某220kV站直流系统接地原因分析及防范措施

云南电网有限责任公司红河供电局 王化勇

220kV 站的直流系统作为电力设备的重要组成部分，其运行状态直接影响到整个电力系统的稳定性。然而，实际运行中，直流系统的接地问题时常发生，不仅影响了设备的正常运行，甚至可能威胁到整个电力系统的安全稳定。因此，对直流系统接地原因的深入研究及有效防范对确保电力设施的安全运行具有重要的实际意义。

1 220kV 站直流系统概述

1.1 直流系统的定义和应用

直流系统是电力系统中的关键组成部分，负责向各种设备提供直流电能。直流系统主要包括直流电源（如蓄电池组）、电池充电装置、配电装置和直流用电设备。在电力系统中，直流系统的主要作用是为控制保护设备和重要辅助设备提供稳定可靠的电源。在220kV 等高压电站中，当交流系统失电或不稳定时，直流系统为断路器的合分操作、保护装置的动作，以及控制装置和信号装置的正常工作提供了保障[1]。

此外，直流系统也在应急照明、防火设施等方面发挥作用，为电力系统在突发情况下的正常运行提供了保障。具备这样的能力使直流系统在电力系统中扮演着至关重要的角色，其正常工作直接关系到电力系统的安全、稳定，以及经济运行。

1.2 某220kV 站直流系统介绍

某220kV 站是一个典型的高压变电站，承担着本地区电网的重要角色，负责向周边区域供电，为社区、工业和商业设施提供稳定、可靠的电力。

该站的直流系统主要由直流配电柜、蓄电池组、充电装置等部分组成，其接线如图1所示。直流配电柜用于向各种直流负荷提供电源。蓄电池组作为直流电源的核心，在电网失电或者异常情况下，为控制、保护和信号系统提供电源，保障设备的正常运行。充电装置则是为蓄电池提供充电电源，保证电池组的电量水平。

图1 某220kV 站直流系统接线图

在这个高压变电站中，直流系统的服务对象主要涵盖了继电保护设备、自动装置、通信设备，以及各种测量装置。通过这样高度集成的直流系统，该站得以在复杂多变的电力环境中保持高度的可靠性和韧性，有效降低停电事件的发生频率，进一步确保电力供应的稳定性和可持续性。

2 直流系统接地问题

2.1 接地故障的定义及影响

接地故障，是指直流系统中的正极或负极与地之间发生的意外电气连接。由于直流系统通常是浮动系统，即正极和负极均与地之间无电气连接，因此，当其中一个极与地电气连接时，就可能引起接地故障。

接地故障可能导致电气设备的性能降低，这对电力系统的正常运行构成威胁。设备受到意外的接地影响，可能引起电气参数的异常变化，进而影响设备的输出质量和性能。在极端情况下，接地故障可能导致设备的损坏，加大了电力系统的运行风险。接地故障还可能引起电流过载，进而导致火灾和爆炸事故的发生。电流通过不正常的路径流动，可能导致线路和设备过载，引发电线、绝缘材料等的过热，从而造成火灾风险。在具有爆炸性设备或材料的环境中，接地故障可能引发爆炸事故，对人员的生命安全构成威胁[2]。此外，接地故障可能引起电压异常，影响电气设备的正常运行。电压的异常变化可能导致设备的不稳定性，进而影响设备的性能和寿命。这对于一些对电压敏感的设备来说，可能导致其正常运行受到严重影响，甚至提前损坏。

2.2 某220kV 站直流系统接地故障的案例分析

某220kV 站的直流系统突然出现了接地故障。根据系统的报警指示，故障发生在直流系统的负极。运维人员通过系统监控界面确认了报警信息的准确性，随后启动了接地故障的应急处理程序。

运维人员立即对220kV 站的所有设备进行了全面的视觉检查，包括电池、直流配电板、开关等，但没有发现明显的物理故障或损坏。然后，工作人员使用接地故障定位仪对系统进行了详细的测量，发现故障发生在一段连接电池组和直流配电板的电缆上。进一步检查发现，这段电缆的绝缘层出现了破损，导致电缆的铜芯直接与地面接触，形成了电气接地。

在确定故障原因后，运维人员立即停电并进行了故障电缆的更换。在新电缆安装完毕后，运维人员重启了系统并进行了测试。测试结果显示，接地故障已经被完全消除，系统恢复了正常运行。

3 接地原因分析

3.1 直流系统接地的常见原因

直流系统接地问题是电力系统中的一个重要问题，因为这会导致电力系统设备损坏、运行不稳定，甚至影响供电的可靠性。对于直流系统接地的常见原因，主要可以归结为以下四个方面。

第一，设备故障。设备故障包括电池组内部短路、开关接触不良、继电器动作异常等。这些故障可能由于设备老化、设备质量差或设备操作不当引起，从而导致设备出现接地现象。

第二，线路故障。线路故障可能源于线路的老化、机械损伤或者线路的绝缘性能下降。例如，电缆的绝缘层破损、接头故障等，都可能引发线路的接地故障。

第三，环境因素。湿度、温度、灰尘，以及腐蚀等都可能影响设备和线路的正常工作。特别是在湿度过高或者温度过高的环境中，可能会使设备和线路的绝缘性能降低，从而引发接地故障[3]。

第四，设计或安装问题。设计或安装问题也是导致直流系统接地一个不容忽视的原因。如果在系统的设计或安装过程中存在问题，例如接地方案设计不合理，或者系统的设备或线路的安装不符合规范，都可能导致接地故障。

3.2 某220kV 站直流系统接地故障原因的深度分析

在深入分析某220kV 站直流系统接地故障的原因之前，需要首先了解该220kV 站的具体情况，包括设备种类、设备状态、运营环境等。

在某220kV 站，直流系统由电池组、开关设备，以及监控系统等组成。在一次定期检查中，发现电池组存在接地现象，导致电压下降。对于这个问题，进行了一系列的排查和分析，具体排查过程如图2所示。

图2 直流系统接地故障排查过程

第一，排查设备故障。通过检查电池组的性能，发现其中一只电池存在内部短路现象。在深入检查后，发现这只电池的绝缘老化，可能是由于电池使用年限过长。此外，还发现开关设备的绝缘性能存在问题，有可能是设备质量差或者使用不当导致的。

第二，排查线路故障。通过线路的检查，发现电缆接头存在腐蚀现象，可能是湿度较大的环境条件导致电缆接头的防护措施失效，使接头腐蚀。

第三，现场环境考察。经过现场观察，发现该220kV 站所在地的湿度较大，这可能加剧了设备和电缆的腐蚀程度，影响其正常工作。

第四，故障现场分析。对接地故障的具体现象进行分析，发现在雨天或湿度较大时，接地现象更为严重，这说明湿度对接地现象的影响较大。

4 接地防范措施

4.1 常规接地防范措施

接地防范是保障电力设备正常运行的重要手段。具体的有效措施包括以下几方面。

第一，定期进行设备和线路的检查维护。定期进行设备的性能测试和线路的完好性检查，能够及时发现设备性能下降或线路老化的情况，提早采取措施进行维修或更换，避免设备和线路的故障导致接地。同时，对于电池等特殊设备，要定期进行更换，避免电池老化导致的接地问题。

第二，加强电缆接头的保护。电缆接头是线路中容易发生故障的部分，应当采取特殊保护措施。比如采用防水、防腐蚀的保护套，增强电缆接头的防护效果，避免电缆接头腐蚀导致的接地问题。

第三，改善环境条件。对于湿度较大的环境，应设法改善湿度状况，比如改善通风条件，使用除湿设备等。同时，对于存在化学腐蚀风险的环境，应当避免使用易腐蚀的材料，并定期进行防腐处理。

第四，提高绝缘等级。对于直流系统，特别是高压直流系统，其设备和线路的绝缘等级要求较高[4]。可以通过提高设备和线路的绝缘等级，比如使用绝缘性能更好的材料，或者增加绝缘层的厚度，以提高设备和线路的绝缘能力，防止由于绝缘不良导致的接地问题。

第五，采取适当的接地方式。对于不同类型和状态的设备，可以采取不同的接地方式，如阻抗接地、电阻接地等，以适应设备的特性和工作状态，避免不适当的接地方式导致的接地问题。

4.2 针对某220kV站直流系统接地问题的具体防范措施

第一，重视设备的日常管理，包括定期进行设备性能的检测和维护。对于使用年限较长，可能出现内部短路现象的电池，需要及时进行更换，防止因电池故障引发系统接地。同时，定期检查开关设备的绝缘性能也非常必要，一旦发现问题，应立即进行处理，减少因设备故障引发接地的可能性。

第二，定期检查电缆线路的状况，特别关注电缆接头的状态。发现任何腐蚀现象都应立即处理，包括更换电缆接头或增加接头防护措施等，防止电缆接头腐蚀引发接地现象。此外，电缆的布线方式也需要优化，尽量避免电缆在湿度大的环境中长期运行。

第三，注意环境的影响。由于湿度较大的环境会对电缆和设备产生腐蚀，因此，有必要采取一些措施来改善设备的运行环境，例如改进站房的防潮措施、增加通风设备等，都可以有效降低站房内的湿度，进而减轻湿度对设备和电缆的腐蚀影响。

第四，实施现代化的设备监控和管理系统。通过实时监控设备和电力网络的状态，可以及时发现和处理接地问题。湿度较大或雨天时导致的接地现象，可以设置预警机制，提前采取防范措施，避免或者至少减小接地现象的影响。

第五，加强人员培训和教育。应该定期对电力设备的操作和维护人员进行专业培训，提高其对电力设备和电力系统的理解，使他们掌握正确的设备操作和维护方法，防止因操作不当导致的设备故障和接地。

5 结语

通过对某220kV 站直流系统接地问题的深度分析，可以明确看到，电力设备的维护和管理、电缆线路的检查与优化、环境因素的控制，以及现代化的设备监控和管理系统的实施等都对防止接地故障起到了关键性的作用。此外，人员的专业培训和教育也能有效地防止因操作不当导致的设备故障和接地。总的来说，只有通过这种综合性的防范策略，才能确保直流系统的稳定运行，提高电力供应的可靠性。在未来的电力系统运维工作中，将更加注重这种全面、系统的防范策略，以适应日益复杂的电力系统运行环境，确保电力系统的安全和稳定。