變電站直流系統(tǒng)接地故障分析

張永生，胡旭東，王 偉，潘曉明，周陳斌

(蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215004)

變電站直流系統(tǒng)是變電站內(nèi)所有繼電保護(hù)、自動(dòng)化裝置、二次控制回路、斷路器分合閘機(jī)構(gòu)、事故照明等設(shè)備的工作電源，并保證在交流失電狀態(tài)下不間斷的供電。由于變電站直流系統(tǒng)對(duì)變電站的安全可靠運(yùn)行起著非常重要的作用，被稱為變電站的心臟。因此，直流系統(tǒng)發(fā)生故障將對(duì)變電站的安全運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。變電站直流系統(tǒng)主要由蓄電池組、充電機(jī)和直流饋線屏及饋線3部分組成。直流系統(tǒng)故障大多為直流系統(tǒng)內(nèi)部一點(diǎn)接地。在發(fā)生故障后，應(yīng)立即找出接地故障點(diǎn)，并盡快消除，否則可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

1 直流系統(tǒng)接地的危害

變電站直流系統(tǒng)一般采用懸浮供電方式，電源正負(fù)極均不直接接地，這樣當(dāng)直流電源某一極接地時(shí)一般不會(huì)立即發(fā)生短路現(xiàn)象。但由于DC/DC開(kāi)關(guān)電源的大量應(yīng)用，其EMI抗干擾措施使用了大量的電容，使得直流母線對(duì)地電容過(guò)大，即圖1中C+和C-較大。因此，若K2點(diǎn)發(fā)生接地故障，直流系統(tǒng)中的對(duì)地電容C+和C-有可能對(duì)出口繼電器TQ進(jìn)行充放電，出現(xiàn)電流沖擊而造成保護(hù)裝置誤動(dòng)。當(dāng)繼電器內(nèi)阻大、動(dòng)作時(shí)間快、動(dòng)作電壓低、電源負(fù)極對(duì)地電壓較高時(shí)，一點(diǎn)接地更容易造成保護(hù)裝置誤動(dòng)。因此，發(fā)生直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地故障時(shí)，必須防止發(fā)生兩點(diǎn)接地或保護(hù)裝置誤動(dòng)。

如果直流系統(tǒng)已有一點(diǎn)接地時(shí)再發(fā)生另一點(diǎn)接地，則容易產(chǎn)生寄生回路，造成直流電源短路、保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，從而嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。如圖1所示，若K1和K2點(diǎn)同時(shí)接地，保護(hù)跳閘出口繼電器TQ將動(dòng)作，從而造成保護(hù)誤動(dòng)；若K1和K3點(diǎn)同時(shí)接地，則會(huì)造成電源短路；若K2和K3點(diǎn)同時(shí)接地，即使保護(hù)動(dòng)作跳閘，但是TQ被K2和K3點(diǎn)短路，TQ無(wú)法動(dòng)作，從而造成保護(hù)拒動(dòng)。因此，直流系統(tǒng)均安裝了直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置，在一點(diǎn)接地時(shí)裝置發(fā)出直流電源接地故障報(bào)警信號(hào)。工作人員在收到直流電源接地報(bào)警時(shí)必須及時(shí)處理接地故障，防止故障擴(kuò)大。

2 直流系統(tǒng)接地原因分析

由于變電站直流系統(tǒng)分布范圍廣，各部分運(yùn)行環(huán)境不同，所以引起直流系統(tǒng)接地的原因是多方面的，主要有以下幾個(gè)。

(1) 直流系統(tǒng)絕緣老化。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，直流系統(tǒng)受灰塵、潮濕或各種腐蝕性氣體的腐蝕，某些元件的絕緣性能降低，從而發(fā)展為接地故障。

(2) 天氣的影響。雨、霧、雪等天氣可能造成直流系統(tǒng)受潮，某些電纜甚至?xí)菰谒校鼓承┎课坏慕^緣性能下降，造成接地故障。

(3) 工作人員操作不當(dāng)。由于二次回路經(jīng)常有各種施工，工作人員在施工過(guò)程中可能留下導(dǎo)線接頭、螺絲、墊圈等雜物，這些雜物容易造成直流系統(tǒng)金屬性接地。另外，檢修過(guò)程中檢修人員接錯(cuò)電纜芯號(hào)、誤碰帶電部位等也易造成直流系統(tǒng)接地。

(4) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理。當(dāng)直流系統(tǒng)中蓄電池電壓巡檢設(shè)備、絕緣監(jiān)察設(shè)備、端子箱、機(jī)構(gòu)箱等設(shè)計(jì)不合理時(shí)，在受到震動(dòng)、機(jī)械力等作用下容易造成直流系統(tǒng)接地。

3 直流系統(tǒng)接地排查方法

由于直流系統(tǒng)接地的原因復(fù)雜多樣，很難直接判斷是何處接地，因此必須根據(jù)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況盡量縮小查找范圍，最終準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。

直流系統(tǒng)接地故障排查的一般原則如下。

(1) 嚴(yán)禁故障擴(kuò)大化。排查故障過(guò)程中，嚴(yán)禁二次回路有人工作，防止造成直流短路或另一點(diǎn)接地。

(2) 縮小故障查找范圍。在查找接地點(diǎn)范圍時(shí)，應(yīng)先考慮室外因素，再考慮室內(nèi)因素。在檢查回路時(shí)，應(yīng)先檢查對(duì)安全影響較小的信號(hào)回路，再檢查對(duì)安全影響較大的控制回路。采用拉回路的方法檢查時(shí)，要先拉次要回路，再拉重要回路。

故障排查時(shí)一般采取如下步驟。

(1) 分析運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)情況。故障排查時(shí)首先要考慮接地故障時(shí)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。如果故障時(shí)是陰雨天氣，主要考慮戶外裝置是否因受潮使絕緣降低造成接地；如果有人員在二次回路工作或有設(shè)備檢修試驗(yàn)工作，應(yīng)主要考慮是否是人為失誤造成接地。

(2) 查看絕緣監(jiān)察裝置報(bào)警信號(hào)。根據(jù)報(bào)警信號(hào)確定接地發(fā)生在哪一條母線上或哪一條饋線上。對(duì)于饋線接地，絕緣監(jiān)察裝置能夠準(zhǔn)確判斷；對(duì)于蓄電池、直流母線、充電機(jī)3個(gè)部位，絕緣監(jiān)察裝置是無(wú)法檢測(cè)的。在沒(méi)有明確結(jié)論的情況下，可以將母線分段開(kāi)關(guān)拉開(kāi)或閉合退出一組蓄電池，以縮小接地故障的查找范圍，此時(shí)要注意監(jiān)視“直流母線接地”信號(hào)是否消失，同時(shí)測(cè)量該段直流母線對(duì)地電壓。

(3) 瞬時(shí)停電查找接地點(diǎn)。如果使用上述2種方法都不能找到接地點(diǎn)時(shí)，就只能采取瞬時(shí)停電的方法。其原則是先停與繼電保護(hù)無(wú)關(guān)、不影響電網(wǎng)跳閘的設(shè)備，再停繼電保護(hù)設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，一般順序?yàn)椋和Ｒ垭娫础⒃囼?yàn)電源、備用電源、事故照明電源、繼電保護(hù)信號(hào)電源、中央信號(hào)電源、繼電保護(hù)設(shè)備電源等。

4 案例分析

2011年8月，蘇州某220 kV變電站發(fā)生直流接地故障。由于故障當(dāng)日曾下雨，所以初步判斷故障是由于戶外裝置受潮使絕緣降低造成的。查看絕緣監(jiān)察裝置，報(bào)告顯示：110 kV測(cè)控環(huán)路電源正極對(duì)地電壓為10 V，正極對(duì)地電阻為0，負(fù)極對(duì)地電阻為99 kΩ。這說(shuō)明110 kV測(cè)控環(huán)路電源正極接地故障。由于該站絕緣監(jiān)察裝置未安裝支路檢測(cè)互感器，故不能確定是哪條110 kV測(cè)控電源發(fā)生接地故障。

因此，只能采用瞬時(shí)停電法查找具體接地點(diǎn)。當(dāng)斷開(kāi)17A9線遙信電源后，測(cè)量得直流正極對(duì)地電壓為105 V，負(fù)極對(duì)地電壓為115 V，電壓恢復(fù)正常，同時(shí)直流接地報(bào)警信號(hào)消失，這說(shuō)明是17A9線測(cè)控電源正極接地。打開(kāi)17A9線路間隔戶外端子箱發(fā)現(xiàn)，其線路側(cè)接地刀閘機(jī)構(gòu)箱進(jìn)水。于是將該接地刀閘直流電源線拆除，恢復(fù)17A9線路間隔直流電源，不再有直流接地現(xiàn)象。這樣就確定了17A9線線路側(cè)接地刀閘端子箱受潮造成直流接地。隨后，將該端子箱內(nèi)部端子及導(dǎo)線烘干后恢復(fù)送電，一切恢復(fù)正常。

5 結(jié)束語(yǔ)

變電站直流系統(tǒng)接地故障嚴(yán)重影響變電站的正常運(yùn)行，但在了解直流系統(tǒng)接地主要原因的基礎(chǔ)上，按照一定得查找原則及方法，可以縮小故障點(diǎn)的查找范圍，快速而準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)。

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