梁永欣，田志瑞，范艷芳

（晉城供電分公司，山西 晉城 048000）

1 引言

目前，中、大型變電站的控制回路、繼電保護(hù)裝置及其出口回路、信號(hào)回路，皆采用由直流電源供電。對(duì)上述回路及裝置供電的系統(tǒng)稱(chēng)之為直流系統(tǒng)。[1]為確保變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，完善而可靠的直流系統(tǒng)非常必要。但由于被操作和被保護(hù)的主設(shè)備眾多，直流系統(tǒng)分布面廣，幾乎遍布變電站的各個(gè)角落，在長(zhǎng)期運(yùn)行中因環(huán)境氣候的變化、電纜絕緣的老化以及所接設(shè)備本身的問(wèn)題等，會(huì)不可避免的發(fā)生直流系統(tǒng)接地。而直流供電網(wǎng)絡(luò)由于分支多、聯(lián)接設(shè)備多等因素，客觀上增加了查找接地故障的難度，加之有關(guān)直流接地的資料、文獻(xiàn)等有限，目前為止，還沒(méi)有系統(tǒng)、全面介紹直流接地方面的書(shū)籍，直流接地故障大都憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)處理，不同人員處理的時(shí)間、結(jié)果相差很大，有的甚至還處理不了。因此，查找直流接地成為困擾運(yùn)行維護(hù)人員的一大難題。

一般來(lái)說(shuō)，直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地故障，不會(huì)引起嚴(yán)重的后果，但要求運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)處理，以免發(fā)生兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上接地故障。發(fā)生多點(diǎn)接地，可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。更為嚴(yán)重的是，兩極都發(fā)生接地故障，可能使直流系統(tǒng)的母線發(fā)生短路，燒毀供電電源和供電網(wǎng)絡(luò)。

文中首先簡(jiǎn)要闡述了變電站直流系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理以及接地故障，然后在此基礎(chǔ)上，較詳細(xì)地評(píng)述了目前查找直流系統(tǒng)接地的方法，以期與同行商榷，達(dá)到提高故障處理的速度，減少保護(hù)、控制回路誤動(dòng)或拒動(dòng)的目的。

2 變電站直流系統(tǒng)及其接地故障

變電站的直流系統(tǒng)，主要由直流電源、直流母線及直流饋線、空氣開(kāi)關(guān)以及接地保護(hù)用的直流絕緣檢測(cè)裝置、負(fù)載等組成，其接線簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

由圖可知，直流電源包括蓄電池和充電裝置，蓄電池的輸出與充電裝置的輸出并接在直流母線上。直流母線匯集直流電源輸出的電能，并通過(guò)各直流饋線輸送到各直流回路及其他直流負(fù)載。為了在直流系統(tǒng)某一支路發(fā)生短路故障時(shí)，能快速而有選擇性地切除故障饋線，使用具有切斷直流負(fù)載能力的、不帶熱保護(hù)的小空氣開(kāi)關(guān)。為了在直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣嚴(yán)重降低或出現(xiàn)一點(diǎn)接地后能及時(shí)處理，設(shè)置直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣的檢測(cè)裝置。直流絕緣檢測(cè)裝置是根據(jù)電橋平衡原理構(gòu)成的，其檢測(cè)原理見(jiàn)圖2，簡(jiǎn)述如下：正常工況下，直流系統(tǒng)正、負(fù)兩極對(duì)地的絕緣電阻相等，由于裝置內(nèi)正、負(fù)極橋電阻相等，因此由構(gòu)成的四臂電橋中，滿(mǎn)足電橋平衡條件。當(dāng)某一極對(duì)地的絕緣電阻下降或直接接地時(shí)，電橋平衡被破壞。注意到絕緣檢測(cè)裝置的電壓表及信號(hào)繼電器的一段是接地的，就使得直流系統(tǒng)通過(guò)該儀表及信號(hào)繼電器與大地連接。實(shí)際上，變電站的直流系統(tǒng)是經(jīng)高阻接地的接地系統(tǒng)。

圖1 直流系統(tǒng)接線簡(jiǎn)圖

圖2 直流絕緣檢測(cè)裝置原理圖

由上述直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)裝置的原理，可以得出直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)的現(xiàn)象：接地極對(duì)地電壓降低，而非接地極對(duì)地電壓升高。國(guó)家電網(wǎng)公司《直流電源系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范》第28條對(duì)接地故障作出了規(guī)定：220 V直流系統(tǒng)兩極對(duì)地電壓絕對(duì)值差超過(guò)40 V或絕緣降低到25 kΩ以下，48 V直流系統(tǒng)任一極對(duì)地電壓有明顯變化時(shí)，應(yīng)視為直流系統(tǒng)接地。直流系統(tǒng)接地后，應(yīng)立即查明原因，根據(jù)接地選線裝置指示或當(dāng)日工作情況、天氣和直流系統(tǒng)絕緣狀況，找出接地故障點(diǎn)，并盡快消除[2]。

3 直流系統(tǒng)接地故障查找方法

如前所述，直流系統(tǒng)在發(fā)生接地故障后，直流檢測(cè)裝置發(fā)告警信號(hào)。運(yùn)行維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)盡快確定直流系統(tǒng)發(fā)生接地的位置，才能予以消除，因此，如何快速準(zhǔn)確的查找接地故障的具體位置，是接地故障處理成功與否的關(guān)鍵。

目前，根據(jù)查找直流接地點(diǎn)的方式不同，直流系統(tǒng)接地故障的查找方法主要有以下3種。

3.1 拉路法

既然負(fù)載通過(guò)直流饋線獲得電能，人們很自然地想到依次短時(shí)切斷直流系統(tǒng)中各直流饋線來(lái)確定接地點(diǎn)，即所謂的“拉路法”。這是電力系統(tǒng)查直流接地故障一直沿用的1個(gè)簡(jiǎn)單方法，在發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地后，先斷開(kāi)某一直流饋線，觀察直流接地現(xiàn)象是否消失，若接地現(xiàn)象消失，說(shuō)明接地點(diǎn)在被拉饋線回路中，如果接地現(xiàn)象未消失，立即恢復(fù)對(duì)該饋線的供電，再斷開(kāi)另1條饋線進(jìn)行檢查，直至確定出接地點(diǎn)的所在饋線。

用拉路法查找接地時(shí)，一般先從信號(hào)回路、照明回路查起，再查操作回路、保護(hù)回路。因此，拉路法受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件的影響較大，如有的變電站由于施工和改造中遺留的種種問(wèn)題，使信號(hào)回路、控制回路和保護(hù)回路沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分，有的還形成一些非正常的閉環(huán)回路，增大了拉路法查找接地故障的難度。在下雨導(dǎo)致全直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣降低時(shí)，拉路法甚至失效?，F(xiàn)場(chǎng)往往還需要根據(jù)運(yùn)行方式、天氣狀況判斷接地點(diǎn)可能所在的范圍，在盡量少拉路的情況下迅速確定接地位置并予以消除，而這取決于運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的熟悉程度和自身的技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)等。另外，在所拉回路中接有輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)裝置時(shí)，拉路前還需要與調(diào)度員聯(lián)系，同時(shí)退出線路兩側(cè)的縱聯(lián)保護(hù)，而這有時(shí)是不被允許的。

綜上，雖然拉路法有簡(jiǎn)單直接的優(yōu)點(diǎn)，但由于受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際以及運(yùn)行維護(hù)人員自身工作經(jīng)驗(yàn)的影響較大，再加上實(shí)際的直流系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，饋線層層分布，在實(shí)際中僅依靠拉路法來(lái)查找直流接地顯然是不可取的。

3.2 在線檢測(cè)法

目前直流系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)主要采用微機(jī)型直流電源檢測(cè)裝置，不但可以監(jiān)測(cè)全直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀況，還可以判斷出接地的極性，檢測(cè)出具體發(fā)生接地的直流饋線。該裝置內(nèi)部有一低頻電壓信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的低頻電壓加在直流母線與地之間。當(dāng)直流系統(tǒng)中某一饋線回路出現(xiàn)接地故障時(shí)，該饋線上將流過(guò)一低頻電流信號(hào)。該低頻電流信號(hào)經(jīng)電流互感器傳遞給檢測(cè)儀，經(jīng)計(jì)算判斷出接地饋線及接地電阻的大小。

與拉路法相比，在線檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需斷電就可以將故障定位到具體的直流饋線回路，可節(jié)省大量時(shí)間，提高了故障處理速度，但在線檢測(cè)法也存在明顯的缺陷。

文獻(xiàn)[3]提出了目前在線檢測(cè)裝置存在的問(wèn)題：①產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)不夠好，如選線靈敏度太低、抗分布電容能力不夠等。②運(yùn)行維護(hù)不到位，如互感器的零點(diǎn)發(fā)生漂移，沒(méi)有定期校驗(yàn)，選線電阻門(mén)坎值設(shè)置不合適等。③直流供電網(wǎng)絡(luò)接線不合理，如雙回路、多分支等。由于上述問(wèn)題的存在，導(dǎo)致了檢測(cè)裝置存在誤報(bào)或漏報(bào)，這使得運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)檢測(cè)裝置不信任，甚至不去查看裝置的選線情況，因此，不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

另外，在線檢測(cè)法只能檢測(cè)到發(fā)生接地的直流饋線，而具體接地點(diǎn)仍需現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員去查找。如有些變電站的直流饋線層次較多，而在線檢測(cè)裝置只能將故障定位到首層。針對(duì)這一問(wèn)題，近年來(lái)開(kāi)始出現(xiàn)便攜式的直流接地故障定位裝置，該裝置可以帶電查找直流接地，而且可以將接地故障定位到具體的點(diǎn)。目前生產(chǎn)此類(lèi)產(chǎn)品的廠家較多，但同樣存在檢測(cè)精度不高、抗分布電容干擾差、誤報(bào)較多的問(wèn)題。

3.3 自動(dòng)隔離定位法

隔離定位法是在變電站有兩個(gè)及以上直流電源的條件下，將發(fā)生接地的直流系統(tǒng)各個(gè)饋線支路逐回切換到另一電壓相同的正常直流系統(tǒng)，通過(guò)觀察接地是否轉(zhuǎn)移來(lái)判斷該饋線支路是否接地[4]。這種方法其實(shí)是拉路法的延伸，主要優(yōu)點(diǎn)在于查找接地過(guò)程中能保持各直流饋線支路不斷電，特別適用于多支路同時(shí)接地的情況。

鑒于隔離定位法與拉路法一樣操作繁瑣，文獻(xiàn)[5]介紹了1種接地故障自動(dòng)隔離定位的方法。該方法能在不斷電的情況下，利用直流屏現(xiàn)有資源實(shí)現(xiàn)接地電阻的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)多故障點(diǎn)的自動(dòng)定位，并能對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行隔離。其具體做法簡(jiǎn)述如下：首先是另配備一獨(dú)立隔離電源，系統(tǒng)中每一饋線支路能在原電源與獨(dú)立隔離電源之間切換。配置監(jiān)控中心，利用在線監(jiān)測(cè)法的原理，當(dāng)某一或多個(gè)饋線支路發(fā)生接地故障時(shí)，通過(guò)電源切換，有序隔離可能發(fā)生故障的支路。當(dāng)某一支路切換到隔離電源后，整個(gè)直流系統(tǒng)工作正常表明該支路是唯一故障支路，反之還存在其他故障點(diǎn)。如果在饋線支路上設(shè)置電源切換點(diǎn)，可將支路進(jìn)一步分段，能將故障點(diǎn)定位到該支路中的較小范圍。

由上述過(guò)程可以看出，自動(dòng)隔離定位法將拉路法與在線檢測(cè)法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既縮短了直流接地查找的時(shí)間，又實(shí)現(xiàn)了故障的不斷電定位，使得接地故障的查找實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，減少了因直流接地產(chǎn)生的影響，這也是前兩種方法所無(wú)法比擬的。另外，自動(dòng)隔離定位法對(duì)多饋線支路同時(shí)接地的故障有很好的排查能力，解決了多年來(lái)傳統(tǒng)方法對(duì)多點(diǎn)接地故障查找困難的技術(shù)難題。但同時(shí)也應(yīng)注意到，由于利用了在線檢測(cè)的原理，該方法同樣存在誤報(bào)以及抗分布電容干擾差的缺點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文評(píng)述了目前有關(guān)直流接地故障查找的3種方法，每種方法有各自的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際并結(jié)合起來(lái)使用。但就實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化查找以及縮短故障時(shí)間來(lái)說(shuō)，自動(dòng)隔離定位法顯然優(yōu)于拉路法和在線檢測(cè)法。究其原因，自動(dòng)隔離定位法的提出得益于將傳統(tǒng)方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)。另外，值得注意的是，直流系統(tǒng)在線檢測(cè)裝置的正確選線率還有待提高，應(yīng)進(jìn)一步從原理上完善裝置性能，從而提高選線靈敏度和抗分布電容的能力，最終實(shí)現(xiàn)直流接地故障快速、準(zhǔn)確的自動(dòng)隔離。

1 國(guó)家電力調(diào)度通信中心編著.國(guó)家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材（下冊(cè)）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009

2 國(guó)家電網(wǎng)公司人力資源部組編.直流設(shè)備檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010

3 尹星光、何銘寧、徐玉鳳等.直流接地巡檢裝置誤、漏選線問(wèn)題分析[J].繼電器，2008（10）：83～85

4 王柯、韓高飛、楊志義.直流系統(tǒng)接地故障的形成與處理[J].中國(guó)電力教育，2010（35）：262～264

5 蔡駿峰.解決直流接地故障的新思路[J].湖北電力，2011（1）：5～6