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(阜陽市電力公司，安徽 阜陽 236017)

變電站直流系統(tǒng)接地故障分析與處理方法

朱新菊，張亞峰

(阜陽市電力公司，安徽 阜陽 236017)

直流系統(tǒng)作為變電站繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、控制、信號(hào)、事故照明等系統(tǒng)的電源供給，直流系統(tǒng)的可靠運(yùn)行對(duì)變電站的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。直流系統(tǒng)的常見故障就是直流接地。就如何查找直流系統(tǒng)接地故障做出了分析，并就如何有效防范直流接地故障的發(fā)生提出些措施。

直流系統(tǒng)；接地故障；查找方法；防范措施

1 引言

變電站的直流系統(tǒng)很容易受到各方面的影響發(fā)生直流接地故障。一般情況下，直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，不會(huì)引起任何危害，但必須及時(shí)消除，否則可能演變成兩點(diǎn)接地，造成信號(hào)、保護(hù)和控制回路發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，熔斷器熔斷，直流系統(tǒng)短路等嚴(yán)重后果。因此，發(fā)生直流系統(tǒng)接地故障時(shí)，怎樣快速、準(zhǔn)確的找到接地位置，及時(shí)消除，使直流系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，是我們技術(shù)人員需要分析和掌握的問題。

2 直流接地的原因

直流系統(tǒng)分布范圍廣、外露部分多、電纜多、且較長，所以很容易受自然因素、氣候因素、環(huán)境因素、人為因素的影響，使某些絕緣薄弱元件絕緣降低，甚至絕緣破壞造成直流接地。故障的原因具體有如下幾個(gè)方面[1-3]：

(1)二次回路、二次設(shè)備絕緣材料不合格、絕緣性能低，或年久失修、嚴(yán)重老化，或存在某些損傷缺陷、如磨傷、砸傷、壓傷、扭傷、剝傷或過流引起的燒傷等。

(2)直流系統(tǒng)、電氣設(shè)備及二次回路所處環(huán)境嚴(yán)重污穢或運(yùn)行在陰雨、潮濕的氣候中，惡劣的環(huán)境狀況使電氣設(shè)備對(duì)地絕緣嚴(yán)重下降，易誘發(fā)直流接地。例如在大雨天氣，雨水飄入未密封嚴(yán)實(shí)的戶外二次接線盒，使接線樁頭和外殼導(dǎo)通起來，引起接地。

(3)小動(dòng)物爬入或小金屬零件掉落在元件上造成直流接地故障，如老鼠、蜈蚣等小動(dòng)物爬入帶電回路；在二次回路上工作時(shí)，金屬零件掉在帶電的直流回路上，造成直流回路與金屬屏短接而接地；二次線絕緣皮容易受到轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損，便造成直流接地。

(4) 電氣設(shè)備和二次回路由于設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)及運(yùn)行不合理或錯(cuò)誤，可產(chǎn)生平時(shí)不易發(fā)現(xiàn)的潛伏的接地故障。常見情況有：二次回路的帶電端固定不牢固或斷線，因設(shè)備受到震動(dòng)和人為誤碰等影響，造成直流接地故障；在二次接線中，電纜芯的一頭接在端子上運(yùn)行，另一頭被誤認(rèn)為是備用芯或者不帶電而讓其裸露在鐵件上，引起接地；直流帶電設(shè)備與接地設(shè)備或交、直流帶電設(shè)備之間絕緣間距由于設(shè)計(jì)及安裝的太小，當(dāng)帶電設(shè)備或直流回路出現(xiàn)過電壓時(shí)，有可能將間隙擊穿，形成直流接地。

3 直流系統(tǒng)接地故障的危害

直流系統(tǒng)發(fā)生兩點(diǎn)接地故障后果非常嚴(yán)重，常見的接地情況歸納起來有以下幾種[4-5]：

圖1 變電站直充系統(tǒng)接地故障示意圖

(1)直流正極接地，有使保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)的可能。因?yàn)橐话闾祥l線圈、繼電器線圈正常與負(fù)極電源接通(正極接通即動(dòng)作)，若這些回路再發(fā)生一直接地，就可能引起誤動(dòng)作(因兩接地點(diǎn)使正極電源被接通，構(gòu)成回路)。

在圖1中，直流接地發(fā)生A、B兩點(diǎn)時(shí)，將1LJ、2LJ接點(diǎn)短接，啟動(dòng)CKJ繼電器誤動(dòng)作跳閘。A、C兩點(diǎn)接地時(shí)，CKJ接點(diǎn)被短接而誤動(dòng)作跳閘。A、D兩點(diǎn)，F(xiàn)、D兩點(diǎn)接地，都能造成開關(guān)誤跳閘。同理，兩點(diǎn)接地還可能造成誤合閘，誤報(bào)信號(hào)。

(2)直流負(fù)極接地，有使保護(hù)自動(dòng)裝置拒絕動(dòng)作的可能。因?yàn)榛芈分性儆幸稽c(diǎn)接地時(shí)，跳合閘線圈及保護(hù)繼電器線圈被接地點(diǎn)短接而不能動(dòng)作。同時(shí)，直流回路短路電流會(huì)使電源保險(xiǎn)熔斷，并且可能燒壞繼電器接點(diǎn)，保險(xiǎn)熔斷會(huì)失去保護(hù)及操作電源，并且可能燒毀繼電器接點(diǎn)。在圖1中，B、E兩點(diǎn)接地，CKJ線圈被短接，保護(hù)動(dòng)作時(shí)，CKJ不能動(dòng)作，開關(guān)將不能跳閘且保險(xiǎn)將會(huì)熔斷。D、E兩點(diǎn)接地時(shí)，跳閘線圈TQ被短接，保護(hù)動(dòng)作時(shí)及操作時(shí)開關(guān)拒跳。同樣，兩點(diǎn)接地開關(guān)也可能使開關(guān)拒合，不能報(bào)信號(hào)。

(3)直流系統(tǒng)正負(fù)極各一點(diǎn)接地，會(huì)造成短路使電源保險(xiǎn)熔斷，使保護(hù)及自動(dòng)裝置、控制回路失去電源。在圖1中，直流接地故障發(fā)生在A、E兩點(diǎn)和F、E兩點(diǎn)時(shí)，即形成短路使電源保險(xiǎn)熔斷。B、E兩點(diǎn)和C、E兩點(diǎn)接地時(shí)，在保護(hù)動(dòng)作或操作時(shí)，不但使電源保險(xiǎn)熔斷，同時(shí)還會(huì)燒毀電器接點(diǎn)。

以上幾個(gè)方面可以看出直流系統(tǒng)接地故障的其危害非常大，不僅對(duì)設(shè)備不利，而且對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全構(gòu)成威脅。因此，直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣不良或接地時(shí)，應(yīng)迅速排除故障，防止造成兩點(diǎn)接地。

4 直流系統(tǒng)接地故障的查找方法及處理

當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生直流接地故障時(shí)，應(yīng)迅速進(jìn)行查找，及時(shí)找出接地點(diǎn)，盡快消除故障[6，7]。

(1)在查找之前應(yīng)分清接地故障的極性，分析故障發(fā)生的原因是否與天氣有關(guān)，站內(nèi)是否有人工作，設(shè)備有無操作。若站內(nèi)二次回路有工作，或有設(shè)備檢修試驗(yàn)，應(yīng)立即停止。拉開其工作電源，看接地信號(hào)是否消失。

(2)查找直流接地故障的方法是，有微機(jī)多路絕緣監(jiān)測(cè)儀裝置時(shí)，可直接判斷具體的饋線路數(shù)；若未安裝多路絕緣監(jiān)測(cè)裝置，也可以采用“瞬停法”查找，在允許的情況下采用瞬間斷開某一回路(在切斷各專用直流回路時(shí)切斷時(shí)間不得超過3s，不論回路接地與否均應(yīng)合上)，觀察絕緣監(jiān)察裝置的信號(hào)、表針指示是否消失。倘若消失，則證明故障點(diǎn)就在該回路上，如不消失，證明該回路可能正常。然后再分別瞬間斷開其它允許斷開的回路進(jìn)行查找。其原則是：先有明顯缺陷的分路，后無明顯缺陷的分路；先信號(hào)回路和照明回路，后操作回路；先戶外，后室內(nèi)；先不重要的，后重要的；先備用設(shè)備，后運(yùn)行設(shè)備；先新投運(yùn)的設(shè)備，后已運(yùn)行多年的設(shè)備。

(3)對(duì)于金屬性接地故障的檢查：通過絕緣監(jiān)測(cè)裝置或拉回路法再加上萬用表，一般就可以準(zhǔn)確找出故障點(diǎn)。

(4)對(duì)于非金屬性接地或者接地點(diǎn)非持續(xù)性的檢查，是目前查找直流系統(tǒng)接地點(diǎn)最困難的一種情況，對(duì)于這類接地故障，只有通過密切監(jiān)視，注意接地告警信號(hào)發(fā)出時(shí)的異常情況，然后分析直流控制回路圖。因?yàn)檫@些異常信號(hào)是轉(zhuǎn)瞬即逝的，現(xiàn)場(chǎng)處理事故的人員需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，才能迅速而又準(zhǔn)確查找到故障點(diǎn)。

(5)在查找直流接地故障的過程中，有時(shí)找不到接地點(diǎn)在哪個(gè)系統(tǒng)上或出現(xiàn)接地點(diǎn)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。其原因可能是，直流接地發(fā)生在充電設(shè)備、蓄電池本身和直流母線上，可以通過倒閘，拉開充電機(jī)的并聯(lián)刀閘，用分網(wǎng)法縮小檢查范圍。從現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)情況來看，蓄電池一般使用6年以上就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行隱患，如容量減退、容量消失太快、外殼膨脹等情況。

5 檢查中應(yīng)注意的安全事項(xiàng)

檢查中應(yīng)注意如下一些的安全事項(xiàng)[8,9]。

(1)查找直流接地故障時(shí)，必須有二人進(jìn)行。防止人身觸電，做好安全監(jiān)護(hù)；

(2)拉路檢查時(shí)，應(yīng)經(jīng)調(diào)度同意，時(shí)間不得超過3s，動(dòng)作應(yīng)迅速，防止失去保護(hù)電源及帶有重合閘電源的時(shí)間過長。必要時(shí)在拉路前，解除可能誤動(dòng)的保護(hù)，操作電源恢復(fù)后再投入保護(hù)；

(3)為防止誤判斷，觀察接地現(xiàn)象是否消失時(shí)，應(yīng)從信號(hào)、光字牌和絕緣監(jiān)察表計(jì)指示情況綜合判斷；

(4)按符合實(shí)際的圖紙進(jìn)行，防止拆錯(cuò)端子線頭，防止恢復(fù)接線時(shí)遺留或接錯(cuò)；所拆線頭應(yīng)做好記錄和標(biāo)記；

(5)防止人為造成短路或另一點(diǎn)接地，以防引起繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，甚至引起短路燒直流保險(xiǎn)；

(6)在已有一點(diǎn)接地的情況下，不得使用萬用表的通斷檔位進(jìn)行測(cè)量；

(7)禁止使用燈泡查找直流接地故障；

(8)使用儀表檢查時(shí)，表計(jì)內(nèi)阻應(yīng)不低于2000Ω/V；

(9)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，禁止在二次回路上工作；

(10)盡量避免在高峰負(fù)荷時(shí)進(jìn)行。

6 防范直流系統(tǒng)接地的措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理的直流接地故障總結(jié)，分析原因主要是電纜敷設(shè)穿管、或剝線時(shí)，外絕緣層遭到破壞，在室外氣候的影響下，極易絕緣受損引發(fā)直流接地。因此在日常的運(yùn)行檢修維護(hù)工作時(shí)，采取些措施來避免接地故障的發(fā)生對(duì)保證設(shè)備的安全運(yùn)行是有必要的[10,11]。

(1)變電站運(yùn)行維護(hù)單位應(yīng)定期進(jìn)行防雨、防潮、防異物的日常檢查工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)消除。陰雨天氣時(shí)應(yīng)加大設(shè)備的檢查次數(shù)，并重點(diǎn)檢查易發(fā)生接地的重點(diǎn)部位，發(fā)現(xiàn)受潮或進(jìn)水應(yīng)立即處理。

(2)施工單位在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量和工藝，并對(duì)回路進(jìn)行檢查測(cè)試，尤其是進(jìn)行絕緣試驗(yàn)。發(fā)生接地后及時(shí)更換損傷電纜。

(3)加強(qiáng)對(duì)室外電纜的絕緣測(cè)試工作，在絕緣開始下降還未遭到破壞前，采取措施，避免直流接地的發(fā)生。

(4)定期巡檢直流系統(tǒng)的對(duì)地絕緣。故障出現(xiàn)要立即進(jìn)行排查，按序查找，先信號(hào)回路，事故照明回路，再操作回路，控制回路，保護(hù)回路。先重點(diǎn)檢測(cè)絕緣情況較差的回路。

(5)變電站運(yùn)行維護(hù)單位應(yīng)定期對(duì)蓄電池室通風(fēng)，并在蓄電池室采取有效的防潮措施。

(6)招標(biāo)采購時(shí)嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)質(zhì)量不佳的產(chǎn)品堅(jiān)決抵制，對(duì)運(yùn)行時(shí)間長、元件老化嚴(yán)重的設(shè)備應(yīng)及時(shí)更換。

7 結(jié)束語

直流系統(tǒng)接地故障嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此正確掌握直流接地故障的查找和排除方法以及有效的預(yù)防接地措施是非常有必要的，當(dāng)前查找直流接地更多是依靠實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，精通直流回路系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的方法，熟練掌握快速查找和處理直流接地故障的經(jīng)驗(yàn)方法，有利于及時(shí)處理故障，以保證設(shè)備的安全運(yùn)行，確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 劉曉忠,王寧國,李靖波.變電站直流接地原因及預(yù)防措施[J].電力安全技術(shù)，2009,11(3):56.

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[6] 巢鵬.淺談變電站直流接地故障點(diǎn)的查找[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,22(1):60-61.

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EarthFaultAnalysisandHandingofDCSystemofaSubstation

ZHUXin-ju,ZHANGYa-feng

(Fuyang Electric Power Company, Fuyang 236017,China)

A DC system is used a power supply for the substation relay protection,safe automation device,control and signral and so on.The reliable operation of the DC system plays an important part in the safe operation of the substation.Gommon faults of the DC system are DC grounding.The paper analyzes how to find out DC system earth fault and puts forward some measures.

DC system；earth fault;search method;countermeasure

1004-289X(2013)01-0007-03

TM77

B

2012-02-27

朱新菊(1982-)，女，漢族，湖北黃岡人，碩士研究生，電力工程師，從事調(diào)度自動(dòng)化工作；

張亞峰(1972-)，男，漢族，安徽阜陽人，高級(jí)工程師，從事調(diào)度自動(dòng)化工作。