張潤澤

（國網(wǎng)陜西省電力有限公司超高壓公司，陜西 西安 710000）

0 引 言

受變電站遺留缺陷、寄生回路、絕緣監(jiān)測裝置精度較低等因素的影響，發(fā)生直流接地故障時，需要花費大量的時間和精力進行故障排查。因此，在直流系統(tǒng)未發(fā)生故障時，對變電站內(nèi)可能存在直流接地隱患的設(shè)備部位采取相應(yīng)的預(yù)防措施顯得尤為重要。

1 直流接地故障產(chǎn)生原因

1.1 環(huán)境濕度變化導(dǎo)致的故障

受氣象濕度增加的影響，直流系統(tǒng)的絕緣性能可能會下降[1]。例如，在雨雪天氣中，戶外機構(gòu)箱和端子箱容易進水或產(chǎn)生凝露，造成直流接地故障。此外，在炎熱的天氣里，原先在戶外機構(gòu)箱、端子箱內(nèi)的積水可能會蒸發(fā)，造成箱體內(nèi)濕度增大，引發(fā)直流接地故障。

1.2 人為因素導(dǎo)致的故障

作業(yè)人員在現(xiàn)場開展繼電保護工作時，誤碰、誤動、誤接線可能會造成直流接地故障[2]。如果作業(yè)人員及時發(fā)現(xiàn)問題或瞬間斷開誤碰的線纜，直流接地故障可能會短時或瞬間復(fù)歸。同時，存在因作業(yè)人員在工作中失誤損壞線纜的情況，當(dāng)時可能無明顯現(xiàn)象，但在長期運行中這些故障可能會發(fā)展，最終導(dǎo)致直流接地故障。

1.3 不穩(wěn)定工況導(dǎo)致的故障

在打開或關(guān)閉保護屏、機構(gòu)箱柜門的過程中，可能會引發(fā)震動，這種震動可能會對線纜的絕緣產(chǎn)生不良影響，從而引發(fā)直流接地故障。此外，斷路器分合閘過程中的劇烈震動、變壓器和電抗器長期的發(fā)熱和震動環(huán)境也可能對線纜絕緣產(chǎn)生不良影響，進一步導(dǎo)致直流接地故障。

2 運行中變電站直流接地故障實例

選取陜西省內(nèi)3 座交流750 kV 在運變電站和1 座交流750 kV 新建變電站作為研究對象，分析這些變電站近3 年間發(fā)生的7 起直流接地故障案例。

2.1 在運變電站直流接地故障與處理

2.1.1 變壓器風(fēng)冷控制柜的直流接地故障

在后臺監(jiān)控系統(tǒng)的警報中，故障段直流母線電壓不平衡，同時該段直流分電屏的某柜支路發(fā)出絕緣下降的告警。直流分電屏絕緣監(jiān)測裝置進一步指出某變壓器風(fēng)冷控制柜電源支路絕緣下降的問題。

現(xiàn)場使用絕緣電阻表檢查該變壓器風(fēng)冷控制柜的風(fēng)冷控制回路，發(fā)現(xiàn)采集油溫負(fù)荷信號的線纜絕緣下降。為解決這一問題，更換備用線纜，直流系統(tǒng)恢復(fù)正常運行，變壓器的冷卻器也恢復(fù)正常運行。

2.1.2 變壓器本體測控端子箱的直流接地故障

在交直流一體化系統(tǒng)中，故障段直流母線出現(xiàn)電壓不平衡和電壓下降的現(xiàn)象。直流分電屏絕緣監(jiān)測裝置進一步報告某變壓器風(fēng)冷控制柜的電源支路絕緣下降。

現(xiàn)場使用絕緣電阻表檢查某變壓器風(fēng)冷控制柜風(fēng)冷控制回路，發(fā)現(xiàn)采集油溫負(fù)荷信號的回路線纜絕緣下降。該電纜通至某臺主變壓器某相本體測控端子箱。為解決這一問題，現(xiàn)場更換備用電纜，直流系統(tǒng)恢復(fù)正常運行，變壓器的冷卻器也恢復(fù)正常運行。

2.1.3 斷路器匯控柜的直流接地故障

在后臺監(jiān)控系統(tǒng)的警報中，直流故障段母線接地，直流Ⅰ段正對地的電阻顯示為0 kΩ?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)某750 kV 斷路器匯控柜端子所接的二次線存在絕緣降低的問題。這條線是該臺斷路器B 相位置信號至第一套非全相繼電器之間的二次線。為解決這一問題，采取摘除本段二次線的故障隔離措施。摘除后，直流系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。

2.1.4 絕緣自行恢復(fù)的直流接地故障

通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)直流一體化電源電壓有偏動作。在后臺檢查中，直流Ⅰ段絕緣監(jiān)測裝置顯示絕緣異常燈亮，并報出故障支路為某斷路器智能終端箱電源一?，F(xiàn)場檢查該智能終端匯控柜，未見滲水、凝露現(xiàn)象，隨后直流系統(tǒng)自行恢復(fù)正常。雖然直流系統(tǒng)的絕緣自行恢復(fù)正常，但仍需深入檢查故障支路，以確保直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.2 新建變電站直流接地故障與處理

2.2.1 站用交流進線柜直流互竄故障

在Ⅰ段和Ⅱ段直流饋線支路上，都出現(xiàn)絕緣下降的總告警。同時，Ⅰ段直流母線發(fā)生互竄告警，被竄入的支路是某站用變保護測控柜的電源[3]。通過圖紙發(fā)現(xiàn)，故障點2 個端子接反?；謴?fù)接線后，直流電源互竄復(fù)歸。排查接地故障的端子對地絕緣為10 kΩ。核對接線圖后確定，本體油位計最高油位采集線的接線破損，導(dǎo)線金屬部分裸露，最終引起絕緣下降。在用絕緣膠帶包裹裸露的導(dǎo)線后，系統(tǒng)對地的絕緣性能恢復(fù)正常。

2.2.2 不間斷電源直流接地故障

在新建變電站調(diào)試驗收期間，不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）主機逆變器出現(xiàn)故障，事故照明主機市電出現(xiàn)故障，直流分屏某支路絕緣下降發(fā)出總告警，并且事故照明逆變器也出現(xiàn)故障。

依次拆除接線，排查至事故照明屏的遙信電纜時，母線電壓和對地絕緣恢復(fù)正常。進一步檢查UPS 故障報警回路端子盒，發(fā)現(xiàn)緊固螺絲過長，穿透塑料絕緣后將銅線與背部裝置金屬板連接，導(dǎo)致電纜頭通過金屬板發(fā)生直流接地。為了解決這一問題，拆除絕緣破損的電纜，使用絕緣膠帶包裹裸露的金屬部分。經(jīng)過處理后，系統(tǒng)對地絕緣恢復(fù)正常。

2.2.3 電容器網(wǎng)門直流接地故障

Ⅰ段直流絕緣故障，Ⅰ段直流母線電壓不平衡，某柜分屏饋線空開絕緣下降。故障點在某主變壓器66 kV 并聯(lián)電容器智能控制柜裝置電源回路。當(dāng)日天氣為大雨，因此判斷是控制柜內(nèi)進水或凝露導(dǎo)致直流接地故障。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)電容器網(wǎng)門行程開關(guān)內(nèi)部進水導(dǎo)致絕緣性能下降。檢測網(wǎng)門行程開關(guān)信號回路總電源接線端子，正極對地電壓為75 V,負(fù)極對地電壓為-154 V。隨后逐級對該信號回路電源出線進行拆除檢查，當(dāng)拆除到某端子排電容器網(wǎng)門電磁鎖行程開關(guān)接線端子時，異常復(fù)歸。

2.3 統(tǒng)計數(shù)據(jù)與分析

在對陜西地區(qū)3 座交流750 kV 在運變電站和1 座交流750 kV 新建變電站直流接地故障進行統(tǒng)計分析后，3 年間3 座750 kV 在運變電站共發(fā)生4 起直流接地故障，新建變電站在基建驗收期間共發(fā)生3 起直流接地故障和1 起Ⅰ、Ⅱ段直流互竄故障。

按照設(shè)備類型，由戶外一次設(shè)備引起的直流接地故障共6 起，其中3 起由主變壓器非電量保護采集油溫、油位信號線引起，2 起由斷路器匯控柜內(nèi)接線引起，1 起由網(wǎng)門行程開關(guān)信號回路進水引起。由二次設(shè)備引起的直流接地故障共2 起。戶外一次設(shè)備暴露在外界復(fù)雜的環(huán)境中，比室內(nèi)設(shè)備更易出現(xiàn)直流接地故障。

風(fēng)冷控制回路采集油溫負(fù)荷信號電纜和本體油位計最高油位采集信號電纜都是從變壓器本體端子箱或匯控柜引出，需要依次穿過電纜溝道、垂直放線槽盒，然后接到變壓器溫度計、變壓器油枕等部位。由于涉及的接線跨度長、彎折多、路徑復(fù)雜，加上槽盒與電纜溝連接處、槽盒與變壓器本體連接處只能使用油泥或防水密封膠進行封堵，存在年久老化的風(fēng)險。在長期運行中，線纜的絕緣外皮可能因機械應(yīng)力而破損。如果封堵處發(fā)生破損并滲水，就可能導(dǎo)致直流接地故障。

斷路器匯控柜、端子箱和機構(gòu)箱內(nèi)易受天氣變化的影響。在潮濕天氣中，柜內(nèi)濕度上升，導(dǎo)致直流系統(tǒng)的絕緣性能下降，從而引發(fā)直流接地故障。而當(dāng)氣溫上升、環(huán)境濕度降低時，系統(tǒng)絕緣性能可能會恢復(fù)。這種間歇性故障給直流接地點的排查帶來很大的麻煩。

在變電站中，網(wǎng)門行程開關(guān)是防誤閉鎖裝置的組成部分，用于防止人員誤入運行中的電氣設(shè)備。該防誤閉鎖裝置通常由信號控制回路、行程開關(guān)以及電磁鎖組成。在設(shè)備帶電且接地刀閘未閉合的情況下，它能夠鎖死網(wǎng)門。然而該系統(tǒng)部件長期暴露在外界環(huán)境中，且缺乏防雨措施，在雨天容易浸水，導(dǎo)致直流接地故障的發(fā)生。

3 直流接地故障預(yù)防策略

3.1 加裝絕緣監(jiān)測裝置

絕緣監(jiān)測裝置能夠在直流接地故障發(fā)生后第一時間發(fā)出告警，并確定故障支路[4]。即使故障支路測算不準(zhǔn)確，也能縮小排查范圍，提高故障處理效率。目前市面上主流的絕緣裝置工作原理基本分為3 類，分別是交流注入直流系統(tǒng)、支路漏電流檢測、投入可變電阻[5]。其中，交流注入直流系統(tǒng)正逐漸被淘汰[6]。

3.2 使用直流接地查找儀

在傳統(tǒng)的直流接地故障排查中，通常使用萬用表和絕緣電阻表進行測量。使用絕緣電阻表時，直流回路必須斷電檢查，導(dǎo)致繼電保護裝置等重要且不可斷電設(shè)備所在的回路無法進行檢測。而萬用表在直流接地故障查找過程中禁止使用電阻檔，只允許使用電壓檔對回路進行檢測，對檢查人員的技術(shù)要求較高。采用與絕緣監(jiān)測裝置原理基本相同的直流接地查找儀，可以加快直流接地故障的排查速度。

3.3 工藝提升和設(shè)備改造

在直流接地故障發(fā)生后，現(xiàn)場人員確定故障由某回路接線破損引起。受到故障處置時限、現(xiàn)場實際接線方式以及運行設(shè)備的限制，通常采用更換備用線纜的方式來解決故障。在更換線纜的過程中，需要先將故障線纜兩端拆除，將線纜端部進行絕緣包扎隔離，然后更換預(yù)先放置的備用線纜。通常專用線纜與備用線纜的放線比例為1 ∶1，但變壓器、電抗器等戶外設(shè)備的通風(fēng)控制系統(tǒng)和非電量保護裝置涉及戶外接線，尤其是涉及線纜從端子箱、機構(gòu)箱中引出接至戶外一次設(shè)備上的直流控制回路與信號回路接線，應(yīng)從基建階段就考慮增加備用線纜敷設(shè)數(shù)量。

在放線工作完成后，應(yīng)對備用線纜采取保護措施并進行標(biāo)示。在更換備用線纜前，應(yīng)使用絕緣電阻表對回路絕緣性能進行檢查。維修工作后，應(yīng)進行相關(guān)標(biāo)示和說明記錄留存，防止后續(xù)故障發(fā)生時無備用線纜更換或錯換為已經(jīng)報廢隔離的故障線纜。

針對變電站網(wǎng)門行程開關(guān)或電磁鎖內(nèi)部進水導(dǎo)致的直流接地故障，尤其是戶外帶電設(shè)備，如站用變電器、低壓電抗器網(wǎng)門等，應(yīng)采取安裝防雨罩等臨時處置措施，并考慮更換更安全的鎖具，防止類似故障再次發(fā)生。

4 結(jié) 論

文章主要分析7 起變電站站用直流系統(tǒng)接地故障案例發(fā)生原因，并制定相應(yīng)的預(yù)防策略，可以為在運變電站直流接地故障排查和新建變電站站用直流系統(tǒng)驗收投運提供技術(shù)支撐。通過采取不同的措施，可以有效減少故障排查過程中的問題，降低成本，適用于不同年限、不同類型的變電站。