淺談變電站直流系統接地故障的查找

陳億

（常州供電公司 江蘇常州 213000）

摘要：本文首先歸納了變電站直流系統接地故障的常見原因。在此基礎上，提出了查找故障的一般原則和典型方法，并通過一個具體的案例，進一步體現了接地故障處理的一般步驟和各類方法在實際中的應用。

關鍵詞：直流接地；故障查找

0引言

變電站的直流系統在正常情況下為繼電保護、自動裝置、控制信號回路、斷路器操作回路等提供可靠的直流電源；在交流失電的事故情況下，蓄電池仍可保證一定時間的直流供電，同時為不間斷電源（UPS）提供直流電源，保障后臺機等重要交流負荷。但是由于多方面的原因，時有直流系統接地故障的出現，不僅影響了直流系統的絕緣和平衡，甚至有可能引起斷路器誤動或者拒動，因此掌握直流系統接地故障查找的方法，對于變電站的安全運行具有重要作用。

1直流系統接地故障的原因

根據現場常見的直流系統接地情況，將接地故障原因概括為以下幾個方面[1]：

1.1設備絕緣老化

可能是電纜、電氣設備本身質量不佳，如二次回路絕緣材料不合格、絕緣性能低，或存在磨傷、砸傷等損傷缺陷。也可能是電纜年久失修或設備老化，長期運行，電纜、設備絕緣降低，導致半接地或全接地。還有由運行中的擠壓磨損引起的接地，例如當二次線與轉動部件靠在一起時，二次線絕緣皮容易受到轉動部件的磨損；當二次線靠近開關柜門軸時，開關門時也會對絕緣皮造成磨損。

1.2天氣影響

主要針對戶外的二次設備回路，戶外氣候條件往往比較惡劣，易導致端子、設備自身的絕緣性降低，尤其是在雨霧環境中運行時，若端子箱、二次接線盒自身的密封性較差，就會導致雨水和霧氣滲入，從而降低二次回路的正負電源的對地絕緣電阻，進而導致接地故障出現。

1.3設計、施工、操作不規范

設計回路時，未注意到寄生回路或交流竄直流的可能性。例如取用斷路器工作、試驗位置輔助接點時，若選用的S8、S9接點有一個公共端，S9已被工作位置信號回路取用（直流回路），而S8又被用做網門閉鎖回路（交流回路），則交流電有可能通過該公共端竄入直流回路，引起直流系統絕緣降低。

接線松動脫落引起接地。例如接在斷路器機構箱內的二次線，若螺絲未緊固，則在斷路器多次跳合時接線頭容易從端子中滑出，搭在鐵件上引起接地。

拆接電纜不規范引起接地。例如在拆除電纜時，未先拆除電源，沒有確認電纜是否帶電，誤認為電纜芯從端子排上解下來就不帶電，又未做任何絕緣包扎，電纜芯一旦接觸鐵件，就會引發接地。

檢修、運行人員在操作時不細致引起設備接地。例如手車式開關二次插頭插入時，有時會略卡澀，如蠻力插入，有可能引起插針彎倒，如果相鄰的負電針和地針接觸，則直接引起負極死接地。

1.4其他故障引發的直流接地

例如斷路器的合閘線圈引線不良或線圈燒毀后絕緣破壞發生接地。微機保護插件內正負極和地之間并聯抗干擾電容，該電容擊穿時引起直流接地。

2直流系統接地故障的查找

直流接地發生時，如果現場有工作，應當立即停止工作，排查接地發生前所做的操作，確認是否是工作本身引起的。如果有可能是現場施工引起的，應當立即糾正，檢查接地是否恢復，并進一步查找確認。

不論是否是現場工作的原因，查找時，都應做好充分的安全措施，防止引起其他回路的故障。一般的，查找直流系統接地故障時，常用的方法主要是借助于直流系統的絕緣監測裝置和便攜式直流接地故障探測儀進行分析，還可以借鑒拉路法的思路。

2.1 直流在線絕緣監測裝置

安裝在直流屏上的直流在線絕緣監測裝置，可用來監測直流系統正負母線電壓以及直流母線和各支路的對地絕緣情況，有過電壓、欠電壓、接地故障、裝置失電等告警信號。直流系統發生接地時，除了顯示正負母線當前電壓，帶有選線功能的裝置還能自動顯示接地性質（正接地、負接地）、接地回路號、接地電阻值。但是對該支路具體的接地點還無法定位，在實際工作中也發現有時會出現誤選或漏選，其選線的速度和準確性尚待提高。

2.2 便攜式直流接地故障探測儀

便攜式直流接地故障探測儀已經在工作中廣泛應用。該裝置無需斷開直流回路電源，可帶電查找直流接地故障，極大地提高了查找直流接地故障的效率，而且該裝置便于操作，可從電源側起逐級往下測定各分支的對地絕緣，從而將接地故障定位到具體的點。

2.3 拉路法及其衍申

簡單的說，拉路法就是通過對直流系統中各個饋線進行逐個、分別、短時間的切斷，來找出故障點所在的回路。如果某一回路切除后故障信號消失，往往就說明是該饋線回路存在故障，然后對該饋線回路的次級回路按照同樣的方法進行切斷，來判斷故障發生的具體位置[2]。但該方法畢竟涉及到直流負荷的短時失電，尤其是保護裝置應盡量避免失電，再加上現在有便攜式直流接地故障探測儀的幫助，完全可以在不斷直流電的情況下查找接地點，因此拉路法在現場可以盡量避免。

但拉路法的思路在故障排查中仍然具有指導意義，即拆除哪一路時告警消失，問題就很可能出在哪一路。例如在某變電站的接地查找過程中，故障已定位到某信號回路。該點是消弧線圈屏上信號的公共端，即端子排外側是編號為800的一根電纜，從公用測控屏取得電源，而內側是五根被短接片短接的線，即五個信號硬接點并在一起的一端。為找出究竟是哪一路信號存在接地，考慮到值班員在現場，信號回路可以短時退出，故逐根拆除內側配線，拆至對應“綜合報警”信號的時候，告警消失，后經進一步確認，接地確實發生在該回路。

3直流系統接地故障查找案例

某日，接到運維班報告，某110kV變電站直流系統發生接地報警，一直未復歸。且自前幾日安裝好直流系統防雷裝置后，還發生過兩次間歇性直流接地報警，但短時間內都自動恢復正常。endprint

搶修人員到達現場后，查看絕緣監測裝置（不具備接地選線功能），發現此次直流系統接地故障，正對地殘壓為10.9V（理論值為55V），負對地電壓為-99.1V（理論值為-55V），接地總阻抗為34kΩ。初步判斷，此次直流接地故障為直流正極回路絕緣不良導致，并非金屬性接地。

搶修人員與現場值班人員通過對近幾日幾次直流接地發生的時間節點進行分析，認為接地很有可能是因為防雷設備的安裝不規范引起的。為了驗證此點，在保證安全且不影響系統運行的情況下，首先將供給充電模塊的兩路交流進線上的防雷裝置的空開和直流系統上的所有防雷設備的空開拉開，如圖1所示，但直流接地現象并未消失。上述方式只能夠排除圖1所示粗線部分的影響，不能確定接地點是否在防雷設備空開與交、直流系統之間的連線上（細線部分）。為了完全排除防雷設備及相關電纜的影響，又將連接交、直流系統與所有防雷設備的電纜線從端子排上脫開（如×標示），但接地故障依舊存在。由此可以斷定接地故障并非防雷設備引起，而是直流系統本身發生了接地故障。

于是搶修人員采用直流接地故障探測儀從母線開始，依次查找每一路出線是否接地。在直流屏測量時，直流出去的每一路饋線回路均未探測到接地現象，但在1號主變保護屏的直流電源進線處探測時，儀器顯示有接地。為了完全確定故障線路，搶修人員針對該路直流電源進線又反復進行了幾次測量，結果卻顯示為時而接地時而非接地。

通過對直流接地故障探測儀的工作原理進行分析，搶修人員判斷該110kV變電站的直流系統，除了自身系統對地經過大電阻接地和故障點接地外，應該還有一處經過較大電阻接地的接地點，以至于直流接地探測裝置產生的低頻電流并不完全從故障接地點流出，而被另一處經較大電阻接地的接地點分流，因而直流接地探測儀不能靈敏地探測出故障接地點所在的出線。其原理如圖2所示。直流接地探測儀低頻信號發生器產生的低頻電流為I1，但因有I3的分流，實際探測到的為I2，小于I1，所以不能靈敏反應故障線路。

進一步分析現場直流設備后，搶修人員認為造成直流接地探測儀不能靈敏反應故障線路的，很可能是絕緣監測裝置，是它對直流接地探測儀低頻信號發生器產生的低頻電流進行了分流。在得到運行人員的認可后，搶修人員將絕緣監測裝置退出運行，又對1號主變保護屏的直流電源進線進行了多次探測，儀器均顯示接地。于是，搶修人員根據儀器的指示方向，順藤摸瓜，最終將故障點鎖定在戶外1號主變端子箱到有載重瓦斯繼電器的一段回路上。儀器顯示該段線路對地電阻為6.7 kΩ，而與之相鄰的對等回路對地電阻為 999.9kΩ。在做好充分的安全措施后，短時間拆開故障線路，用萬用表測得故障線拆開前后，直流正對地電壓分別為2.361V和56.30V。

由于這一段回路布置在變壓器本體上，相鄰還有變壓器本體重瓦斯保護信號回路，且變壓器還在運行中，故需要停電處理。停電后，在變壓器班的配合下，最終確定有載重瓦斯繼電器內部干簧管破裂，同時有載重瓦斯繼電器所處的油環境內部含有較多的水分，使得節點對地絕緣降低，最終導致直流接地故障。

4結束語

變電站直流系統接地故障的查找，應在保證安全的前提下，采取規范的操作。借助于絕緣監測裝置、直流接地故障探測儀等設備，可在一定程度上減輕查找負擔，而要進一步提高查找的準確度和效率，不僅需要知曉直流接地常見的原因、熟練掌握查找的思路，更需要在實際工作中不斷積累經驗。同時，必須加強日常對直流系統的檢查與維護，定期對直流系統的絕緣進行檢測，保障變電站直流系統安全穩定的運行。

參考文獻：

[1] 侯緒東.淺析變電站直流系統接地故障的原因.電力訊息. 2015年10月下

[2] 王瑩，楊磊，王靜，劉彬.淺析變電站直流系統接地故障處理.低碳世界.2015年12月endprint