阴雨季节一起典型直流接地故障的处理及探讨

江苏常熟发电有限公司 王屹峰

直流电源系统作为发电厂、变电站继电保护及通信自动化等设备操作电源的供应保障，对于保障电厂负荷平稳运转具有关键意义，同时也影响着各级电网的稳定运行。一旦发电厂或变电站出现接地故障，直流系统的绝缘就会明显降低，配套监测装置就会报警并启动选线，值班人员应立即找出并消除直流接地点，否则就会对生产运行造成严重后果。本文以常熟发电继电器楼在多雨季节发生的直流接地事件为例，介绍其解决过程，分析其产生原因并针对性提出相关的解决措施。

常熟发电继电器楼110 伏直流系统主要为继电保护、通信自动化装置等控制操作回路设备等负荷供电；220 伏直流系统为发电机事故润滑油泵、事故氢密封油泵、汽动给水泵的事故润滑油泵、UPS系统等负荷供电。

当变电站或发电厂直流系统的正极发生接地故障时，由于负极电源一般与跳闸线圈相连，保护装置容易发生误动，而当负极发生接地故障时，则有可能面临保护拒动的风险，当正负极同时接地时，跳合闸回路就会短路，烧坏继电器触点并使电源保险熔断，控制回路就会失电，电力安全运行也会受到巨大威胁。因此，一旦出现直流接地，必须迅速排除故障，避免长时间运行。

实例分析

在某个阴雨天，常熟发电500千伏继电器楼110伏直流二段出现正对地绝缘低报警，选线装置启动。如图1、图2所示。

通过监测装置的显示进行了对应检查，发现500千伏线路故障录波器LOABA014653一根外部电缆绝缘低（5013A相），同时5623线保护屏II中LOABA014654电缆公共端绝缘低（5013开关跳闸位置A/B/C相），由于两根电缆拆后只会影响5013A相的故障录波器采样和5013开关位置A/B/C三相显示，不影响开关主保护动作，考虑天气情况，先暂时断开对应的外部电缆并打开连片，等待天气晴朗后再进行检查。如图3和图4所示。

天气转晴后，通过开箱检查，并对照如图5 所示的图纸，先测量了就地端子箱到500千伏线路I保护屏II和500千伏线路故障录波器的三根电缆的绝缘，发现绝缘显示正常，然后测量就地端子箱cb（2）-85、cb（2）-87、cb（2）-89 三个节点到中控箱X03-29、X04-29、X05-29的电缆绝缘，发现由X03-29和X04-29到就地端子箱的这两根电缆绝缘效果不好，通过更换备用芯，绝缘恢复正常，报警消失。

图1 绝缘监测装置显示

图2 选线装置显示

图3 断开LOABA014653电缆

图4 断开LOABA014654电缆

图5 500千伏第1串线路侧边断路器（5013）辅助接点连接图（对应部分）

为防止水汽继续影响绝缘强度，在更换电缆备用芯后，使用吹风机对就地端子箱进行吹风干燥，经过定时观察，绝缘监测显示正常，没有再出现报警。

故障原因分析

此次接地故障发生时正处在阴雨天，环境湿度较高，因此引起电缆绝缘性能下降。升压站就地端子箱由于水汽冷凝而在箱壁和端子排上产生水露，进而发生短路接地。同时检修人员查勘后发现，500 千伏升压站就地端子箱密封条部分脱落导致内部进水并积聚污垢，判断均为导致此次直流系统接地故障的重要原因。

另外一个原因就是，现有绝缘监测手段单一。由于环境因素很大程度上影响着设备的绝缘水平，若非直接接地，绝缘监测装置缺乏对于干燥环境下绝缘较差设备的检测能力，仅对潮湿环境下出现绝缘性能降低的情况反应灵敏。由此可见，提高设备的绝缘性能不仅需要优化设备材质，还应保证设备处在良好的环境下运行。

解决流程的探讨

（1）判断是否存在天气的影响。若处于阴雨季节，可以考虑环境湿度偏高对回路绝缘性能的影响。

（2）询问运行人员，并检查保护屏告警信号及故障录波器波形。若有其他异常信号与报警信号一同发出，可以辅助判断。

（3）检修人员到达现场后，观察并记录正负对地电压及当前绝缘强度。当直流系统正常运行时，正负极之间电压保持不变。若发生直流接地故障，以负极接地为例，由于参考电位向负极一侧偏移，正极对地电压会明显升高。

（4）接地故障查找：直流接地查找一般采用在线监测法和拉路法。在线监测法是通过继电器楼选线装置判断故障支路，对照图纸进行分析。可快速查找直流接地故障。拉路法一般以“先信号后控制、先室外后室内”为原则展开。检修人员在确定大致范围后通过断开支路空开来观察故障的恢复情况，从而确认故障支路及故障点的位置所在。

（5）接地故障排除：若故障点出现在公共回路上，可先对回路线缆连接处进行检查，例如电缆头、各连接端子等。若故障点出现在重要回路上，则应先申请停电再进行处理。除利用选线装置帮助判断以外，还可利用直流接地故障查找仪确认故障点，便于提高查找效率。

优化思路

为了有效防止在阴雨天气频繁发生直流接地事件，结合电厂实际情况主要提出如下几条优化思路：

（1）在之后的基建施工方面提高相关施工规格及验收要求，从根本上避免直流系统接地故障的发生。

（2）根据现场查勘情况，500千伏升压站就地端子箱大部分都有不同程度的老化和锈蚀，应定期检查端子箱、机构箱的密封性，及时修复损坏脱落的密封条。检查端子箱、机构箱内加热器和除湿器的工作性能，及时更换效果不佳的装置。

（3）保证断路器端子箱、机构箱等二次电缆穿管处的封堵措施完备，对就地端子箱周围一圈土地以砖块或水泥铺设浇灌，以有效阻隔雨后湿润泥土中的水汽上升。

（4）阴雨天环境潮湿，易产生污渍，应组织人员对就地端子箱及保护屏柜的回路线缆进行清理，着重检查回路线缆连接处，保持清洁干燥。

（5）对于运行时间过长、绝缘老化的设备，及时上报，利用线路检修停电期进行整改。

（6）相关检修班组可以编写《查找直流接地故障作业指导书》，使查找流程规范化、程序化，加快排除故障的速度。

（7）学习新的直流接地测试仪的使用方法，加快查找接地点的速度。

总结

缩短直流接地故障存在的时间，可以减少继电保护及自动装置和断路器的误动和拒动，从而可以减少事故停电造成的损失，可以减少因直流接地造成的直流电源短路而引起的设备损坏事故。针对直流系统，日常的防范以及出现直流接地点后的处理措施都亟待我们去改进和提升。