6 kV开关所直流系统接地故障分析及处理探讨

王先峰

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林郭勒 026000）

0 引 言

直流系统相当于6 kV开关所的心脏，对于6 kV开关所二次系统能否正常运行意义重大，主要是提供动力，它不仅是一个单独的电源系统，而且还能够为6 kV开关所中的其他元件提供电能动力[1]。一般情况下，直流系统的运行是比较稳定的，但是在运行过程中如果受到内部设备、回路或者其他外界因素干扰则可能会引发一系列故障问题，其中最常见的故障就是直流系统接地故障[2]。如果系统后续运维过程中不能及时排除这一故障，造成的后果不可估量。因此，对6 kV开关所直流系统接地故障进行深入分析，提出一些有效的故障预防和处理办法，以确保6 kV开关所的安全、稳定运行。

1 直流系统的组成结构及作用

1.1 直流系统的组成结构

直流系统主要包括充电模块、监控模块、降压模块、绝缘性能监测模块、直流馈电模块以及蓄电池组六个部分。一般情况下，一个完整的充电柜由若干台高频电源模块构成（高频开关电源模块在变电站、火电厂等电力系统中得到了广泛应用，具有充电速度快、操作便捷、发生故障的概率较低，且支持带电插拔，便于后期维修保养的特点），如果其中有一个模块出现了故障并不会对6 kV开关所直流系统的正常运行产生影响，因为在故障发生时会有蓄电池持续为直流系统提供电能，此时，只需要将发生故障的模块单独拔下处理即可[1]。

随着我国当前电气设备制造工艺水平的不断提升，6 kV开关所直流系统中除了直流电动机负荷之外，出现冲击负荷的概率很低，特别是在直流系统控制开关回路中，分合闸线圈和储能电机中的电流都非常小，对直流系统母线电压的影响微乎其微，所以，现阶段许多变电站、火电厂等直流系统中只设置有直流控制母线，而不再设置分合闸母线。此外，以往直流系统中的降压模块也都随之取消了。监控模块作为直流系统充电模块和蓄电池组的总指挥能够根据参数设置实现对直流系统故障的实时监测和控制，并能将直流系统发生的故障相关信息上传给DCS等上位机模块，便于变电站、火电厂等值班管理人员及时发现故障采取相应解决措施。

1.2 直流系统的作用

直流系统在电力系统、变电站、发电厂中为控制装置、继电保护装置、远程通信装置等设备设施提供可靠的直流电源，同时还能作为事故照明电源和现场操作电源装置。直流系统的可靠性能直接影响着变电站、火电厂等电力系统的安全、稳定、持续运行。

2 6 kV开关所直流系统常见接地故障及其危害

在6 kV开关所直流系统运行过程中接地故障是最为常见的故障，如果不能在短时间内及时采取有效措施，很有可能会演变成两点接地故障，此时不仅会引发直流系统短路和系统设备损毁，严重了还会发生事故，造成极其严重的经济损失。因此，需要探析6 kV开关所直流系统接地故障原因，及时查找处理和预防接地故障。表1给出了几种常见的直流系统接地故障及其危害。

2.1 单点直接接地故障

6 kV开关所直流系统内通常只有一点与地面相接，接地电阻小于1 kΩ在直流系统接地故障中比较容易发生，也比较容易发现。这种情况发生的原因是单个机构箱或二次接线盒密封性较差导致漏水或者带电的二次线芯没有做绝缘处理。

表1 几种常见的直流系统接地故障及其危害

2.2 单点绝缘降低

6 kV开关所直流系统内通常只有一点与地面相接，接地电阻大于1 kΩ导致接地不良，如果此时采用接地查找仪注入小信号对故障进行查找，由于信号比较微弱，查找难度较大；但是如果采用拉路法对直流系统控制开关的各个回路进行逐条查找又比较麻烦，还有可能影响系统正常继电保护。这种单点绝缘降低的故障一般是由于电源等元件绝缘性能下降或者漏水引发的。

2.3 多点绝缘降低

如果6 kV开关所直流系统内有多点与地面接触，同时接地电阻较大，甚至是接地电容，此时无论是采取接地查找仪还是拉路法都很难将故障全部查找出来，这种故障大多数情况下发生在湿度较大的户外或者电线老化引起的接地绝缘性能降低，不存在系统某个设备设施的偶然性，通常情况下会出现多个类似设备设施的连锁故障。

2.4 寄生回路直流接地

寄生回路直流接地指点与地相接，由于有多路电源同时为接地点电源提供电能，因此采用拉路法查找很难发现故障所在，而采用接地查找仪也会同时发现直流系统寄生回路多条与地相接，这就极大地增加了故障查找难度。

3 引发直流系统故障的原因解析

6 kV开关所直流系统在户外留有端子箱、开关机构箱以及二次接线盒等设备且均含有直流回路，这些设备通常都是密闭的，很容易受到天气影响（如暴雨、雷电天气等），造成设备中的某些元件的绝缘性能下降。这些设备在运行过程中无法保证时时处于最佳状态，无论是设备本身的自然老化还是受其他外界因素影响，都会影响其正常运行[3]。鉴于此，本文对引发直流系统故障的原因进行解析，具体如下。

3.1 暴雨天气引发的直流系统接地故障

如果暴雨天气下6 kV开关所在户外留有的一系列设备密封性不够，使得雨水流入设备密封盒内部会引发设备接线头与外壳发生连通，进而引发接地故障。特别是持续的阴雨天气，长期置于户外的设备密封盒封闭性较差或长期受潮会降低设备绝缘性能，也同样会引发直流系统接地故障。

3.2 小动物破坏引发的直流系统接地故障

6 kV开关所在户外留有的一系列设备如果封闭性较差，可能会有小动物进驻，如果小动物筑巢材料潮湿则会引发设备接线头与外壳发生连通，引发接地故障。此外，如果设备的外绝缘体长期被老鼠等小动物啃噬破坏，也有可能引起接地故障。

3.3 接线头松动引发的直流系统接地故障

6 kV开关所直流系统断路器机构箱、开关柜在开关关闭、合上时会受到较大震动影响，如果一开始没有紧固螺丝，接线头很容易在断路器多次继电保护跳闸、合闸时发生移位，与直流系统中的其他金属元件发生接触，进而引发接地故障。

3.4 直流系统元件失效引发接地故障

6 kV开关所直流系统中的二次防雷元件由于本身质量问题或其他因素影响发生击穿现象会引发直流接地故障。

4 接地故障处理办法

处理6 kV开关所直流系统接地故障的首要前提是对接地故障类型和具体极性进行划分，判断故障原因是否是天气原因导致的，以及6 kV开关所直流系统是否正在运行，内部是否有值班人员在岗。如果6 kV开关所直流系统二次回路正在运行，或者系统设备在运维检修中，在处理接地故障前必须立刻停止，切断工作电源，同时查看是否还存在接地信号。

4.1 采用瞬停法

常用的6 kV开关所直流系统接地故障处理办法是：如果内部安装了监测装置，则可以直接判断二次系统馈线的具体路数；如果内部没有安装监测装置，则可以采用瞬停法查找并处理接地故障。具体流程是：在安全状态下，将直流系统某一回路瞬间断开，检验设备绝缘体监控装置的针指示和信号情况，如果没有出现针指示或信号，则说明该二次回路上存在接地故障点，相反，则说明该二次回路运行正常。此外，采用瞬停法应该遵循缺陷明显的二次回路、直流系统照明和信号回路、系统备用装置优先断开的原则[2]。

4.2 直流系统金属接地故障处理办法

一般在处理直流系统金属接地故障时，只需要采用回路法，或者利用内部安装的监测设备，同时利用万用表即可对接地故障点进行精确定位。这个过程的关键是对故障点进行准确定位和及时处理。

4.3 采用先进的查找仪器定位的处理办法

在不切断直流系统各分布回路电源的前提下，采用互感器等先进的查找仪器检测直流系统各分布导线是否发生接地故障，并通过发出预警信号通知工作人员及时检修。虽然这种接地故障处理办法操作简单，省时省力，但由于市面上在售的仪器普遍存在兼容性较差和抗干扰性能不高的问题，致使预警误报率非常高，因此这种接地故障处理办法只能作为辅助。

4.4 接地故障处理过程中的注意事项

（1）尽可能避免在直流系统运行负荷高峰期处理，为了防止发生误判，观察直流系统接地故障信号是否消失时应根据监测设备针指示信号、万用表、电压指示等多项综合指标进行判断。

（2）为了防止人为原因造成的短路或另一点接地引起直流系统误跳闸以及系统继电保护误动作，在瞬间断开直流系统电源时，应提前申请调度，并在通过申请后在3 s内迅速完成操作。

（3）按照符合6 kV开关所直流系统分布回路的实际图纸进行检查、拆解线等操作，避免出现拆错设备端子线头，同时将拆解过程实时记录在直流系统继电保护安全措施票上，并对拆解下来的端子线头做好标识和绝缘保护。

（4）查找直流系统接地故障时至少由两个人完成，同时为了安全起见，防止发生触电，应做好安全防护工作。

根据分析可知，除了在6 kV开关所直流系统发生接地故障后及时查找和处理外，还要做好预防，可以一年一次，有条件的可以进行半年一次的直流系统设备绝缘性能检测。图1给出了直流系统接地故障检测装置结构。

图1 直流系统接地故障检测装置结构

5 结 论

6 kV开关所直流系统的导线分布广泛，且错综复杂，外露部分绝缘性能会因为本身老化问题以及受到天气影响下降[3]，甚至还可能会因为绝缘体击穿发生接地故障。在对故障点定位时，为了确保精准度，最好采用多种查找方法，并在找到故障点和引发故障原因后及时采取措施处理，以确保6 kV开关所直流系统的可靠运行。