淺析變電站直流系統接地故障

張明友

（中國南方電網超高壓輸電公司南寧局，廣西 南寧 530021）

變電站直流系統主要由蓄電池組、充電機、直流主屏、饋線屏、母線電壓與絕緣監視裝置及微機直流監控裝置等組成，為保護、自動裝置、測控裝置、操作回路、事故照明等裝置提供工作電源，其可靠性直接影響變電站的安全穩定運行。直流系統發生一點接地時，通常是可以繼續運行，不會造成什么危害的。 但若發生另一點接地時，就可能會引起保護裝置、自動裝置以及操作回路發生誤動或者拒動、直流電源短路、熔斷器熔斷等嚴重后果。因此，直流接地現象出現后，必須及時消除接地故障，確保變電站直流系統安全穩定地運行。

1 變電站出現直流接地現象的原因

變電站直流系統分布范圍廣，電纜多且長，很容易受到人為、天氣、外部等眾多因素的影響，導致某些元件絕緣降低甚至損毀，進而導致直流系統接地。引發直流系統出現接地故障的原因歸納起來大致有以下四個：

（1）氣候條件。 戶外二次回路設備在大雨、潮濕、重污等惡劣氣候中運行， 戶外設備或端子絕緣嚴重下降， 易誘發直流接地。 如在大雨、大霧天氣，雨水或霧氣進入未密封嚴實的戶外端子箱或機構箱，使二次回路正電源或負電源對地絕緣電阻降低，容易引起接地。

（2）材料問題。 部分二次設備絕緣材料不達標容易出現絕緣問題，或者投入運行時間長了，年久失修產生絕緣老化問題，這些都極易引發接地現象。

（3）設計施工。 電氣設備及二次回路由于設計、安裝、維護、運行不合理，造成直流回路中出現裸線、電纜線頭松動脫落等，引起接地。 如：二次回路電源端接頭不牢固或斷線，設備受到震動或人為誤碰的影響， 造成直流接地故障； 備用電纜芯沒有包好、 墊片或螺桿掉在空開上同時接觸到柜體和任一極時易引起接地； 直流與接地設備之間的絕緣間距由于設計失誤或者在安裝時留出的距離過短， 存在間隙擊穿的可能， 從而造成直流接地。

（4）日常維護。 灰塵沉淀、潮濕時，如果某些接線端子有灰塵，在空氣濕度較大的情況下，絕緣性會降低；小金屬片掉落在元件上或小動物進入直流帶電設備都有可能會造成直流接地，例如某些接線頭、墊圈、螺絲等小零件掉在帶電回路上或壁虎、老鼠等進入帶電回路。

2 變電站直流系統接地的種類

變電站直流系統網絡連接復雜， 根據不同的分類方法，可分為不同的接地情況，比如按極性分為正極和負極接地；按種類分為直接接地（即金屬接地或全接地）和間接接地（即非金屬接地或半接地）；按接地情況分為單點、兩點、多點、環路接地和絕緣接地。 具體的直流接地故障有下面七類：

（1）電纜接地：直流系統回路電纜因老化、損壞等原因接地，包含未拆除的備用電纜芯。

（2）元件接地：直流系統電氣設備元件接地，主要有多個繼電器絕緣降低、壓力表進水、抗干擾電容盒接地等情況。

（3）蓄電池接地：產生的原因是蓄電池長期過充電、過溫，導致殼體膨脹裂開；殼體老化；蓄電池底部微小顆粒在應力的作用下，將蓄電池底部殼體頂壞。

（4）交流竄電接地：交流電源與電壓互感器二次回路電壓源，由于絕緣下降、誤碰、誤接等原因，串入直流系統，造成直流系統接地。

（5）直流互竄接地：直流互竄接地為直流環網故障接地，即兩套獨立運行的直流系統，出現電氣連接現象并接地，稱之為環網接地。

（6）絕緣監測裝置接地：因絕緣監測裝置內部故障，如一側平衡橋斷開、正負極平衡橋全部斷開、平衡橋電阻偏大、切換橋電阻偏小等原因造成絕緣監測裝置接地。

（7）人員因素接地：如錯用萬用表檔位測量壓板電位引起的接地。

3 直流系統接地的危害

變電站直流系統正極接地可能會造成保護誤動，而負極接地則可能造成保護拒動或繼電器被燒壞。 直流系統在發生一點接地的情況下雖可繼續運行，但必須及時處理。 不然的話，倘若發生另一點接地，則可能引起接地短路，造成保護自動裝置、控制回路、開關等設備的誤動或拒動，嚴重時造成保險熔斷，使得整個保護自動裝置、控制回路、開關等設備失去電源，開關誤跳閘或拒動，進而導致設備損壞、事故范圍擴大，威脅電網的安全穩定運行。

圖1 變電站直流系統接地故障示意圖

以上圖為例來簡要說明直流接地的危害：當直流系統正極A 點發生接地時，若此刻B 點或C 點也發生接地，就會使保護誤動作而造成斷路器跳閘；當直流系統負極D 點發生接地時，若此刻C 點或E 點也發生接地，將會使繼電器或跳閘線圈短路，造成保護拒動；當直流系統A 點、D 點同時接地時，正負電可通過大地形成回路，可能造成保險熔斷從而使直流回路失去保護、操作電源。

4 直流系統接地故障的查找與處理

直流接地故障查找可分為接地告警、接地選線及接地定位三部分。接地告警是直流系統最基本的功能，能夠快速準確地反映各類接地故障；接地選線可減少故障的處理時間；接地定位是直流接地故障查找的最終目標。 目前變電站一般均配備有絕緣監測裝置及接地選線裝置，可以進行直流接地的報警及選線，而接地定位一般用便攜式接地檢測設備。 直流系統接地故障出現后，變電站值班人員應快速找出接地點，消除故障并恢復直流系統的正常運行。

4.1 利用絕緣監測裝置進行判斷

直流系統絕緣監測裝置現在得到了普遍的運用，其正常工作時，能夠實現實時監視，并數字化地顯示出直流系統的母線工作電壓、對地絕緣狀況等信息。 當系統發生接地故障時，絕緣監測裝置自動報警并產生低頻直流信號， 對每條直流回路所采集的信號進行分析，判斷出故障線路及接地電阻值，自動完成查找接地支路的選線功能。 最后通過便攜式接地檢測設備進行接地定位，查找出接地故障點。 絕緣監測裝置的優點是可以在不切斷直流系統負荷的情況下進行故障查找， 因此提高了變電站直流系統供電的可靠性。

4.2 利用拉路法進行判斷

對于未安裝多路絕緣監測裝置的直流系統，當出現接地故障后，可通過“拉路”來確定故障接地點。 拉路法是指逐一、分別斷開直流系統中各直流回路開關來確定故障接地點的方法。 當斷開某一直流開關時，若故障消失，說明故障在該直流饋線回路中，繼續運用拉路法往下查找，則可進一步確定故障點在哪一支路當中。具體的查找原則可以歸結為：先戶外設備，后室內設備；先信號、照明回路，后控制、操作回路；先查找有明顯缺陷的回路，后查找正常運行的回路；先查找新投運或備用設備，后查找運行設備。 在斷開運行的直流回路空開后，應立即檢查告警信號情況， 斷開時間不得超過3 秒， 不論直流回路是否接地均應合上。 若斷開的直流回路為保護、自動裝置的電源回路，則有可能使保護、自動裝置因失電而誤動，所以在斷開該類設備的直流電源前應當采取必要的安全措施， 如斷開電源前向調度員申請退出保護、自動裝置等。 若用“拉路法”不能找出接地點，可能是出現了下面幾種情況：（1）接地點可能在直流母線、充電機或蓄電池組上；（2）直流系統采用并聯或環路供電方式，而在拉路之前沒有解列或斷開環路；（3）直流系統存在多點接地的可能；（4）直流回路互竄接地或有寄生回路。

4.3 對非金屬性接地或者非持續性接地的檢查

非金屬性接地或者非持續性接地是直流接地故障中非常難查找的一種情況。 這類故障出現頻繁、持續時間短且裝置難以監測， 運維人員必須密切監視并記錄告警信號出現時的異常狀況，通過記錄下來的異常信號來分析整個直流回路圖。 因此，對于該類故障的查找，最好由有豐富經驗的運維人員主持，其他人員從旁協作。

5 結語

直流系統對于變電站的安全運行極為重要，直流接地故障作為變電站里常見的故障， 必定會對變電站的穩定運行產生影響。 因此正確掌握直流系統接地故障的查找方法尤為重要，系統全面地了解直流系統接地故障形成的原因、種類、危害等相關知識是非常必要的。 作為運維人員， 應不斷提高對直流系統的認識，總結過去排查各類直流接地故障的經驗，正確有效地掌握查找方法，確保設備健康運行，確保電網安全穩定運行。

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