变电站直流接地查找方法及应用

李耀祖

（广西电网有限责任公司 百色供电局，广西 百色 533000）

0 引 言

变电站直流系统接地一直是威胁变电站安全的一个问题，文献[1]、文献[2]分别对典型220 kV和5 00 kV变电站直流系统接地故障进行了全面分析，文献[3]、文献[4]对变电站直流系统环网故障进行了分析。针对以上变电站直流系统常见故障，有学者提出了变电站直流系统接地故障常规查找方法和故障定位技术，但是目前500 kV变电站的直流系统接地问题还是时有发生，处置不当有导致停电故障风险存在的可能性[5-8]。基于此，针对某500 kV变电站直流系统变电站提出了一种支路接地故障查找方法。

1 基于故障探测的基本方法

常规故障探测接线原理如图1所示。

1.1 接线要求

根据图1，测试线按以下要求接线。首先，接入信号源“正极”端子的红色导线，夹在蓄电池正极保险；其次，接入信号源“负极”端子的黑色导线，夹在蓄电池负极保险；最后，接入信号源“地”端子的黄色导线，夹在接地铜排上。

1.2 查找方法

做好准备工作后，可以开始接地故障查找。

（1）仪器自校验。在图1中#1位置，将钳表夹住信号源黄色接地线，并使钳表中的箭头指向信号源。按下“自校”键，如果提示“仪器正常”，则表明设备工作正常，否则要更换电池或清洁钳口等。

（2）告警装置引起的接地故障。在图1中#2位置，钳住告警装置的接地线，如果测量的电阻与信号源第一行显示的绝缘电阻相同或相近，则表明该接地故障由绝缘装置造成，需要维护绝缘装置。

（3）蓄电池接地。在图1中#3位置，钳住蓄电池正极、负极两根电缆进线，如果报接地故障并有正弦波，则表明是蓄电池接地。

（4）馈线支路接地。在图1中#4、#5、#6位置，分别同时钳住各馈线的正极、负极电缆，进行支路接地检测。钳到#5报有接地，顺着该支路往负荷方向继续查找。#7有接地，#8报无接地，则表明接地故障点在#7和#8之间。

（5）多条支路同时检测。在图1中#9位置，同时钳住多条馈线，如果报有接地，则表明被钳住的馈线中间有接地支路，再用二分法找出具体的接地支路。如果报无接地，则表明这些馈线都没有接地故障，可以加快接地故障查找速度。

2 故障描述

该500 kV变电站直流系统配置3套直流接地绝缘装置，分别为1套直流总馈线屏、1套220 kV保护室直流分馈线屏以及1套500 kV保护室直流分馈线屏。与此同时，配置3台充电、浮充电装置，采用两组蓄电池组的供电方式。该变电站直流系统I段、II段均装有江都华宇电气HDM-2000两段合体监测在线绝缘监测装置1套，其绝缘装置显示I段U+=19 V、U-=112 V、R+=500 kΩ、R-=500 kΩ，II段U'+=19 V、U'-=113 V、R'+=500 kΩ、R'-=495 kΩ。同时使用万用表测量系统对地电压，与绝缘装置显示基本一致。在两套系统单独运行时，在线绝缘监测装置各支路的接地电流基本为0 mA且没有告警信息。由于该变电站需要进行蓄电池更换，因此其直流系统供电方式采用环形供电。将1组蓄电池脱离出来，当两套系统通过联络开关进行联络时，绝缘监测装置显示#9支路的接地电流为10.4 mA，并发出接地告警。再次恢复到两组蓄电池并列运行的方式，此时绝缘监测装置又显示II段欠压，并发出告警。

3 故障查找过程

3.1 支路告警查找

将直流系统接地测试仪接于直流总馈线屏，便于查找故障。直流正常分列运行方式改为由两组蓄电池供电的环形临时供电方式，将QDB-81信号源接入II段直流系统，同时在I段接入47 kΩ的平衡桥。QDB-81信号源检测出的正极、负极对地阻值分别为R+=45.8 kΩ、R-=196.4 kΩ，系统电容为49.3 μF。

绝缘监测系统报#9支路接地告警，由于直流馈线总屏#9支路电缆接至220 kV保护室直流馈线屏II段（分馈线屏），因此用测试仪钳形表检查各支路时发现I段至母差保护屏的直流波形出线异常，不是相对平直的直流电压波形，而是有交流特征的正弦波。针对此现象，工作人员到母差保护屏对其各个支路进行检测。由于母差保护屏没有接入信息保护子站和软报文信息，并且没有遥信量，因此对波形波动较大的回路启动失灵压板进行投退。当对线路启动失灵压板退出时，9#支路接地故障恢复正常。由此得出结论，此现象是线路保护屏I段直流和II段直流正极形成环网导致绝缘能力降低所引起。

3.2 欠压告警查找

首先，对直流总馈线屏II段母线端子排上的4条出线支路进行分析，拟定可能存在问题的出线支路，经工作人员对照系统设计图发现#9支路为户外电缆且线路较长。

其次，将运行方式改为环路运行，这样可以避免该支路全部失压发遥信。选取I段母线段端子排上的空端子，在II段母线端子排上找出波形异常的9#出线支路电缆，然后将两根试验线一端用钳子夹住#9支路一端的正、负极，另一端用连片接在I段母线空端子上（注意对应好正、负极）。此时需注意一定要用万用表确认所连接导线电压已经接通，然后合上I段母线端子排上所选取的空端子对应空开，同时拉开原来由II段母线供电的#9支路的空开，此时#9支路由I段母线供电[9,10]。

再次，将环形供电方式恢复为并列的运行方式。此时若I段正极或负极电压报欠压，电压压差降低较大，同时II段母线电压显示为正常电压，则确认此支路有问题。同理，此方法也能推广其他支路进行测试。

最后，改变并列的运行方式，形成环形供电方式。将II段的#9支路空开合上（需要用万用表量一下试验线是否有电压，避免出线失压），然后将空端子拉开，此时#9支路恢复到原来的II段母线供电，供电方式为两段并列供电，II段欠压告警灯亮起，可以再次确定该支路所接的某个保护装置存在问题。

经工作人员对照系统设计图，#9支路为500 kV保护室直流分馈线屏供电电缆，此电缆由户外连接至保护室直流分馈线屏。在断开73B电缆芯后，II段电压恢复正常，工作人员测试发现户外端子箱到主变本体接线盒处的电缆芯阻值小于1 MΩ，按规定此阻值为不合格。基于此，对此电缆更换线芯，更换后再次接上保护室内主变本体保护屏的电缆芯，II段电压显示正常。

4 两段直流系统合母联后接的原因分析

正常运行环网电气简图如图2所示。

正常运行时，负载通过环网从I段直流系统母线和II段直流系统母线取电源，I段直流系统母线和II段直流系统母线除了该环网支路外无其他直流。电流存在以下关系：

式中：I为I段直流母线总电流；I1+为I段母线正级电流；I1-为I段母线负级电流；I2+为II段母线正级电流；I2-为II段母线正级电流；ΔI为电流差（不平衡电流）。正常运行中，由于没有其他环网支路，因此支路不存在不平衡电流。

两套直流系统合母联运行环网电气简图如图3所示。

I段直流系统母线和II段直流系统母线合母联，相当于1个电源，负载通过环网从I段直流母线系统和II段直流系统母线取电源。电流存在以下关系：

由于存在母联合环，因此两个回路将出现不平衡负载电流，导致ΔI'≠0。微机在线绝缘监测装置发母线电阻门限告警和支路门限告警，此时的母线绝缘阻值在500 kΩ左右，但支路绝缘电阻根据电流计算误判计算结果较小，发出绝缘告警。

5 结 论

针对某500 kV变电站直流系统变电站进行蓄电池更换工作时，将直流系统供电方式采用环形供电，但当两套系统通过联络开关进行联络时，在线绝缘监测装置显示#9支路的接地电流为10.4 mA并发出接地告警。将可能发生故障支路改接到空母线接线端子排上，通过母线电压异常这一现象可以快速排查出故障支路。此种直流接地查找方法具有较好的针对性，可快速查找出直流系统接地故障所在，保证直流系统的安全运行。