變電站直流接地故障分析與對策

汪博燁

【摘 ?要】直流系統相當于變電站整個二次系統的心臟，為二次系統的正常運行提供動力。直流系統在運行過程中會產生一些故障，最具代表性的就是接地故障。由于直流系統接地對電力系統的危險性大，國家、電力行業及企業在安全生產、經濟效益等方面要求越來越高，當發生接地后，利用本文提到的分析及查找方法，符合現場實際，能快速查找故障點，以避免故障擴大。

【關鍵詞】變電站;直流接地;故障分析;對策;

1 電路基本情況

如圖1，是220V 直流系統及其負荷圖。圖中所示d1、d2、d3為三個不同的接地故障點（本文分析金屬性接地）。該電路圖，電源為直流電源220V，有四路負荷，分別是負荷1、負荷2、負荷3、負荷4，每路負荷帶一組開關，負荷1 至負荷4 分別由開關K1K1 '、K2K2 '、K3K3 '、K4K4 '控制。

2 各接地故障點分析

（1）當直流系統發生d1點故障短路時，電源正極接地故障。按照電路基礎知識，我們知道：正極接地，則該電路正極電壓U+ = 0V，由于負極未接地，U-= 0-220 = -220V。根據直流電路分析，在負荷1 至負荷4 的兩端，仍然為220V 電壓，各負荷供電電壓正常，由于電路接通，所以，電路不受影響。

（2）當電路發生d2點故障短路時，電源負極接地故障。按照電路基礎知識，我們知道：負極接地，則該電路負極電壓U-= 0V，由于正極未接地，U+ = 220-0 = 220V。根據電路基礎知識，在負荷1 至負荷4 的兩端，仍然為220V 電壓，各負荷供電電壓正常，由于電路接通，所以，電路不受影響。

（3）同理，當電路發生d3點故障短路時，與d1點一致，電路運行不受影響。

（4）當電路同時發生d1點、d2點短路故障時，如圖2 所示。

此時，由于d1點、d2點均接地，相當于在兩個接地點間短接。根據歐姆定理，電壓220V、電阻為零，電流無窮大，電源開關跳閘、熔斷器熔斷，如開關跳閘及熔斷器熔斷失敗，燒損電源及電纜絕緣等，非常危險。而該回路中的負荷1 至負荷4，由于兩側電壓均為零，沒有電流流過。

（5）當電路同時發生d1點、d3點故障短路時，由于兩故障點均在正極，與d1點或d3點發生單點故障一致，在負荷1 至負荷4 的兩端，仍然為220V 電壓，各負荷供電電壓正常，由于電路接通，所以，電路不受影響。

3 接地危害

經過以上對各接地點分析，當直流電源發生一點接地故障時，電路供電不受影響，但由于發生正負極兩點短路，導致燒損電源及其電路絕緣，為避免發生事故風險，應立即斷開故障負荷。如本電源回路中，當發生d1點或d2點或d3點單點接地故障時，應盡快地想辦法對應斷開K1K1 '、K2K2 '和K4K4 '，避免發生d1點、d2點同時接地短路或d2點、d3點同時接地短路故障。由此，當發生同極性的兩點短路，短路的兩點直接短接了該回路的繼電器節點，導致保護誤動。當發生正負極兩點短路，除導致電源熔斷器熔斷外，還會導致保護拒動。所以，直流系統運行種，必須避免發生兩點接地故障。另外，一點接地時再發生另一極接地時影響保護等裝置，所以一點接地時需立即處理。

4 故障實例

案例：二次接線端子受潮或進水引起的直流接地故障。

XX年XX月XX日，持續多日暴雨，110 kV某站后臺監控報出#1直流系統接地告警信號，運行人員到達現場后，檢查#1直流系統監控裝置顯示負極對地絕緣僅為35.6 kΩ，負母對地電壓為-38.1 V，其中報出041支路絕緣為12.8 kΩ。繼保人員到站辦理工作票后開展缺陷排查，排查步驟如下：

（1）在#1直流饋線屏：斷開041支路空開（110 kV GIS本體信號電源），直流接地信號復歸。

（2）在110 kV GIS設備區：逐個斷開各間隔匯控柜內本體信號電源空開，當斷開110 kV xx線本體信號電源空開時，直流接地消失，電壓恢復正常。

（3）在110 kV xx線匯控柜：逐條解開本體信號線，當解開707-19電纜芯（至出線套管氣室密度繼電器）時，直流接地消失，電壓恢復正常，用絕緣搖表測試該電纜芯對地絕緣為10.7 kΩ，懷疑出線套管氣室密度繼電器二次接線端子進水受潮導致絕緣降低。

（4）由于線路運行，出線套管氣室密度繼電器與線路出線距離比較近，考慮安全因素，臨時在匯控柜將該信號接線解開，待線路停電再作處理。

5 直流接地故障對策

（1）根據直流系統接地報警，關鍵是盡快查出接地性質與接地支路。正常運行時，正極對地電壓為110V，負極對地電壓為-110V。當發生單點非金屬性接地時，相應正極或負極對地電壓降減少，另一負極或正極對地電壓升高，例如：當正極對地發生單點非金屬性接地時，則U+ ﹤ 110V、U-﹥ 110V，據此，判斷故障性質為正極單點接地。當發生單點金屬性接地時，相應正極或負極對地電壓為零，另一負極或正極對地電壓為220V，例如：當正極對地發生單點金屬性接地時，則U+ = 0V、U-=-220V，據此，判斷故障性質為正極單點接地。

（2）通過拉合開關，判斷接地支路，也稱“拉路法”。就是停掉該回路的直流電源，停電時間應小于3 秒，一般先從信號回路、照明回路，再操作回路、保護回路等。逐項拉合支路開關，每次觀察直流屏的監控單元情況，如果當拉開某路后告警信號消失，再次合上該路開關，告警信號再次出現，則斷定此支路接地。當確定了接地點的回路范圍后，再根據回路中接地的線路和設備，逐步縮小查找范圍，直至找出接地點。一般情況下，潮濕污穢地方的電氣設備元件容易發生非金屬性接地。

（3）低頻交流信號注入法查找。該方法是將低頻低電壓的交流信號注入直流系統，當直流系統運行正常時，正負極的電流方向相反、大小相等，所以任一支路測得的電流和為零;當直流系統支路有接地故障時，在該故障支路能測出低頻接地電流，由此，計算出接地電阻，從而判斷接地支路。該方法查找主要使用便攜式直流接地定位裝置、絕緣監測裝置等儀器。

6 結語

變電站直流接地故障屬于緊急缺陷，對整個電力系統的正常穩定運行易產生較大的不良影響，會造成嚴重的后果或損失，因此必須加強對直流接地故障的排查和研究，采取科學的方法進行處理，從而更好地保障直流系統的安全，確保整個電力系統的安全穩定運行。

參考文獻：

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（作者單位：國網江蘇省電力有限公司無錫供電分公司）