔重新检查，#5电容器组5C5开关分闸指示灯亮度不够，控制电源、储能电源及装置电源处于合位，测量各空开上下端对地电压发现控制电源的正极对地电压与#1直流系统正极对地电压相同，储能电源负极对地电压与#2直流系统负极对地电压相同，5C5开关储能电源来自#1直流系统#1馈线屏12QF23空开及#2直流系统#2馈线屏22QF23空开，12QF23空开合位，22QF23空开断开；控制电源来自#2直流系统#2馈线屏22QF24空开，处于合位。根据图纸及现场接线检查发现，之前处理5C5电容器分合闸指示灯故障时，工作人员误将储能电源正极当作控制电源正极，通过分位、合位指示灯及开关辅助接点接到控制电源负极，通过分位指示灯（电阻约13 kΩ）形成直流环网。5C5开关正处于分位，断开其储能及控制电源空开，直流接地告警未消失，依照同样的方法检查，发现5C6开关分合位指示灯的接线方式同5C5一样，两者为同一时间段处理的缺陷，工作人员用相同接线方式接线，直流环网有两处。断开5C6开关储能及控制电源空开，两套直流系统直流接地告警消失，接地电阻和母线电压恢复正常。

4 直流环网故障处理

工作人员根据现场情况，拆除5C5、5C6开关分合闸指示灯正极电源，从控制电源正极处接线，该站直流环网接地故障处理完毕。

查找处理直流环网接地故障的方法还有回路查找法、拉路法、便携式仪器查找法等。

回路查找法：对可能产生环网的直流支路核对标识及图纸回路走向，找出引起两段直流环网的二次回路，拉开电源后，通过通路法和摇测绝缘可找出环网点。该方法要求工作人员有较强的回路查找能力及经验，较难快速查找故障。

拉路法：根据负荷的重要性，依次短时拉开直流负荷各回路。当切除某一回路时环网故障消失，说明故障在该回路内。继续运用拉路法，进一步确定故障在此回路的哪一支路中。该方法比较直接，但存在直流回路标识不清晰而误拉空开，造成保护或测控装置失电的风险。

此次环网接地故障是依据前人的经验处理，通过指示灯的强弱确定环网间隔，有一定的取巧。通常情况下，我们借助便携式直流系统接地故障定位装置判断接地故障，该装置由信号发生器和故障检测器两部分组成，信号发生器在直流母线电源端向直流系统注入适宜系统检测且对系统无影响的直流检测信号，故障检测器可在直流负荷端各回路检测对地的直流信号漏电流，自动检测接地故障支路，对220 V直流系统可检测0～70 kΩ的直流接地电阻[3]。

5 总结与思考

近年来，随着两组蓄电池分别独立供电的运行方式出现，直流环网问题屡见不鲜。在老旧变电站，110 kV及以上间隔直流系统由于设计和施工不规范，存在环网供电方式，加上遥信电源与测控电源回路均采用环网供电的方式，因此环网故障普遍存在。表面上环网供电提高了可靠性，降低了设计成本，但是运行时间一长，容易产生问题，给绝缘监测和查找接地或环网造成极大的困难，容易造成回路迂回，不利于查找故障点。因此加强对老旧变电站不规范直流系统的改造，保证直流回路的完整清晰，对于查找直流接地或环网，效果特别明显。

[1]冯振宇，李传文.论直流系统环网故障判断及查找技术[J].科技创新导报，2013（12）：47-48.

[2]潘祖鸿，朱海松，赵良涛.变电站直流系统环网问题分析与对策探究[J].山东工业技术，2014（17）：125.

[3]李峥，张恭政.VRLA蓄电池容量落后原因分析[J].蓄电池，2002（2）：58-59.