變電站直流系統接地若干問題的研究

廣東電網公司江門供電局 趙立文

變電站直流系統接地若干問題的研究

廣東電網公司江門供電局 趙立文

直流系統是變電站的能源的主要供應系統，在其中擔當著十分重要的角色。直流系統的故障可能會引發整個電站的崩潰，筆者通過對直流系統接地引起的故障分析以及相關解決方案制定的討論，供該行業借鑒。

直流系統；接地；危害；方案

1.引言

在現代變電站中，由于工作負荷量大，往往會存在直流系統運行不穩定的問題。在這種不穩定的因素干擾下，直流系用接地引發的故障為其中的典型，需要建立科學流程分析解決。

2.變電站直流系統接地的概述

2.1 直流系統接地的簡介

由于電力系統變電站內交直流存在著正負極的區別，其與交流電源對于接地存在著明顯不同，目前的變電站及發電廠內所有設備都是交流電源進行供能的，因此，它們都需要進行嚴格的接地處理，也就是將外殼和地進行牢固連接，還要保證讓它處于比較低阻抗的狀態之下。直流系統同時也存在接地問題，但不是實際的接地而是中性點的接地問題，如果直流電源對地間的阻抗降低到很低水平，就會導致接地故障的產生。在直流系統中存在很多支路，其線路在運行的過程中會受到很多種不同因素影響，普遍存在老化及元器損壞的諸多問題，并且這些問題的產生會直接導致絕緣層進入薄弱狀態或是受到破壞發生漏電，產生了直流接地的故障。隨著直流系統的運行，其接地的故障發生的機率也就會變大。

在一般的直流系統接地問題都是由于電氣設備老化以及不合理的養護造成的，主要分為三種類型，如表1所示。

表1 直流系統接地的幾種類型及其主要表現

2.2 產生直流系統接地的原因

現代變電站的直流系統是比較復雜的電力系統。與其鏈接的電力設備是多種多樣，從而產生更多的回路，長時間的工作運轉往往會受外部的自然條件，如氣候與溫度，以及電氣設備的各因素影響，電氣設備以及各個接口的老化、變脆、扭曲以及破損，此外，由于各個裝置自身的質量高低都會導致系統接地事故的發生，尤其是在特殊的地理環境，如施工工地、設備的檢修與改造等，一系列的施工或檢修問題都可能會造成直流系統的接地，特別是使用時間長并且容易老化的直流系統由于設備改造影響，往往會有接地事故的發生。

2.3 直流系統接地事故的判斷

在直流系統中，如果其中的一點失去同大地間的絕緣，或這樣的絕緣能力已經降至不達標的范圍，就會出現接地的事故。直流系統的接地故障可以依據電力系統的兩極（正、負極）來判斷，其主要方法如下：

(1)如果在接地是在正極處發生的，就為正極接地故障；

(2)與上述相反就為負極接地引發的故障；

(3)如果該直流系統的正負兩極都出現接地事故，那就為兩極接地的故障。

2.4 不同類別接地事故的危害

由于接地事故的類別不同，其事故帶來的危害也是不一樣的，上述的三種接地事故各自會產生不同的后果。

(1)正極接地事故所造成危害最嚴重是會導致保護設備及自動設備的非正常運行，發生誤動的現象，由于一般跳合閘和繼電器接口都是同一電源負極相接，如果正極出現接地的故障就會導致自動設備裝置的運行不正常。如圖1所示，如果A、B兩點接地或A、C兩點接地，或A、D兩點接地，兩處出現接地時就會使跳閘線圈TQ有電流流過，促使斷路器發生不正常跳閘。根據設備運行實踐看，當站內直流系統的對地電容較大，且斷路器線圈的動作電壓足較低時，跳合閘線圈前的回路一點接地，也會造成斷器器的誤跳或誤合。

(2)負極接地事故會導致電力的保護設備及自動設備的功能完全喪失，導致保護設備拒動。

由于負極接地時會造成繼電器的短接，此時繼電器會處于短路的停滯情況，其次，由于發生回路短路，整個系統承受超額的電流，這樣就損壞了繼電器，保護設備會因此喪失保護的功能。如圖1所示，當C、E兩點接地、或B、E兩點接地、或D、E兩點接地出現接地事故，KM繼電器或跳閘線圈TQ就會被短接，無法發揮保護的功能，還可能導致直流電源開關跳閘。此外，當有電氣設備故障時，可能會造成斷路器的拒動，造成越級的跳閘事故。

(3)兩級接地事故是最嚴重的接地故障，必須要嚴格防范。如果直流系統處于兩極接地狀時就會引起直流電流開關跳閘的問題，如圖1所示，當A、E兩點接地時，將造成直流電流開關跳閘，也可能會造成蓄電池損壞，同時也可能會發生爆炸事故。

3.結合案例分析遇到直流系統接地問題的解決方案

3.1 案例事故

2013年10月20日臺山站在進行#1主變倒閘操作，將#1主變變中由1M運行轉至2M運行后，發現#1主變保護報中壓側PT斷線,引發保護裝置電壓采樣故障。繼保人員到達現場后，開始查看問題并分析解決。

3.2 解決方案的分步實施

3.2.1 人工初步查看事故問題的發生原因

在人工查看時，如果沒有接地的探測設備，可以采用傳統的拉刀閘、取下保險、斷開端子以及搖絕緣的方法來尋找故障緣由。在本案例中，初步查看發現，正電位201對地電壓達+220V，(正常應該+110V)，切換后接點265對地電位在0V至幾十伏間飄動，此時，直流系統無報直流接地情況。所以基本確定故障是由于直流系統跨接所致，且為第一種正電接地情況。

此外，還要考察是否為保護裝置的本身故障所致。本次查看是采用斷端子的方法，先斷開主變保護電壓切換后接線265，用短接線短接端子61及端子70后，#1主變保護中壓側PT斷線消失，電壓恢復正常。至此，可以判斷切換裝置無故障，故障在保護屏端子排之后的回路。后接點與端子序號如圖2所示。

圖1 斷路器的跳閘回路簡化圖

圖2 故障中直流接地系統的分析

3.2.2 嚴格分析直流系統的運行問題

在分析直流系統問題時，先要明白該系統的運行方式。常見的直流系統運行方式一般可以分為四種。

(1)第一種方式是充電裝置以及母線之間對應運行， 即支路1充電裝置運行的位置為第一段母線，而支路2裝置運行位置就為第二段的母線，如圖3所示。母線分段開關就為分閘的位置，該方式可讓兩段母線上負荷均勻。[2]

(2)第二種方式是只有一組蓄電池在母線上運行，此時母線的分段開關變成合閘的位置，任可使兩段母線直流負荷保持均勻的分布。

(3)第三種方式是將正常運行的母線充電裝置或蓄電池組放置在該母線上，母線分段開關需要設置在分閘的位置，負荷應該要分布在該母線部分。

(4)第四種方式是將蓄電池和充電裝置組分別放置在不同的母線上進行運轉，并將母線分段開關設置在合閘的位置， 這樣直流負荷就可在兩段母線上均勻分布。

圖3 直流系統運行方式的分析圖

綜合上述的信息，對系統運行進行詳細地考察。將主變保護屏中的#1主變保護電壓切換回路及PT并列屏電壓切換回路至2DL端子箱都是經由電纜1B162，主變保護的2M切換回路取1號芯和10號芯，PT并列屏2M切換回路取3號芯和2號芯，在#1主變的2DL端子箱中，電纜1B162的1號芯、10號芯及3號芯、2號芯相接的是電纜1B305(5)的1號芯、4號芯及3號芯、2號芯。在#1主變11012刀閘機構箱中檢查發現，電纜1B305(5)的1號芯和4號芯并不是取一副接點，1號芯和2號芯一副接點，3號芯和4號芯一副接點。

檢查結果已經明確，現場接線的錯誤導致在合上#1主變2M側11012刀閘后使兩套直流系統跨接導致直流系統不正常，影響電壓切換裝置正常工作。

圖4 解決方案中的系統分析

3.2.3 根據準確故障原因制定解決措施在本案例中，依據現場分析結果，決定將#1主變2DL端子箱電纜1B305(5)的2號芯及4號芯位置對調，如圖4所示。對調后接上拆除的接線并檢查直流系統電壓。必須要檢查到電壓正常，且沒有出現電壓的飄動或系統報直流接地情況才算合格。在接線全部恢復后，檢查保護電壓及PT切換屏電壓正常，電壓正常就表明問題已經解決。

4.總結

直流系統是現代變電站的主要供能系統，由于二次回路接線復雜、現場施工及驗收不規范等因素影響，對直流系統存在著一定的隱患。面對突發的直流系統接地事故，檢修人員需要嚴格考察故障原因，排查各種設備及回路接線的影響，并建立合理的解決方案進行處理，對設備驗收必須嚴格把關，才能有效提高電力系統的安全性。

[1]曾雙成.變電站直流接地故障探討[J].中國新技術新產品,2012(02):189-193.

[2]田綱.論對于變電運行設備的維護技術的分析[J].民營科技,2013(01):63-65.

[3]國家電力調度通信中心.繼電保護培訓教材[M].