一起220kV變電站直流系統接地故障分析

（國網湖南省電力有限公司常德供電分公司，常德市，415000） 陳 坤 鐘著輝 鐘 顯

直流系統作為變電站核心設備，為變電站保護、安全自動裝置、控制等提供電源[1-4]。變電站內直流電源在運行中時常會出現直流接地、絕緣降低、交流竄入直流等故障，這些都將對繼電保護裝置的動作行為有較大影響，尤其是交竄直故障會對直流電源系統的穩定性、可靠性產生直接的影響，可能會引起信號回路甚至繼電保護回路、控制回路以及自動裝置回路等誤動或拒動，進而電網的安全穩定運行帶來隱患[5]。

根據《國家電網有限公司十八項反事故措施》要求[6]，在運行和檢修中應加強對直流系統的管理，嚴格執行有關規程、規定及反措，防止直流系統故障，特別要防止交流電壓、電流串入直流回路，造成電網事故。新建或改造的變電所，直流系統絕緣監測裝置應具備交流竄直流故障的測記和報警功能。原有的直流系統絕緣監測裝置，應逐步進行改造，使其具備交流竄直流故障的測記和報警功能。因此，完善交竄直故障的測記及告警是現場運檢迫切需要解決的問題。

分析了一起變電站交竄直事故，并通過試驗得出該站絕緣監察裝置的交竄直功能有待進一步完善。

1 直流接地事件簡介

2018年3月1日10點45分，某地區220kV變電站10kVI段母線C相接地，其中A相電壓10.47kV，B相電壓9.87kV，C 相電壓0.56kV。調度人員通過拉路法確定接地故障線路，11:30分故障線路被切除，母線電壓恢復正常。隨后，運維人員發現站內直流系統絕緣監測裝置報直流正極接地告警信號，如圖1所示（裝置未對時）。16點30分，經檢修人員檢查發現，#1 消弧線圈組合柜內阻尼器及二次電纜、接線排被嚴重燒毀，如圖2 所示。因消弧線圈隔離開關位置信號經消弧線圈控制屏轉接入公用測控屏，消弧線圈控制屏正電源701/1XH-07因阻尼端子排燒損，導致饋線屏至公用測控屏饋線支路118Z正極接地。同時，檢修人員在排查的過程中發現直流饋線II屏內浪涌保護器正極動作，導致直流母線出現了第二個接地點，如圖3所示。

圖1 直流正極接地告警記錄

圖2 燒毀后的阻尼器接線排

圖3 被擊穿的浪涌保護器

2 事件原因分析

10kV線路發生單相接地故障后，中性點電壓在上升到較高數值后，在消弧控制系統的阻尼回路中產生大電流導致可控硅SCR被擊穿，不能開斷故障回路。阻尼回路在大電流作用下產生熱量并經金屬框架傳導，致阻尼電阻上方線槽、接線端子、導線絕緣皮融化，引發直流接地。由于該消弧控制回路的交直流接線端子同排敷設，熱熔化后的交直流端子短接一起，致使保護室直流饋線屏內浪涌保護器被擊穿，引發直流接地。

通常情況下，單純的直流接地故障不會導致浪涌保護器動作。檢修人員根據現場實際情況分析，認為此次饋線屏內浪涌保護器之所以會動作，應是燒損的阻尼器接線端子上存在交直流短路現象，致使交流分量竄入直流系統中。但查看直流屏絕緣監測裝置發現，裝置中僅有如圖1 所示的直流母線接地告警記錄。

由于交流系統為接地系統，直流系統為絕緣系統，一旦交流分量竄入直流系統中，勢必會造成直流系統故障或異常。根據DL/T1392—2014《直流電源系統絕緣監測裝置技術條件》5.5.5中規定，“當直流系統發生有效值10V及以上的交流竄電故障時，產品應能發出交流竄電故障告警信息，并顯示竄入交流電壓的幅值，還應能選出交流竄入的故障支路”。

2017 檢修班對該站直流系統進行了全面的技術改造工作，更換了站內除蓄電池外的所有直流設備。事后，咨詢廠家進一步確認了該系列絕緣裝置具備交竄直故障的測記和報警功能。此次事故中電涌保護器被擊穿但并未出現任何關于交竄直故障記錄信息。針對此異常情況，檢修人員聯合廠家人員在現場搭建了模擬試驗平臺，重新檢測該裝置是否真正具備交流竄直流故障的記錄和報警功能。

采用試驗平臺進行模擬交竄直試驗，當在直流分量中疊加輸出單相交流電壓15V時，絕緣監測裝置確實發出了交竄直告警信號，并記錄了直流母線對地交流電壓量，如圖4所示。

圖4 裝置中交流竄直流告警記錄

試驗結果說明，該站絕緣監測裝置確實具備交流竄直流故障的測記與告警功能。但實際故障發生時裝置為何沒有交流竄直流的告警記錄？經測試發現，該類型絕緣監察裝置識別交流竄入直流故障需要2s以上。而此次故障中，一定數值的交流電壓竄入直流正極后，交流電壓在正極母線電壓的正向偏置后達到很高的數值，瞬間將直流I 段的母線浪涌保護器擊穿，直接導致正極母線接地，如圖5、圖6所示。所以故障時絕緣監測裝置僅監測到直流母線正極接地故障，而未識別出交流竄入直流，進而裝置只記錄了直流正母接地信號。

圖6 偏置后的交流電源

圖5 交竄直示意圖

+UDC、-UDC分別為正負母，UDC為直流母線電壓幅值；UAC為模擬交流竄入直流電壓，Um 為UAC的幅值；FU 為直流保險；RPD 為浪涌保護器，正常情況下RPD 阻值很高，相當于開路。當出現過電壓時，阻值迅速下降到幾歐，引導浪涌電流直接入地，防止設備承受較大浪涌電壓；R1、R2為負荷電阻，R3為交流混入直流系統的等效電阻；藍色虛線為浪涌保護器被擊穿后構成的直接接地回路。

3 絕緣監察裝置存在的問題

由上述可看出，該類型絕緣監察裝置的交竄直故障判別時間過長，在高電壓作用下該裝置并不能有效檢測出交竄直故障。此不足將在一定程度上會影響運檢人員故障后的分析決策。因此，有必要對該類型絕緣監察裝置工作原理進行改進。

4 防范措施

要加強同類型設備（一次設備及二次回路、裝置）投運前驗收，嚴格對照國網公司、省公司下發的驗收規范及精益化評價相關文件。規范端子排布置，嚴禁交直流端子同段敷設，對不符合要求的設備回路及時整改。

督促廠家及時對目前在運行的同系列絕緣監察裝置進行原理升級，盡可能縮短交竄直故障識別時間。

加強對一二次設備構架的技術監督、重點驗收箱柜的散熱防潮性能。合理規劃箱柜周圍電纜走向，盡可能遠離散熱源。

運維人員應加強巡視，特別是10kV 線路接地時，應當加強消弧控制屏及戶外設備箱的巡視，及時發現故障。