一起误操作引起直流负极接地导致开关跳闸的分析

刘智成

(酒钢集团能源中心，甘肃嘉峪关 735100)

1 直流系统接地问题概述

由于直流电源为带极性的电源，即电源正极和电源负极。直流电源的“地”对直流电路来讲仅仅是个中性点的概念，这个地与交流的“大地”是截然不同的。如果直流电源系统正极或负极对地间的绝缘电阻值降低至某一整定值，称该直流系统有正接地故障或负接地故障。接地时，在一般情况下并不影响直流系统的运行，当回路发生两点或多点接地时可能造成开关或保护误动和拒动，特殊情况下，直流一点接地也可能导致开关跳闸。

2 事故发生简要经过

某330 kV 变电站值班人员按操作票流程执行保护屏跳闸出口压板投入操作，投入前按规定必须要测试跳闸出口压板上、下两端对地的直流电压，确定一端不带电压后方可投入压板，以防止保护误出口时投入压板造成设备跳闸。值班人员在用万用表对地测量3544 开关保护屏跳闸出口压板负电源端对地电压时，3544 断路器跳闸，同时，直流系统报“直流负极接地”。

3 事故原因分析

3.1 排除误跳的可能

事故后测试直流系统正、负极对地电压分别为+117 V、-117 V，检查直流系统历史记录无直流正极接地告警，只有在3544 开关跳闸时发出的直流负极接地告警，排除直流系统存在正、负极两点接地导致开关误跳的可能。

3.2 测试控制回路对地绝缘电阻

对3544 开关在合闸状态下测试控制回路对地绝缘电阻，用1000 V 兆欧表测试各回路绝缘电阻均＞10 MΩ，绝缘电阻合格。

3.3 检查测试用万用表

事故后检查测试用万用表，发现万用表档位选择开关在直流200 V 档位，而万用表红、黑表笔插在电流档测试插孔内，不在电压档测试插孔内，由于万用表电流档插孔内阻很小，在测试跳闸压板负电源端时相当于对地直接导通，造成直流负极接地，这也是直流屏报负极接地的原因。

3.4 对变电站内直流系统在不同地点分别做直流接地测试

（1）1#直流馈线屏接地试验，试验前测试直流母线电压234 V，正、负极对地电压分别为+117 V、-117 V，绝缘良好。选取1#直流屏I段控母馈出备用空开使用短接线分别模拟正、负极金属接地，接地相对地电压0 V，非接地相对地电压234 V，稳态接地电流7 mA。

（2）2#直流馈线屏接地试验，试验前测试直流母线电压234 V，正、负极对地电压分别为+117 V、-117 V，绝缘良好。选取2#直流屏Ⅱ段控母馈出备用空开使用短接线分别模拟正、负极金属接地，接地相对地电压0 V，非接地相对地电压234 V，稳态接地电流7 mA。见图1。

图1 直流系统示意图及模拟直流系统正或负极一点金属接地示意图

（3）开关3544 保护屏接地试验，试验前测试直流母线电压234 V，正、负极对地电压分别为+117 V、-117 V，绝缘良好。使用短接线将保护跳闸出口压板负端与屏柜接地点进行短接，模拟负极接地，稳态接地电流37 mA，断路器跳闸。见图2。

图2 保护屏处模拟直流负极一点接地示意图

经对（1）（2）（3）项接地电流数据进行对比，发现开关3544 保护屏接地电流为1#、2#直流馈线屏接地电流的5 倍，分析3544 开关跳闸压板处负极一点接地时稳态接地电流由两部分构成，一部分为该正、负母线通过绝缘监查继电器平衡电阻对地回路产生，另一部分为正、负母线通过站内各馈出控制电缆及各保护装置电源输入侧滤波器电容对地回路产生。如图3所示。

图3 中R+、R-为直流屏绝缘监查装置对地电阻，C1、C2 为直流正、负母线及电缆对地电容，C3 为本支路电缆对地电容。

3.5 开关操作箱内TBJ继电器做测试

对3544 保护屏开关操作箱内TBJ 继电器做测试，如图4，使用继电保护测试仪直流电流试验菜单对TBJ 继电器启动电流进行试验，测试结果为≥200 mA 继电器动作，该电流与南瑞继保厂家提供的继电器型式试验报告电流一致。

图3 3544保护屏跳闸出口负极一点接地时直流系统对地回路示意图

图4 TBJ启动电流测试示意图

3.6 分闸电流整定与分闸线圈额定电流不匹配

检查断路器机构箱跳闸线圈的额电电流为1.95 A，检查保护装置操作回路板出厂时整定的分闸电流为0.5 A，发现分闸电流整定与分闸线圈额定电流不匹配。操作板TBJ 启动电流过小，仅为200 mA。为保证分闸时的可靠性，将操作板分闸电流按说明书整定方法调整至1.5 A，略小于跳闸线圈额定电流，调整后测试TBJ 启动电流为≥600 mA，在3544 保护屏再次模拟保护跳闸出口压板负极一点接地试验，TBJ不动作断路器不跳闸。

4 结果分析

（1）通过上述测试结果发现，在直流系统负极一点接地时稳态接地电流远小于断路器操作箱TBJ继电器启动电流，但由于整个变电站内直流系统对地回路包含绝缘监查继电器平衡电阻对地回路和站内各馈出控制电缆及各保护装置电源输入侧滤波器电容对地回路两部分，电容回路中存贮有一定的电能，在负极一点接地瞬间，电容回路存在暂态的放电过程，放电电流瞬间达到最大值并随时间增长逐渐衰减至稳态接地电流。在放电过程中有一段时间接地电流达到了TBJ继电器启动电流，故TBJ继电器启动，TBJ 常开接点闭合并自保持导致了跳闸回路带电断路器跳闸。

（2）操作回路板跳、合闸电流应与断路器分、合闸线圈额定电流匹配，查阅保护说明书和设计图纸，该电流需现场根据断路器线圈额定电流大小进行调整，由于建站时施工验收不认真，施工人员未对操作回路板分闸电流进行调整，导致板件整定电流与线圈额定电流不匹配，致使TBJ启动电流过小，在负极一点接地时受直流屏绝缘监查回路及馈出电缆对地分布电容影响，接地电流瞬间达到TBJ 启动电流，致使断路器跳闸。

5 防范措施

（1）加强培训提高人员素质，测试时进行双人确认操作，确认万用表表笔位置和档位选择正确。此方法之前已经开展，但仍在测量保护压板过程中发生跳闸事件执行效果不好，可做为辅助手段。

（2）对运行岗位配发两孔数字万用表，只有电压测试功能，无电流测试功能，且内阻大于2000 Ω，供运行岗位日常使用，可有效杜绝测量保护跳闸出口压板过程中发生的直流接地引起开关跳闸事故。

（3）对目前运行岗位已配发的四孔数字式万用表进行封堵，只保留电压插孔，其余插孔全部进行可靠封堵，禁止使用，并逐步替换为两孔数字万用表，可有效杜绝测量保护压板过程中发生跳闸事件。

（4）对断路器跳闸线圈动作电压进行测试时，增加跳闸线圈动作电流、线圈正极侧接地试验项目，以便在工程验收、设备定检过程中及时发现问题及合理配置操作板分、合闸回路电流，根据标准适当调整，防止因跳闸线圈动作电压过低或TBJ 启动电流不匹配而发生的直流一点接地误跳事故。

（5）在新建工程中测试TBJ线圈动作电流，并模拟TBJ线圈正极侧接地试验。在规程标准范围内尽可能的提高动作电流值，防止直流一点接地误跳事故。

6 总结

直流系统对地分布电容的情况是直流系统越大，回路越复杂，所接设备越多，系统呈现的对地分布电容越大；静态保护装置越多，分布电容越大。从而对直流系统的影响越大。根据以上分析当直流系统经TBJ 线圈一点接地时，断路器误跳是可能成立的，且在大型变电站较为突出，可通过一定的技术手段来减少类似事故的发生。