變電站直流系統接地故障查找方法評述

梁永欣，田志瑞，范艷芳

（晉城供電分公司，山西 晉城 048000）

1 引言

目前，中、大型變電站的控制回路、繼電保護裝置及其出口回路、信號回路，皆采用由直流電源供電。對上述回路及裝置供電的系統稱之為直流系統。[1]為確保變電站的安全穩定運行，完善而可靠的直流系統非常必要。但由于被操作和被保護的主設備眾多，直流系統分布面廣，幾乎遍布變電站的各個角落，在長期運行中因環境氣候的變化、電纜絕緣的老化以及所接設備本身的問題等，會不可避免的發生直流系統接地。而直流供電網絡由于分支多、聯接設備多等因素，客觀上增加了查找接地故障的難度，加之有關直流接地的資料、文獻等有限，目前為止，還沒有系統、全面介紹直流接地方面的書籍，直流接地故障大都憑借個人經驗來處理，不同人員處理的時間、結果相差很大，有的甚至還處理不了。因此，查找直流接地成為困擾運行維護人員的一大難題。

一般來說，直流系統一點接地故障，不會引起嚴重的后果，但要求運行維護人員及時處理，以免發生兩點或兩點以上接地故障。發生多點接地，可能導致保護裝置的誤動或拒動，影響電力系統的安全穩定運行。更為嚴重的是，兩極都發生接地故障，可能使直流系統的母線發生短路，燒毀供電電源和供電網絡。

文中首先簡要闡述了變電站直流系統的構成、工作原理以及接地故障，然后在此基礎上，較詳細地評述了目前查找直流系統接地的方法，以期與同行商榷，達到提高故障處理的速度，減少保護、控制回路誤動或拒動的目的。

2 變電站直流系統及其接地故障

變電站的直流系統，主要由直流電源、直流母線及直流饋線、空氣開關以及接地保護用的直流絕緣檢測裝置、負載等組成，其接線簡圖見圖1。

由圖可知，直流電源包括蓄電池和充電裝置，蓄電池的輸出與充電裝置的輸出并接在直流母線上。直流母線匯集直流電源輸出的電能，并通過各直流饋線輸送到各直流回路及其他直流負載。為了在直流系統某一支路發生短路故障時，能快速而有選擇性地切除故障饋線，使用具有切斷直流負載能力的、不帶熱保護的小空氣開關。為了在直流系統對地絕緣嚴重降低或出現一點接地后能及時處理，設置直流系統對地絕緣的檢測裝置。直流絕緣檢測裝置是根據電橋平衡原理構成的，其檢測原理見圖2，簡述如下：正常工況下，直流系統正、負兩極對地的絕緣電阻相等，由于裝置內正、負極橋電阻相等，因此由構成的四臂電橋中，滿足電橋平衡條件。當某一極對地的絕緣電阻下降或直接接地時，電橋平衡被破壞。注意到絕緣檢測裝置的電壓表及信號繼電器的一段是接地的，就使得直流系統通過該儀表及信號繼電器與大地連接。實際上，變電站的直流系統是經高阻接地的接地系統。

圖1 直流系統接線簡圖

圖2 直流絕緣檢測裝置原理圖

由上述直流系統絕緣檢測裝置的原理，可以得出直流系統發生一點接地故障時的現象：接地極對地電壓降低，而非接地極對地電壓升高。國家電網公司《直流電源系統運行規范》第28條對接地故障作出了規定：220 V直流系統兩極對地電壓絕對值差超過40 V或絕緣降低到25 kΩ以下，48 V直流系統任一極對地電壓有明顯變化時，應視為直流系統接地。直流系統接地后，應立即查明原因，根據接地選線裝置指示或當日工作情況、天氣和直流系統絕緣狀況，找出接地故障點，并盡快消除[2]。

3 直流系統接地故障查找方法

如前所述，直流系統在發生接地故障后，直流檢測裝置發告警信號。運行維護人員到現場后，應盡快確定直流系統發生接地的位置，才能予以消除，因此，如何快速準確的查找接地故障的具體位置，是接地故障處理成功與否的關鍵。

目前，根據查找直流接地點的方式不同，直流系統接地故障的查找方法主要有以下3種。

3.1 拉路法

既然負載通過直流饋線獲得電能，人們很自然地想到依次短時切斷直流系統中各直流饋線來確定接地點，即所謂的“拉路法”。這是電力系統查直流接地故障一直沿用的1個簡單方法，在發現直流系統接地后，先斷開某一直流饋線，觀察直流接地現象是否消失，若接地現象消失，說明接地點在被拉饋線回路中，如果接地現象未消失，立即恢復對該饋線的供電，再斷開另1條饋線進行檢查，直至確定出接地點的所在饋線。

用拉路法查找接地時，一般先從信號回路、照明回路查起，再查操作回路、保護回路。因此，拉路法受現場實際條件的影響較大，如有的變電站由于施工和改造中遺留的種種問題，使信號回路、控制回路和保護回路沒有嚴格區分，有的還形成一些非正常的閉環回路，增大了拉路法查找接地故障的難度。在下雨導致全直流系統對地絕緣降低時，拉路法甚至失效?，F場往往還需要根據運行方式、天氣狀況判斷接地點可能所在的范圍，在盡量少拉路的情況下迅速確定接地位置并予以消除，而這取決于運行維護人員對現場的熟悉程度和自身的技術水平、經驗等。另外，在所拉回路中接有輸電線路的縱聯保護裝置時，拉路前還需要與調度員聯系，同時退出線路兩側的縱聯保護，而這有時是不被允許的。

綜上，雖然拉路法有簡單直接的優點，但由于受現場實際以及運行維護人員自身工作經驗的影響較大，再加上實際的直流系統越來越復雜，饋線層層分布，在實際中僅依靠拉路法來查找直流接地顯然是不可取的。

3.2 在線檢測法

目前直流系統的絕緣檢測主要采用微機型直流電源檢測裝置，不但可以監測全直流系統對地絕緣狀況，還可以判斷出接地的極性，檢測出具體發生接地的直流饋線。該裝置內部有一低頻電壓信號發生器，該信號發生器產生的低頻電壓加在直流母線與地之間。當直流系統中某一饋線回路出現接地故障時，該饋線上將流過一低頻電流信號。該低頻電流信號經電流互感器傳遞給檢測儀，經計算判斷出接地饋線及接地電阻的大小。

與拉路法相比，在線檢測法的優點在于無需斷電就可以將故障定位到具體的直流饋線回路，可節省大量時間，提高了故障處理速度，但在線檢測法也存在明顯的缺陷。

文獻[3]提出了目前在線檢測裝置存在的問題：①產品的技術指標參數不夠好，如選線靈敏度太低、抗分布電容能力不夠等。②運行維護不到位，如互感器的零點發生漂移，沒有定期校驗，選線電阻門坎值設置不合適等。③直流供電網絡接線不合理，如雙回路、多分支等。由于上述問題的存在，導致了檢測裝置存在誤報或漏報，這使得運行維護人員對檢測裝置不信任，甚至不去查看裝置的選線情況，因此，不能充分發揮其應有的作用。

另外，在線檢測法只能檢測到發生接地的直流饋線，而具體接地點仍需現場運行維護人員去查找。如有些變電站的直流饋線層次較多，而在線檢測裝置只能將故障定位到首層。針對這一問題，近年來開始出現便攜式的直流接地故障定位裝置，該裝置可以帶電查找直流接地，而且可以將接地故障定位到具體的點。目前生產此類產品的廠家較多，但同樣存在檢測精度不高、抗分布電容干擾差、誤報較多的問題。

3.3 自動隔離定位法

隔離定位法是在變電站有兩個及以上直流電源的條件下，將發生接地的直流系統各個饋線支路逐回切換到另一電壓相同的正常直流系統，通過觀察接地是否轉移來判斷該饋線支路是否接地[4]。這種方法其實是拉路法的延伸，主要優點在于查找接地過程中能保持各直流饋線支路不斷電，特別適用于多支路同時接地的情況。

鑒于隔離定位法與拉路法一樣操作繁瑣，文獻[5]介紹了1種接地故障自動隔離定位的方法。該方法能在不斷電的情況下，利用直流屏現有資源實現接地電阻的實時監測，并實現多故障點的自動定位，并能對故障點進行隔離。其具體做法簡述如下：首先是另配備一獨立隔離電源，系統中每一饋線支路能在原電源與獨立隔離電源之間切換。配置監控中心，利用在線監測法的原理，當某一或多個饋線支路發生接地故障時，通過電源切換，有序隔離可能發生故障的支路。當某一支路切換到隔離電源后，整個直流系統工作正常表明該支路是唯一故障支路，反之還存在其他故障點。如果在饋線支路上設置電源切換點，可將支路進一步分段，能將故障點定位到該支路中的較小范圍。

由上述過程可以看出，自動隔離定位法將拉路法與在線檢測法有機地結合起來，既縮短了直流接地查找的時間，又實現了故障的不斷電定位，使得接地故障的查找實現了自動化，減少了因直流接地產生的影響，這也是前兩種方法所無法比擬的。另外，自動隔離定位法對多饋線支路同時接地的故障有很好的排查能力，解決了多年來傳統方法對多點接地故障查找困難的技術難題。但同時也應注意到，由于利用了在線檢測的原理，該方法同樣存在誤報以及抗分布電容干擾差的缺點。

4 結束語

本文評述了目前有關直流接地故障查找的3種方法，每種方法有各自的特點和適用場合，應根據現場實際并結合起來使用。但就實現自動化查找以及縮短故障時間來說，自動隔離定位法顯然優于拉路法和在線檢測法。究其原因，自動隔離定位法的提出得益于將傳統方法有機結合起來。另外，值得注意的是，直流系統在線檢測裝置的正確選線率還有待提高，應進一步從原理上完善裝置性能，從而提高選線靈敏度和抗分布電容的能力，最終實現直流接地故障快速、準確的自動隔離。

1 國家電力調度通信中心編著.國家電網公司繼電保護培訓教材（下冊）[M].北京：中國電力出版社，2009

2 國家電網公司人力資源部組編.直流設備檢修[M].北京：中國電力出版社，2010

3 尹星光、何銘寧、徐玉鳳等.直流接地巡檢裝置誤、漏選線問題分析[J].繼電器，2008（10）：83～85

4 王柯、韓高飛、楊志義.直流系統接地故障的形成與處理[J].中國電力教育，2010（35）：262～264

5 蔡駿峰.解決直流接地故障的新思路[J].湖北電力，2011（1）：5～6