两套直流系统窜电故障定位分析

罗六洋

（云南电网有限责任公司普洱供电局，云南 普洱 665000）

0 前言

在电力系统中，站内直流系统以控制电缆为媒介将二次设备和一次设备紧密联系在一起，一套稳定完整独立且安全可靠的直流系统是保证继电保护设备对一次开关进行精准控制的基础。当直流系统发生窜电故障或接地故障时会导致保护误动或一次开关拒动，影响电网安全稳定运行，常规处理直流系统窜电或直流接地故障的方法是“拉路法”，此方法需要对所有馈线总路空开逐一进行“拉路”验证，确定故障支路，耗时耗力，影响设备正常运行。以下提出在站内配置两套直流系统，且站内直流系统绝缘检测装置不具备直流互窜检测功能时，借助直流接地快速查找仪，快速定位直流系统窜电故障点的方法。

1 变电站直流系统窜电情况

1.1 变电站直流系统

目前在变电站使用较多的是±220 V直流系统和±48 V直流系统，±220 V直流系统多用于保护装置装置电源、控制回路、储能回路、遥信回路等，±48 V直流系统则多用于通信设备。以下以±220 V直流系统为例分析，直流电源有正极和负极，正负极之间的电压为220 V，且要求正负极之间的电压误差在10 %以内。如图1所示通过平衡电桥原理可以得到：当R1=R2时，正母线对地电阻R+等于负母线对地电阻R-，则由R1、R2、R+、R-和K构成的电桥处于平衡状态，K不发直流接地信号，一旦正极或负极发生接地，则电桥平衡被打破，K发出直流接地信号。

图1 直流系统等效电路图

1.2 两套直流系统窜电情况

直流系统窜电又称为环网故障或产生寄生回路，两套直流系统之间窜电情况有四种：正-正极互窜、负-负互窜、正-负互窜、负-正互窜。本文以正-负互窜和负-正互窜为例分析，在这两种情况下两段直流电源电压增加一倍。利用平衡桥的原理对两套直流系统进行分析，得到当配置有两套直流系统之间有窜电时，直流系统的平衡状态也将会被打破，此时即使两套直流系统均无接地情况，仍会造成两套直流系统压差绝缘告警。此时，窜电在一起的两套直流系统电压的关系为正极电压和负极电压数值相反，例如：以某110 kV变电站两套直流系统窜电为例，第一套直流系统电压为+149.4 V、－82.4 V，第二套直流系统电压为+82.4 V、－149.4 V。

图2 两套直流系统窜电情况

2 直流系统电压异常故障实例

某110 kV变电站发生一起智能直流绝缘监测装置报“直流母线压差绝缘告警”故障，正负母线之间电压绝对值之差达到67 V，各直流馈线支路绝缘正常无接地现象，万用表测量两套直流系统未串入交流电，根据故障表象分析为站内两套直流系统之间存在窜电，且窜电类型为正-负互窜和负-正互窜，窜电情况如图3所示：当遥信3硬节点闭合后，两套直流系统通过35 kV备自投装置、遥信3硬节点、公用测控装置回路产生窜电，第二套直流系统正电和第一套直流系统负电互窜，造成直流母线电压异常，严重时将会造成继电保护装置误动或一次设备拒动。

35 kV备自投装置和公用测控装置安装于同一保护屏上，且两套保护装置遥信电源取自不同段直流母线，35 kV备自投装置遥信电源取自一段直流系统，公用测控装置电源取自二段直流系统，在直流母线压差绝缘告警状态下，断开任一一台保护装置遥信电源后，告警信号复归，两套直流系统正负母线电压恢复正常状态，如图3所示：遥信1、遥信2节点变位，不会引起直流系统运行异常，属于独立直流系统遥信节点正常变位，当遥信3节点闭合时将会把第二套直流系统的正电引入第一套直流系统内，导致两套直流系统之间窜电，因站内智能直流绝缘监测装置无“直流互窜检测”功能，无法定位故障支路，智能直流绝缘监测装置只报出“直流母线压差绝缘告警”信号，并伴随出现直流母线电压异常现象。

图3 站内实际窜电情况图

3 直流系统窜电故障定位方法

3.1 传统的“拉路法”排查

逐一断开站内所有断路器控制电源，储能电源空气开关，直流母线压差告警信号未复归，排除了控制回路、储能回路引起的直流系统窜电可能，因为断开断路器、主变等保护装置电源风险较高，流程较复杂，而且可能会造成保护误动作及一次设备失去保护而拒动的风险，所以将窜电故障点定位在保护装置电源中，利用此方法未能准确定位故障点。

3.2 快速定位直流系统窜电故障点

直流接地查找仪查找站内直流系统接地故障的方法利用了平衡桥的原理，将故障定位到总路空气开关，目前直流屏上都安装有微机直流绝缘检测仪，发生直流接地时，绝缘检测仪会报出是哪一极（正极还是负极）接地、接地电阻是多少，随后会报出接地支路号，根据支路号就可将接地点定位到总路空气开关，但针对两套直流系统窜电故障的情况，微机直流绝缘检测仪无法通过接地电阻来判断具体支路有窜电，当直流系统压差达到告警值时，将直流接地查找仪接入任意一套直流系统，利用手持式查找仪对总路空气开关进行逐一排除，在此过程中需要注意的是排查对象需要扩大到两套直流系统总路空气开关才能确定出具体两路窜电馈线，通过该方法确定窜电分路空气开关的两条窜电支路：35 kV备自投装置装置电源支路和公用测控装置装置电源支路。窜电支路确定后，需要对35 kV备自投装置和公用测控装置接收的硬节点遥信信号逐一进行排查筛选，确定窜电电缆所连接的窜电节点的故障位置，既查找出遥信3硬节点信号所在的电缆，从而确定故障点。

公用测控装置收到来自分段312端子箱的开关位置信号及其他辅助类信号，电缆编号UFD-116（5），35 kV备自投装置收到来自分段312端子箱控制信号及辅助类信号，电缆编号UFD-116（2），其中存在两处错误如图4所示：

图4 312断路器端子箱接线情况

错误一：两根电缆公共端正电接反，错误二：遥信硬节点闭合后电位返回到不对应的电缆。信号电缆接线上的错误导致两套直流系统在分段312端子箱处通过遥信信号硬节点窜电，造成直流母线压差绝缘告警。

4 结束语

变电站的直流系统就像人体肌肉接受大脑指令控制人的行为意识一样，通过接收保护装置发出的控制指令精准控制变电站内一次设备，从而实现电网运行方式的改变，或可靠切除故障降低电网风险。一旦站内某一处发生直流接地或直流系统窜电，检修人员又不能第一时间定位故障点，就有可能对电力系统造成极大的危害。因此，我们在直流系统的设计、安装、验收、运行、维护、检修等方面都要加大力度，严防造成直流接地或直流系统窜电的因素存在，以保证电力系统的安全稳定运行。