變電站直流系統接地故障研究及處理

李華 趙忠梅 王洪彬

摘 要：變電站是電網系統的基礎和重要組成部分，變電站的核心是DC供電系統，直流接地是系統中一種常見故障。一旦發生接地故障，操作維護人員需要快速準確地定位故障點，及時排除故障，確保電網安全。本文設計一種接地故障模擬箱，方便變電站運維人員進行學習和訓練。

關鍵詞：變電站;接地故障;直流系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.138

0 前言

近幾年，隨著國家經濟的發展，國家電網規模迅速擴張，每年有幾百座變電站進行改造，一千多座新電站投入建設。直流電源系統是變電站中的核心電源，給變電站內各種設備和采集裝置以及開關控制機構提供電源，在變電站斷電的事故發生后提供應急備用電源。因為直流電源系統結構復雜，所接設備繁多等原因，容易產生接地等故障，因此加強變電站運行維護人員對變電站直流系統的認知和管控，提高工作人員故障定位和排查能力是保證電網穩定工作的一項重要手段。

1 變電站直流系統介紹

我國直流系統供電主要有110V、220V、48V幾種類型，主要采用裝置的整個地線系統和大地之間絕緣的浮懸浮接地技術，這樣能有效避免交流地線的干擾。

變電站直流電源系統不僅是變電站內各種采集設備和監控監測裝置的主要電源，還是變電站事故失電后的重要后備電源。為變電站的檢測裝置、采集單元、信號電路、通信單元等關鍵設備提供操作電源，并為系統的開關控制機構提供操作電源。可以說，直流系統是變電站供電系統的核心部分。

直流電源系統不僅線路結構龐大而且接入設備復雜，變電站內的自動控制設備、繼電保護設備、信號采集監控裝置、以及配電裝置的端子箱和機構箱等重要電源都會接入直流電源系統。在復雜的環境和龐大的線路布設的條件下，很容易發生線路對地短接，破壞系統的對地絕緣性。當系統中有僅僅只有一處接地點時，往往不會對系統的運行造成影響。但是系統接地點超過兩處時，往往會改變系統的回路設計，造成保護機構誤動拒動，甚至燒壞設備破壞回路。因此，直流電源系統中只要有接地故障發生，就要盡快進行檢查處理，及時排除。

2 接地故障的危害分析和常見處理方法

直流供電系統接線復雜，設備連接多，電纜設備布置環境復雜多樣，容易發生直流接地故障。

2.1 直流系統接地的危害

直流電源系統給變電站中的通信設備、檢測設備、控制單元等提供電源，因此，是變電站中十分重要的一個組成部分。由于直流電源系統的復雜性，很容易產生支路接地等問題，如果系統只有一點接地，通常情況下，危害不大。但是如果不及時排除一點接地故障，一旦有兩點或者多點接地，很容易對微機保護和自動控制回路造成破壞，進而危及變電站電力系統的正常安全運行。

如圖2示意圖，如果正極A、B兩點接地，會造成開關J1短路，從而錯誤觸發ZJ動作。若是正極B和負極C兩點接地，則跳閘線圈ZJ短路。當ZJ需要發生動作時，會因為線圈不能及時跳開而引起事故進一步擴大。如果正極A和負極C兩點接地，則會造成正負母線間的短路，這將會燒毀保險FU1和FU2，進而造成中間多個設備失電，甚至會燒毀直流供電源設備擴大事故范圍。

2.2 接地故障常見原因分析

直流系統接地故障的原因很多。接地故障有以下幾種常見原因：

（1）設備以及線路老化原因。系統長期運行，部件老化損壞，間接線路和設備松動或移位，線路絕緣皮老化脫落，都會造成直流漏電接地。

（2）天氣環境原因。復雜的環境和氣候，如雨雪浸入、灰塵堆積、環境潮濕等都容易造成戶外二次接線盒的接線樁頭和外殼導通，從而引起接地。

（3）線路的磨損原因。當支路線纜靠近開關柜門等運動或轉動部件時，容易造成線纜絕緣皮磨損，造成直流接地。

（4）接線錯誤原因。在二次接線系統中，由于線纜線束眾多，如果施工不細致，造成電纜芯的一頭接在端子上，另一頭懸空的現象。如果懸垂頭未經處理和絕緣，一旦接觸到設備或者線纜，就會引起接地。

（5）外物破壞。異物掉落、蜜蜂筑巢或者老鼠啃咬線纜的絕緣包皮等，都會造成絕緣的破壞，引起接地。

2.3 查找接地故障的基本原則和方法

直流接地故障將給整個變電站的穩定安全運行帶來極大的危害。一旦發生，必須立即發現并消除。但是由于直流系統的復雜性，要做到安全、準確、快速的找出故障點，并進行排除并不容易。

直流接地的檢測方法按照檢測手段有如下幾種：在線式絕緣監測裝置檢測方法、便攜式絕緣監測定位裝置檢測方法、拉線式瞬停回路檢測方法等。便攜式絕緣監測定位法，檢測結果不夠精確，檢測結果錯誤較多。絕緣監測裝置在線檢測法，絕緣監測裝置巡視時間很長影響故障排查的及時性，也會存在漏選錯選的問題。瞬停回路法判斷準確且速度快，但是目前微機保護已經普及，為了繼電保護系統的穩定運行不允許隨意斷電。如果使用瞬停回路法則需要向調度申請，其工作流程會影響故障檢測的及時性，有操作不方便等問題。基于接地故障檢測的復雜性和困難性，實際檢測中多是使用多種手法綜合查找。

除了提高檢測設備的性能，變電站運行維護人員的專業素養和業務水平也非常重要。在實際工作中需要加強對員工的電氣理論培訓、提高對變電站內系統的認識和了解，注重對工作人員實際查找經驗和查找手法的培養。本文從提高運維檢修人員技術水平的角度出發，設計出一款便攜式接地故障模擬箱，用于在變電站投運前給運行維護人員培訓練習使用。

3 一種便攜式接地故障模擬箱

根據變電站的實際設計和配置布線情況，以及變電站運行檢修實際操作狀況，設計出一種便攜式直流接地故障模擬箱如圖3。利用接地故障模擬箱人為制造回路接地情況，模擬變電站可能發生的各種接地故障，用于運維檢修人員對站內直流回路中的接地故障進行學習分析。經過人為設置接地故障進行實際演練，工作人員對接地故障產生后各個設備信號工況有個直觀了解，可以加強變電站運維人員對變電站系統的理解。在以后的變電站檢修運維中，對變電站系統的深入理解和各種故障工況的熟悉，可以使工作人員能夠及時檢測異常情況、快速定位接地點、準確排查故障。

3.1 模擬箱內部原理圖

箱內設置8只20千歐電阻，可將直流電源設備的8處回路做接地故障模擬點（見圖4）。箱體內設接地元件用來接站內地，電阻一端接地，另一端通過各自的開關從端子引出電纜，接至直流系統任一電源回路故障模擬點。

3.2 實際應用原理圖

工作時將隨機選用的故障點的開關閉合，該回路通過電阻接地導通，直流電源系統發生接地故障，母線絕緣降低，對地電壓變化，直流絕緣監察裝置啟動巡檢并報警，以此來模擬此回路的直流接地故障（見圖5）。

4 便攜式接地故障模擬箱優點

用該方法設計的接地故障模擬箱有如下幾個優點：

（1）模擬箱接線簡單，操作方便。采用鳳凰壓線式端子作為接線接口，接線方便安全性高。

（2）故障模擬箱體積小，不需要復雜的接線，便于現場實施。

（3）配置靈活，可擴展性強：具有8個線纜接口，可以同時模擬多路接地。

（4）可靠性高：故障模擬器與外部系統之間沒有復雜的電氣連接，不影響直流電源電路。

（5）操作方便：模擬任一處電氣設備接地故障，不需要進行復雜的線路布設工作，只需在該模擬箱本體操作開關，操作簡單安全性高。

（6）較以往在電氣設備上直接安裝電阻的故障模擬方法，采用故障模擬箱電氣設備沒有外置電阻和接地線，接地故障模擬點接線隱蔽，適用于教學模擬排查。

5 結束語

變電站的穩定安全運行關系到整個電網的安全。加強對變電站運行維護人員的培養和訓練，提高變電站工作人員對變電站線路系統的認識和理解，提高檢修人員的故障定位和排查能力非常關鍵。及時快速地定位和排查變電站系統故障，可以有效減小變電站故障影響面，防止事故擴大，有效提高電網安全水平。

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