武瓊 牛禹

摘 要：直流系統(tǒng)對于變電站安全可靠運(yùn)行具有重要意義，文章分析了直流系統(tǒng)接地的原因，提出了三種常用的變電站查找直接接地故障的方法以及它們的適用性。通過一次變電站雨后直流系統(tǒng)接地故障的處理，介紹了一種環(huán)網(wǎng)直流系統(tǒng)故障的排查方法。

關(guān)鍵詞：變電站；直流系統(tǒng)；直流接地

中圖分類號：TM645.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0084-02

變電站直流系統(tǒng)為變電站內(nèi)的控制回路、信號回路、保護(hù)及自動(dòng)裝置等提供可靠的電源，關(guān)系著保護(hù)、自動(dòng)化裝置能否正確動(dòng)作，是確保變電站安全可靠運(yùn)行的重要組成部分。直流系統(tǒng)主要是由蓄電池組、浮充電裝置、電源監(jiān)測裝置及各支路電源組成，正常情況下，直流系統(tǒng)正負(fù)極均是對地絕緣的，當(dāng)直流系統(tǒng)絕緣破壞，發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，一般并不影響直流系統(tǒng)運(yùn)行，但當(dāng)兩點(diǎn)及以上接地時(shí)，就可能造成保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)、直流電源短路、熔斷器熔斷等不良后果。

因此，當(dāng)變電站內(nèi)直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)消除，維護(hù)變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 直流系統(tǒng)接地原因

由于變電站內(nèi)直流系統(tǒng)分布廣、線路長、所帶負(fù)荷多，因此容易收到各類環(huán)境因素如高溫、潮濕、灰塵的影響，導(dǎo)致絕緣下降或破壞；此外直流系統(tǒng)環(huán)路供電方式以及寄生回路的存在也會影響絕緣監(jiān)測裝置的正確判斷。直流系統(tǒng)接地的原因可以歸納為以下五個(gè)方面。

1.1 環(huán)境影響

在大雨、雪、冰雹、霾等惡劣氣候條件下，直流二次設(shè)備將會受到影響，特別是戶外端子箱和機(jī)構(gòu)箱，若封閉不嚴(yán)或機(jī)構(gòu)箱破損，可能造成端子排受損甚至纜溝進(jìn)水等，造成直流系統(tǒng)絕緣下降。部分二次設(shè)備的絕緣材料由于投運(yùn)時(shí)間過久，產(chǎn)生絕緣老化現(xiàn)象，本身絕緣達(dá)不到當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求，也易引發(fā)直流系統(tǒng)接地故障，特別是變電站投運(yùn)時(shí)間越久，可能性越大。

1.2 設(shè)備維護(hù)不當(dāng)

由于電氣設(shè)備及其二次回路安裝、維護(hù)、運(yùn)行不當(dāng)，造成電纜接頭松動(dòng)、斷線或人為誤碰，可能造成直流接地；小動(dòng)物誤入帶電設(shè)備，抓咬電纜外皮會造成電纜破損和絕緣破壞；開關(guān)柜內(nèi)端子若不定期清掃，造成灰塵積累，在潮濕環(huán)境下或有金屬片、螺絲等物體掉落，都可能造成直流系統(tǒng)接地。

1.3 交流電混入直流回路

交流電及電壓互感器二次回路電壓源，由于誤接線、絕緣下降等原因竄入直流系統(tǒng)，造成直流系統(tǒng)接地。

1.4 環(huán)路供電

環(huán)路供電也是造成直流接地的一種原因，環(huán)路供電是直流系統(tǒng)在負(fù)荷側(cè)兩路進(jìn)線電源未隔離或通過二極管隔離的方式，使兩段直流母線仍存在電氣上的聯(lián)系，一段母線接地可能引起另一段母線接地，使故障分析更加復(fù)雜。

1.5 寄生回路

直流寄生回路也是檢修中時(shí)常出現(xiàn)的情況，它使兩個(gè)直流系統(tǒng)通過寄生回路產(chǎn)生了電的聯(lián)系，造成“假接地”現(xiàn)象。這種情況有偶然性，只要消除寄生回路，就可以避免再次發(fā)生。

2 直流系統(tǒng)接地故障查找方法

2.1 概率法

概率法是一種傳統(tǒng)的較為實(shí)用的方法，根據(jù)直流系統(tǒng)接地時(shí)特定的環(huán)境或現(xiàn)場實(shí)際，尋找最有可能接地的位置。

如前文所述直流接地的原因，若故障發(fā)生時(shí)氣候條件惡劣，如出現(xiàn)雨、雪、冰等，首先檢查室外機(jī)構(gòu)箱、端子箱、刀閘輔助切換裝置、瓦斯繼電器，這些部分有可能封閉不嚴(yán)或沒有除濕系統(tǒng)造成絕緣破壞。

若考慮季節(jié)因素，春初、秋末是小動(dòng)物活動(dòng)頻繁時(shí)期，應(yīng)檢查開關(guān)柜、機(jī)構(gòu)箱是否做好封堵；若現(xiàn)場有施工情況，應(yīng)首先排查是否由于施工不當(dāng)造成；若發(fā)生接地故障時(shí)期二次設(shè)備有異常現(xiàn)象，應(yīng)首先檢查是否存在二次設(shè)備損壞。這種方法依靠運(yùn)行和檢修人員的工作經(jīng)驗(yàn)，最具時(shí)效性，但當(dāng)故障較為復(fù)雜或非外力等直接原因引起時(shí)，就無法僅憑這種簡單的概率推算法進(jìn)行判斷了。

2.2 拉路法

拉路法也稱“瞬時(shí)停電法”，是查找直流接地最直觀的方法，是通過依次斷開運(yùn)行的直流回路空氣開關(guān)，當(dāng)其中某條線路空開斷開后直流接地告警返回，就說明接地點(diǎn)就在該線路上。拉路法應(yīng)該注意：每次斷開時(shí)間不得超過3 s，無論是否接地均應(yīng)馬上合上，若斷開的是保護(hù)或自動(dòng)裝置的電源，應(yīng)采取防止該類設(shè)備誤動(dòng)的安全措施，如向調(diào)控中心申請退出保護(hù)和自動(dòng)裝置等。拉路的順序?yàn)椋合仁彝庠O(shè)備后室內(nèi)設(shè)備；先信號、照明回路后操作、控制回路；先查新投運(yùn)設(shè)備后查運(yùn)行設(shè)備。當(dāng)確定接地發(fā)生在哪條支路上后，應(yīng)將該支路的環(huán)網(wǎng)解開，通過拆端子及取下保險(xiǎn)的方式來判斷和尋找接地點(diǎn)。

若拉路法無法找出接地點(diǎn)，可能是由于以下幾種情況：

①直流系統(tǒng)存在環(huán)路供電的方式，拉路前沒有解列或斷開環(huán)路。

②接地點(diǎn)在直流母線、蓄電池組或充電機(jī)上。

③交流竄入直流回路。

④存在直流寄生回路。

⑤存在多點(diǎn)接地。

2.3 絕緣監(jiān)測裝置和便攜式直流接地定位裝置

以上兩種方法是傳統(tǒng)的直流接地查找方法，但現(xiàn)在110 kV及以上線路不允許無主保護(hù)運(yùn)行，因此變電站的保護(hù)和控制電源不能隨便拉合，這就對直流接地查找提出了新要求。絕緣監(jiān)測裝置和便攜式直流接地定位裝置可以在不停電的情況下查找接地故障。

絕緣監(jiān)測裝置采用了平衡電橋法或注入電流法，如深圳奧特迅公司生產(chǎn)的WJY-3000微機(jī)絕緣監(jiān)測儀，該裝置采用了直流有源CT，通過對母線電壓在線監(jiān)測，當(dāng)電壓低于設(shè)定定值，將會啟動(dòng)支路巡檢功能。

支路巡檢儀采用直流有源CT檢測，每個(gè)支路內(nèi)含CPU，直接在各支路實(shí)現(xiàn)了信號轉(zhuǎn)換并上傳至絕緣監(jiān)測儀主機(jī)。WJY-3000的支路CT接線如圖1所示。

該裝置可以實(shí)現(xiàn)對所有支路的同時(shí)檢測，精度高、速斷快、抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是在復(fù)雜電網(wǎng)中容易變到環(huán)網(wǎng)和分布電容的影響，并且只能確定是哪條主母線上的支路故障，對于下一級支路故障無法做出判斷。

便攜式直流接地定位裝置可以顯示接地故障的程度和方向，并進(jìn)行追蹤定位。

一般由信號發(fā)生器、檢測器和鉗表組成。信號發(fā)生器自動(dòng)分析正負(fù)極和地電壓、接地極性、接地電阻，判斷是否發(fā)生接地。若發(fā)生正接地就會在正極和地之間加一個(gè)弱電流；若是負(fù)接地則會在負(fù)極和地之間加一個(gè)弱電流。檢測器通過鉗表，逐步測量每個(gè)回路對地的直流電源漏電流，并顯示接地故障方向逐級查找，直到準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。便攜式直流接地定位裝置可以檢測兩點(diǎn)、多點(diǎn)、正負(fù)極同時(shí)接地的故障。

3 實(shí)例分析

2013年6月暴雨后，天津咸水沽鎮(zhèn)南八里臺110 kV變電站監(jiān)控報(bào)直流接地故障，故障內(nèi)容為“#1直流系統(tǒng)接地故障”、“#2直流系統(tǒng)接地故障”，+KM電壓降為10 V，-KM電壓升至110 V，檢查后確認(rèn)是#1直流系統(tǒng)的接地故障。

由于該站配置有WJY-3000絕緣監(jiān)測裝置，但通過“支路檢查”功能，均無法返回接地選線的結(jié)果，同時(shí)便攜式直流接地定位裝置也無法實(shí)現(xiàn)定位。

經(jīng)反復(fù)排查，發(fā)現(xiàn)是由于某幾條10 kV間隔的線路采用了環(huán)路供電的方式，也就是從#1和#2直流電源來的兩個(gè)空開都合上了，將其中一路直流電源拉開后，再通過絕緣監(jiān)測儀定位出故障支路為10 kV電容器。

由于本次故障發(fā)生在大雨之后，極有可能是開關(guān)柜進(jìn)水造成，所以從10 kV電容器開關(guān)柜處開始查找故障，逐個(gè)拉開各個(gè)直流回路，測量直流電壓，當(dāng)打開某條回路后直流電壓恢復(fù)正常110 kV，說明故障就在此處，最后經(jīng)過核查電纜，發(fā)現(xiàn)該電容器接地刀閘的操作機(jī)構(gòu)箱已嚴(yán)重進(jìn)水，造成了電纜控制回路的正接地。

4 結(jié) 語

變電站直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，增加了查找直流系統(tǒng)接地故障的困難性，此外由于110 kV及以上變電站不能失去主保護(hù)，因此，除了傳統(tǒng)故障查找方法以外，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，綜合采用絕緣監(jiān)測儀、便攜式直流接地定位裝置配合拉路法，提高故障處理效率，維護(hù)變電站安全可靠運(yùn)行。

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