高 林，邱世超，李 萌

（國網(wǎng)德州供電公司，山東 德州 253000）

變電站直流系統(tǒng)包括蓄電池、母線、充電模塊、直流監(jiān)控裝置、絕緣監(jiān)控裝置等，主要為遙信回路、保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置等二次設(shè)備供電，是二次設(shè)備的“心臟”，為二次系統(tǒng)提供源源不斷的“血液”，保障直流系統(tǒng)的可靠運(yùn)行對(duì)變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行十分關(guān)鍵。直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可能造成保護(hù)或安全自動(dòng)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的威脅。在直流系統(tǒng)各類故障中，接地故障是最常見的也是最難排查的故障之一，認(rèn)真分析直流系統(tǒng)接地故障的原因和處理方法，并提出改進(jìn)措施，以便快速定位故障點(diǎn)消除缺陷，對(duì)電力系統(tǒng)正常安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。

1 直流系統(tǒng)接地故障原因

變電站直流系統(tǒng)的負(fù)荷線路長(zhǎng)、分布廣、各級(jí)各類負(fù)荷多，還可能存在環(huán)網(wǎng)和寄生回路，有承擔(dān)直流大負(fù)荷的主干支路，還有像人體中的毛細(xì)血管一樣的小負(fù)荷遍布變電站的各個(gè)角落。因此導(dǎo)致直流接地故障的因素是多種形式的，總體上可以分為人為因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素三類。

（1）人為因素。一是設(shè)計(jì)、基建驗(yàn)收等前期工作失誤，主要包括設(shè)計(jì)錯(cuò)誤導(dǎo)致寄生回路產(chǎn)生，施工工藝不良造成交直流系統(tǒng)串接等其他接線錯(cuò)誤。如220 kV間隔保護(hù)兩套控制回路共用同一壓力繼電器接點(diǎn)造成誤并列；電纜二次接線未進(jìn)行校線，二次接線一端接入直流電源系統(tǒng)另一端當(dāng)作備用芯，并且沒有進(jìn)行保護(hù)處理，一旦備用芯線的裸露金屬部分碰觸到設(shè)備金屬外殼，容易引起接地故障，這種缺陷不宜被發(fā)現(xiàn)。二是檢修工作疏忽造成的故障。如二次回路檢修時(shí)帶電線芯誤碰其他設(shè)備外殼，施工后遺留二次電纜線頭零部件造成直流接地，兩套電源并列運(yùn)行未退出一套接地報(bào)警裝置導(dǎo)致人工兩點(diǎn)接地等。

（2）設(shè)備因素。一是二次設(shè)備本身就存在一些缺陷，比如某些廠家直流絕緣監(jiān)控裝置的平衡橋電阻值較低導(dǎo)致的接地。二是設(shè)備功能失效引起接地，比如說防雷元件被擊穿或因質(zhì)量問題絕緣降低造成接地。三是蓄電池制造工藝不良，如蓄電纜材料不合格、絕緣降低，老化嚴(yán)重、損傷，或蓄電池長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致漏液引起接地等情況。

（3）環(huán)境因素。一是如雨天、高溫天氣等氣象因素。比如太陽暴曬、冰雪凍裂等會(huì)造成電纜老化網(wǎng)裂，連續(xù)大雨、大雪的潮濕天氣等惡劣氣候會(huì)引起二次設(shè)備進(jìn)水，如端子箱、電纜溝、匯控柜等。如果正好端子箱、匯控柜的密封性不好，端子排覆蓋較多塵土，混合較大濕度水汽會(huì)具有一定的導(dǎo)電能力，這些因素會(huì)導(dǎo)致直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣的嚴(yán)重下降，進(jìn)而引發(fā)直流接地。隨著投運(yùn)時(shí)間延長(zhǎng)，發(fā)生直流接地的概率越大。二是小動(dòng)物外力干擾引起的接地。比如鳥類在瓦斯或壓力釋放閥接線盒里筑巢，筑巢材料濕潤(rùn)或含有金屬導(dǎo)線使得接線端子和防雨罩導(dǎo)通，造成直流接地故障；電纜的絕緣層可能會(huì)被老鼠等一些小動(dòng)物咬破時(shí)，引起直流接地。

2 直流接地故障的分類

（1）金屬性接地和非金屬接地。直流系統(tǒng)接地故障按照故障性質(zhì)共分為兩大類，金屬性接地和非金屬性接地。金屬性接地又稱小電阻直接接地，這種方式的接地電阻小，一般都小于幾十歐姆。非金屬性接地的接地電阻較大，接地特征呈現(xiàn)非線性變化，比如通過半導(dǎo)體材料發(fā)生的接地故障、二次接線帶電裸露銅線接觸金屬外殼漆面、天氣變化導(dǎo)致直流系統(tǒng)的絕緣電阻值往復(fù)波動(dòng)，絕緣監(jiān)控裝置較難正確選出支路，對(duì)于這種接地的查找比金屬接地要困難。

（2）電源互串接地。電源互串接地是指與其他電源(直流或交流)產(chǎn)生電氣聯(lián)系發(fā)生接地，分為交流系統(tǒng)的一端竄入直流系統(tǒng)接地、直流互串接地。直流系統(tǒng)通過交流電源與地發(fā)生連接，稱為交流竄入直流接地；通過一點(diǎn)的互聯(lián)使兩套不同蓄電池供電的直流系統(tǒng)連接到一起而造成的接地故障，稱為直流互串接地故障。

（3）絕緣監(jiān)控裝置誤報(bào)的假性接地。絕緣監(jiān)控裝置以電氣量（漏電流）作為判據(jù)，但是除接地故障外，還有其他電氣量因素影響判據(jù)。比如說負(fù)荷電流變化產(chǎn)生不同頻率的感應(yīng)電流會(huì)影響絕緣監(jiān)控裝置，導(dǎo)致絕緣監(jiān)控裝置無法判斷正確；具有長(zhǎng)電纜線路直流系統(tǒng)的對(duì)地電容，在加入的信號(hào)波長(zhǎng)較短時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的接地電容電流，使得絕緣監(jiān)控裝置誤判為接地支路；永久接地點(diǎn)斷開，使絕緣監(jiān)控裝置失去參考地電位，測(cè)量到的母線對(duì)地電壓不是正常意義下的對(duì)地電壓，從而誤發(fā)接地報(bào)警信號(hào)。

3 直流接地故障的危害

在變電站直流系統(tǒng)檢修過程中最常見的故障就是接地故障，根據(jù)故障點(diǎn)數(shù)量，可以分為單點(diǎn)接地和兩點(diǎn)及以上的多點(diǎn)接地。直流系統(tǒng)發(fā)生只有一點(diǎn)的接地時(shí)，一般情況下不會(huì)造成事故跳閘，但是如果沒有在短時(shí)間內(nèi)消除直流接地故障，時(shí)間一長(zhǎng)就可能發(fā)展成多點(diǎn)接地。直流系統(tǒng)發(fā)生兩點(diǎn)及以上的接地時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，相同極性的接地可能會(huì)引起斷路器誤動(dòng)作跳閘，不同極性的接地可能造成直流熔斷器的燒壞、保護(hù)跳閘出口的回路二次接線短接，如果這時(shí)恰好對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)一次設(shè)備發(fā)生故障該斷路器有拒動(dòng)的可能，那么這時(shí)候只能由上一級(jí)的保護(hù)動(dòng)作切除故障，擴(kuò)大了最終的事故停電范圍。因此直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地后應(yīng)盡快確定接地故障點(diǎn)位置并采取有效措施，使直流系統(tǒng)恢復(fù)正常絕緣。

4 直流接地故障的處理

一般來說，直流絕緣監(jiān)測(cè)及接地選線裝置，理論上可以較好地識(shí)別金屬性接地，靈敏度較高、判斷結(jié)果比較準(zhǔn)確。但對(duì)于非金屬性接地等其他的接地故障，誤選、漏選的概率較大，常常不能準(zhǔn)確定位接地支路，這時(shí)需要進(jìn)行人工選線。人工檢測(cè)方法主要分為經(jīng)驗(yàn)判斷、拉路法、暫代電源法。

（1）經(jīng)驗(yàn)判別法。根據(jù)以往直流故障消除經(jīng)驗(yàn)，接地故障往往發(fā)生在新投運(yùn)或改造的二次設(shè)備和回路以及室外易受潮處、事故照明UPS用直流輸入。這些接地故障發(fā)生較多，占有較大比例，發(fā)生接地時(shí)積極聯(lián)想有時(shí)可以迅速鎖定接地位置。首先查找直流系統(tǒng)有關(guān)的新投運(yùn)、改造、戶外設(shè)備和回路，尤其重點(diǎn)查找是否存在端子箱和匯控柜漏雨、封堵不嚴(yán)的地方，先檢查這些容易發(fā)生直流接地故障的部位，往往能取得事半功倍的效果。匯控柜、端子箱內(nèi)受潮應(yīng)開啟加熱器或除濕器進(jìn)行除潮處理。再就是檢查二次接線經(jīng)屏柜門的開合出，此處防護(hù)不好容易磨損二次線芯造成直流接地。還要檢查屏柜內(nèi)是否有裸露線芯情況，注意做好絕緣或更換新二次線芯處理。此方法的優(yōu)點(diǎn)是直接、快速，缺點(diǎn)是帶有一定盲目性。

（2）拉路法。拉路法是最簡(jiǎn)單也是現(xiàn)場(chǎng)常采用的一種人工檢測(cè)方式，多用于能短時(shí)斷電的非重要回路。逐一短時(shí)斷開各支路熔斷器或空氣開關(guān)，同時(shí)用萬用表測(cè)量正極或負(fù)極對(duì)地電壓，密切觀察直流電壓數(shù)值的變化。若斷開某一支路時(shí)，萬用表測(cè)量的直流正極或負(fù)極對(duì)地電壓迅速恢復(fù)正常，接地信號(hào)消失，則接地故障點(diǎn)就可鎖定在此支路范圍內(nèi)?？梢园词鹿收彰?、儲(chǔ)能、信號(hào)、保護(hù)、控制回路的順序依次斷開查找，可結(jié)合經(jīng)驗(yàn)判別法首先重點(diǎn)檢查二次元器件運(yùn)行環(huán)境，以及在較差的環(huán)境狀況下容易引起絕緣降低的回路。值得注意的是，直流系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)供電的應(yīng)先拉開環(huán)網(wǎng)的開關(guān)，再按順序查找。拉路法優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，可以快速準(zhǔn)確定位故障支路，缺點(diǎn)是負(fù)荷支路須短時(shí)停電，保護(hù)有拒動(dòng)、誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）暫代電源法。暫代電源法的好處是負(fù)載支路不需停電，不需要將保護(hù)裝置的出口壓板停用，拉合直流時(shí)避免出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)，克服了拉路法短時(shí)斷電的缺點(diǎn)，可用于不能斷電的重要回路，方便排查出蓄電池、充電機(jī)、直流母線的接地等非支路接地的故障情況。缺點(diǎn)是人為的誤操作短路存在負(fù)荷支路失去電源的風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于負(fù)載支路接地的情況無能為力，增大直流接地、短路情況的可能性，延長(zhǎng)了故障消除的時(shí)間。

（4）改進(jìn)措施分析。一是變電站內(nèi)檢修施工現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)排查。當(dāng)出現(xiàn)直流接地故障時(shí)，應(yīng)停止站內(nèi)的一切工作，全面開展作業(yè)地點(diǎn)排查，重點(diǎn)檢查檢修施工設(shè)備及其二次接線的絕緣性。在變電站內(nèi)進(jìn)行作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)接地故障，主要是安全措施執(zhí)行不嚴(yán)導(dǎo)致的。最常見的原因是：電纜二次接線過程中，一端已與運(yùn)行直流系統(tǒng)連接，另一端沒有做好絕緣包扎，易造成沒有包扎好的電纜一頭接地，導(dǎo)致接地故障發(fā)生。對(duì)工作中動(dòng)過的二次線要及時(shí)恢復(fù)，不能恢復(fù)的要用絕緣膠帶等包裹好。注意檢查二次電纜薄弱處受力情況，是否因嚴(yán)重受力導(dǎo)致絕緣損壞接地。

二是按照先內(nèi)后外的順序排查。在排查接地故障時(shí)，應(yīng)遵循先內(nèi)部，再慢慢向外部排查的規(guī)則。根據(jù)直流監(jiān)測(cè)裝置等設(shè)備確定接地支路，利用便攜式直流檢測(cè)儀確定回路及其二次線。一般來說，如果是室外故障，那么問題多數(shù)出現(xiàn)在端子箱、匯控柜。在室外排查時(shí)，重點(diǎn)檢查元器件、機(jī)構(gòu)箱、電纜線路等位置，重點(diǎn)查看有沒有出現(xiàn)封堵不嚴(yán)、受潮、漏電、被腐蝕以及其他絕緣度下降現(xiàn)象。增強(qiáng)平時(shí)巡視的端子箱、匯控柜的密封檢查，適時(shí)進(jìn)行灰塵清掃、漏洞封堵，保持箱和柜內(nèi)的干燥、整潔。

5 某110 kV變電站直流接地故障處理過程

110 kV某變電站建成投運(yùn)以來，隨著使用年限的增加，直流系統(tǒng)開始出現(xiàn)各種問題。其中最大問題是直流系統(tǒng)絕緣異常頻發(fā)，往往等二次檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)又復(fù)歸了，這個(gè)問題一直困擾著檢修人員。

某次檢修人員到現(xiàn)場(chǎng)排查直流接地告警缺陷，根據(jù)裝置歷史告警記錄，查找到是主變保護(hù)測(cè)控屏支路，根據(jù)檢修經(jīng)驗(yàn)判斷大概率是主變本體及周圍附屬二次接線絕緣降低。因?yàn)榇藭r(shí)直流接地已經(jīng)復(fù)歸，檢修人員對(duì)主變本體端子箱、有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)箱、中性點(diǎn)刀閘機(jī)構(gòu)箱等檢查是否封堵不嚴(yán)，是否進(jìn)水等，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。在等待一段時(shí)間后，直流系統(tǒng)接地未再發(fā)生，二次人員撤離。

僅過了4個(gè)小時(shí)后，監(jiān)控報(bào)該站直流系統(tǒng)接地，檢修人員重新辦理工作票進(jìn)行檢查消缺，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)檢查絕緣監(jiān)控裝置發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)正接地，接地電阻40 kΩ，負(fù)極對(duì)地絕緣也有降低，對(duì)地電阻160 kΩ，所選支路仍為主變保護(hù)測(cè)控屏支路。為進(jìn)一步確認(rèn)直流系統(tǒng)接地故障點(diǎn)，檢修人員申請(qǐng)停用主變本體測(cè)控裝置、非電量保護(hù)裝置。在得到運(yùn)維人員許可并采取安全措施后，檢修人員首先斷開本體測(cè)控裝置電源，用萬用表測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)直流系統(tǒng)電壓，結(jié)果仍然正極接地；再停用非電量保護(hù)裝置電源時(shí)，測(cè)量直流系統(tǒng)對(duì)地電壓恢復(fù)正常，繼而絕緣監(jiān)控裝置報(bào)警恢復(fù)。但是在投入非電量保護(hù)裝置電源時(shí)，直流系統(tǒng)接地故障未再發(fā)。經(jīng)分析判斷，懷疑非電量回路發(fā)生了高阻接地。為進(jìn)一步確認(rèn)直流系統(tǒng)接地故障位置，從根源上徹底消除安全隱患，檢修人員決定對(duì)主變非電量保護(hù)二次回路進(jìn)行全面的絕緣排查。檢修人員首先將非電量保護(hù)裝置的背部接線拆除，以便同非電量保護(hù)外部二次回路隔離，防止絕緣測(cè)試時(shí)損壞裝置內(nèi)部插件。為了防止絕緣測(cè)試誤加到運(yùn)行回路中，檢修人員選擇在主變本體端子箱測(cè)試非電量保護(hù)回路二次接線絕緣。在用萬用表測(cè)試非電量二次回路無電后，檢修人員用500 V電壓檔對(duì)回路進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有載調(diào)壓油位異?；芈方^緣異常，該遙信公共端對(duì)地電阻只有幾百歐姆，兩副接點(diǎn)的另外兩端對(duì)地電阻在100～200 kΩ之間。在對(duì)其進(jìn)行分段排除檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)有載調(diào)壓油位異?；芈繁倔w端子箱至油位接線盒處之間的絕緣降低。

經(jīng)申請(qǐng)主變停電后，檢修人員最后鎖定有載調(diào)壓油位異常回路本體端子箱至油位接線盒處之間的電纜絕緣降低，檢查發(fā)現(xiàn)電纜線芯在拐彎處因絕緣層受力發(fā)生破損，與外部屏蔽層短接，因?yàn)槠帘螌咏拥剡M(jìn)而導(dǎo)致直流系統(tǒng)接地。更換新電纜，并合理規(guī)劃敷設(shè)路徑，恢復(fù)有載調(diào)壓油位異常二次回路后，用絕緣搖表測(cè)試非電量回路絕緣滿足要求，非電量回路上電后直流系統(tǒng)運(yùn)行正常，未再出現(xiàn)直流接地情況。這是一起典型的室外非金屬性接地故障，接地初始雖有電壓降低，但是接地電阻下降不多，且在投退相關(guān)回路電源后迅速恢復(fù)正常絕緣，直流絕緣檢測(cè)儀未再報(bào)接地，現(xiàn)場(chǎng)人員無法進(jìn)一步核實(shí)確定接地回路。待第二次接地發(fā)生后，作業(yè)人員通過測(cè)試相關(guān)回路絕緣電阻的方法最終確定對(duì)應(yīng)非電量回路，由主變停電敷設(shè)新電纜解決。

6 結(jié)束語

目前，一般通過查閱絕緣監(jiān)控裝置與選線裝置，金屬接地可以準(zhǔn)確找出故障點(diǎn)，而其他的接地故障尤其是非金屬接地等，現(xiàn)在還沒有較快較準(zhǔn)確的查找方式方法。對(duì)于非金屬接地故障，首先要結(jié)合故障告警信號(hào)上送情況，再根據(jù)符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的二次控制回路圖并通過檢修人員手動(dòng)進(jìn)行排查。但是，根據(jù)運(yùn)維檢修經(jīng)驗(yàn)這些報(bào)警信號(hào)往往頻繁上送復(fù)歸，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的檢修人員提出了更高更細(xì)致的要求，檢修人員需要具備豐富的直流消缺經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合相關(guān)儀器儀表的信號(hào)，才能迅速而準(zhǔn)確地排查到故障點(diǎn)。所以要充分利用便攜式直流檢測(cè)儀來進(jìn)行驗(yàn)證和尋找支路中接地回路，根據(jù)圖紙或相關(guān)回路指示信號(hào)逐線細(xì)致排查。直流系統(tǒng)接地的消除工作比較復(fù)雜，只有切實(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行條件和接地情況，靈活地綜合使用不同方法，才能準(zhǔn)確快速地定位故障點(diǎn)以消除缺陷。