一起220kV变电站直流系统接地故障分析

（国网湖南省电力有限公司常德供电分公司，常德市，415000） 陈 坤 钟著辉 钟 显

直流系统作为变电站核心设备，为变电站保护、安全自动装置、控制等提供电源[1-4]。变电站内直流电源在运行中时常会出现直流接地、绝缘降低、交流窜入直流等故障，这些都将对继电保护装置的动作行为有较大影响，尤其是交窜直故障会对直流电源系统的稳定性、可靠性产生直接的影响，可能会引起信号回路甚至继电保护回路、控制回路以及自动装置回路等误动或拒动，进而电网的安全稳定运行带来隐患[5]。

根据《国家电网有限公司十八项反事故措施》要求[6]，在运行和检修中应加强对直流系统的管理，严格执行有关规程、规定及反措，防止直流系统故障，特别要防止交流电压、电流串入直流回路，造成电网事故。新建或改造的变电所，直流系统绝缘监测装置应具备交流窜直流故障的测记和报警功能。原有的直流系统绝缘监测装置，应逐步进行改造，使其具备交流窜直流故障的测记和报警功能。因此，完善交窜直故障的测记及告警是现场运检迫切需要解决的问题。

分析了一起变电站交窜直事故，并通过试验得出该站绝缘监察装置的交窜直功能有待进一步完善。

1 直流接地事件简介

2018年3月1日10点45分，某地区220kV变电站10kVI段母线C相接地，其中A相电压10.47kV，B相电压9.87kV，C 相电压0.56kV。调度人员通过拉路法确定接地故障线路，11:30分故障线路被切除，母线电压恢复正常。随后，运维人员发现站内直流系统绝缘监测装置报直流正极接地告警信号，如图1所示（装置未对时）。16点30分，经检修人员检查发现，#1 消弧线圈组合柜内阻尼器及二次电缆、接线排被严重烧毁，如图2 所示。因消弧线圈隔离开关位置信号经消弧线圈控制屏转接入公用测控屏，消弧线圈控制屏正电源701/1XH-07因阻尼端子排烧损，导致馈线屏至公用测控屏馈线支路118Z正极接地。同时，检修人员在排查的过程中发现直流馈线II屏内浪涌保护器正极动作，导致直流母线出现了第二个接地点，如图3所示。

图1 直流正极接地告警记录

图2 烧毁后的阻尼器接线排

图3 被击穿的浪涌保护器

2 事件原因分析

10kV线路发生单相接地故障后，中性点电压在上升到较高数值后，在消弧控制系统的阻尼回路中产生大电流导致可控硅SCR被击穿，不能开断故障回路。阻尼回路在大电流作用下产生热量并经金属框架传导，致阻尼电阻上方线槽、接线端子、导线绝缘皮融化，引发直流接地。由于该消弧控制回路的交直流接线端子同排敷设，热熔化后的交直流端子短接一起，致使保护室直流馈线屏内浪涌保护器被击穿，引发直流接地。

通常情况下，单纯的直流接地故障不会导致浪涌保护器动作。检修人员根据现场实际情况分析，认为此次馈线屏内浪涌保护器之所以会动作，应是烧损的阻尼器接线端子上存在交直流短路现象，致使交流分量窜入直流系统中。但查看直流屏绝缘监测装置发现，装置中仅有如图1 所示的直流母线接地告警记录。

由于交流系统为接地系统，直流系统为绝缘系统，一旦交流分量窜入直流系统中，势必会造成直流系统故障或异常。根据DL/T1392—2014《直流电源系统绝缘监测装置技术条件》5.5.5中规定，“当直流系统发生有效值10V及以上的交流窜电故障时，产品应能发出交流窜电故障告警信息，并显示窜入交流电压的幅值，还应能选出交流窜入的故障支路”。

2017 检修班对该站直流系统进行了全面的技术改造工作，更换了站内除蓄电池外的所有直流设备。事后，咨询厂家进一步确认了该系列绝缘装置具备交窜直故障的测记和报警功能。此次事故中电涌保护器被击穿但并未出现任何关于交窜直故障记录信息。针对此异常情况，检修人员联合厂家人员在现场搭建了模拟试验平台，重新检测该装置是否真正具备交流窜直流故障的记录和报警功能。

采用试验平台进行模拟交窜直试验，当在直流分量中叠加输出单相交流电压15V时，绝缘监测装置确实发出了交窜直告警信号，并记录了直流母线对地交流电压量，如图4所示。

图4 装置中交流窜直流告警记录

试验结果说明，该站绝缘监测装置确实具备交流窜直流故障的测记与告警功能。但实际故障发生时装置为何没有交流窜直流的告警记录？经测试发现，该类型绝缘监察装置识别交流窜入直流故障需要2s以上。而此次故障中，一定数值的交流电压窜入直流正极后，交流电压在正极母线电压的正向偏置后达到很高的数值，瞬间将直流I 段的母线浪涌保护器击穿，直接导致正极母线接地，如图5、图6所示。所以故障时绝缘监测装置仅监测到直流母线正极接地故障，而未识别出交流窜入直流，进而装置只记录了直流正母接地信号。

图6 偏置后的交流电源

图5 交窜直示意图

+UDC、-UDC分别为正负母，UDC为直流母线电压幅值；UAC为模拟交流窜入直流电压，Um 为UAC的幅值；FU 为直流保险；RPD 为浪涌保护器，正常情况下RPD 阻值很高，相当于开路。当出现过电压时，阻值迅速下降到几欧，引导浪涌电流直接入地，防止设备承受较大浪涌电压；R1、R2为负荷电阻，R3为交流混入直流系统的等效电阻；蓝色虚线为浪涌保护器被击穿后构成的直接接地回路。

3 绝缘监察装置存在的问题

由上述可看出，该类型绝缘监察装置的交窜直故障判别时间过长，在高电压作用下该装置并不能有效检测出交窜直故障。此不足将在一定程度上会影响运检人员故障后的分析决策。因此，有必要对该类型绝缘监察装置工作原理进行改进。

4 防范措施

要加强同类型设备（一次设备及二次回路、装置）投运前验收，严格对照国网公司、省公司下发的验收规范及精益化评价相关文件。规范端子排布置，严禁交直流端子同段敷设，对不符合要求的设备回路及时整改。

督促厂家及时对目前在运行的同系列绝缘监察装置进行原理升级，尽可能缩短交窜直故障识别时间。

加强对一二次设备构架的技术监督、重点验收箱柜的散热防潮性能。合理规划箱柜周围电缆走向，尽可能远离散热源。

运维人员应加强巡视，特别是10kV 线路接地时，应当加强消弧控制屏及户外设备箱的巡视，及时发现故障。