直流系統接地故障查找措施探析

張曉野

國網遼寧省電力有限公司檢修分公司（遼寧 沈陽 110003）

0 引言

變電站投入使用后，由于長時間處于室外環境，條件相對較為惡劣，再加上改擴建工程中對設備的維護不夠及時，容易造成變電站直流系統出現故障，其中直流系統接地故障就是故障率較高的一種。有統計數據表明，每年的夏季雷雨時節，是直流系統接地故障的高發期，必須給予高度重視[1]。如果變電站出現直流系統接地故障，再出現站外輸配電系統問題，則會對整個電網的運行造成極大風險。因此，要想保證電網的穩定性和安全性，必須提高直流系統運行的可靠性，做好直流系統接地故障的排除和防范工作，這是確保直流系統穩定運行的重要條件。

1 直流系統接地的危害

直流系統電路如圖1所示。

圖1 直流系統電路

直流系統接地往往會導致非常嚴重的后果。作為一個較為復雜的系統，直流系統接地主要有如下情況。

一種是直流正極、負極接地，如圖2所示。當直流正極接地，如果出現在A、B位置，且1LJ與2LJ短接，就會出現誤動作跳閘。而且，A、C、F、D都可能會有相同的表現，從而引發信號的誤報。當直流負極接地，在保護裝置的作用下，會出現指令拒絕。如果出現其中一點接地，就會造成線路短接而相關動作無效，導致繼電保護器被燒毀。如果出現B、E接地，則會造成線路短接，無法及時傳報信號。

圖2 直流正極、負極接地

另一種情況是直流系統正負一級接地，這種情況下容易出現電源保險熔斷現象，從而使所有線路的控制回路失效，甚至導致全部電器被燒毀，造成嚴重損失。

由此可以看出，直流系統接地的危害極大，不僅會傷及線路，更會危及電器及相關設備，因此必須做好故障防范措施。一旦出現故障，要迅速予以排除。

2 直流系統接地故障的成因

直流系統接地故障原因主要有如下五個方面。

（1）系統的二次回路連接不合理或系統中的元件組裝錯誤，如一條電纜直流交流混用、直流帶電體與交流帶電體間的間隔不夠等[2]。

（2）直流系統二次回路及相關設備的絕緣性能不佳、系統使用年限較長且未得到有效維護，導致性能不足或出現性能缺陷。

（3）直流系統二次回路及相關設備所處的條件濕度過大，或密封性能不佳導致有水分進入。

（4）人或小動物誤碰了系統，或有原件上有金屬物體恰巧掉落。

（5）對相關設備實施改造或維護后，無用的直流電纜沒有被完全處理或處理不規范，會對系統造成影響。

3 直流系統接地故障的查找原則

在查找直流系統接地故障的過程中，首先必須正確判斷接地的極性，然后再對接地故障的原因展開分析和判斷，最后再依據實際情況選擇恰當的查找辦法。對于重要性相對較低的饋線，可以通過瞬時停電法查找是否存在故障；對于重要性相對較高的饋線，可以通過轉移負載法查找是否存在故障。通常情況下，查找應遵循以下順序：先針對缺陷分路展開查找，再查找一般性分路；先查找戶外部分，再查找戶內部分；先查找非重要回路，再查找重要回路；先查找新安裝設備，再查找舊設備[3]。

通過瞬時停電法查找重要性相對較低的饋線是否存在故障，其具體操作方法是先斷開再迅速合上某一饋線的開關。在該過程中，觀察接地是否出現瞬間消失，如果出現消失，那么說明不在此饋線上，需要繼續尋找。對于重要性相對較高的饋線，必須征得調度同意后，再展開查找。過程中至少需要2人參與，步驟如下：

（1）判斷二次回路接地故障是否因為維修引發，如果確定是，則必須暫停當前的維修工作，迅速檢查檢修設備的絕緣狀況，查出故障點后，對其實施隔離，使整個系統恢復運轉[4]。

（2）如果確定二次回路接地故障不是維修引發，則應在征得調度同意后，再展開詳細查找。如果已經大致了解接地范圍，則應盡快予以消除。

4 直流系統接地故障的查找方法

4.1 拉路法

拉路法是在直流系統饋線屏的支持下，對饋線實施斷開，并在此過程中觀察接地警示的狀況，從而查找接地故障的一種方法。拉路法在使用過程中應遵循如下原則：先信號，再照明，最后查找操作部分；先室內，再室外，通過上述方法逐路尋找和分路處理。拉路法在實際使用中非常方便，但是其局限性也非常明顯。如果在同一個直流系統中有多點接地，該種情況下僅采用斷開一路饋線的方法，無法正確判斷接地位置，必須將保護裝置、操作電源同時斷開才能查找。但這樣會增加電網運行風險，這也是拉路法使用最大的局限。

4.2 萬用表電壓檔查找法

萬用表電壓檔查找法是在拉路法基礎上的一種優化，在有效改進下，拉路法的不足得到了一定彌補，明顯克服了無法查找多接地點的問題。萬用表電壓檔查找法還需將饋線逐條斷開，然后對其電壓實施測量。可以看出，這種方法依然需要斷開饋線，因此整個電網的運行風險依然存在。另外，盡管該方法解決了拉路法的一些問題，但并非沒有局限。如果系統相同母線不同饋線發生同級性金屬接地，僅斷開一路饋線，同樣無法有效找出接地點[5-7]。

4.3 便攜式直流系統接地故障檢測儀查找法

隨著科學技術的不斷發展，各種新型檢測儀器越來越多，市面上的各種便攜式設備型號各異、廠家較多，但原理基本相同，基本都是采用電流法進行檢測。即通過檢測儀向直流系統中注入電流信號，然后再運用互感器檢測信號流向，最終找出接地故障的具體位置。使用便攜儀器設備查找接地故障，其便捷性雖較好，但就實際情況看，很多變電站設備長期運行后絕緣性能有所損失，因此僅使用檢測儀，也難以有效查找故障。

5 直流系統接地的預防控制措施

要想切實保障直流系統的可靠性和穩定性，必須有效預防直流接地系統接地故障。結合前文對直流系統接地故障的分析，文章總結歸納了如下預防控制措施。

5.1 設計階段的預防控制措施

在直流系統的設計過程中，要盡量選擇分屏設計，盡管該方式成本較高，但是一旦出現接地故障易于查找，對排除直流接地故障非常有利。首先，要盡量減少系統中控制電纜的數量，這樣能非常有效地減少故障點。其次，要盡量防止系統中出現寄生回路。寄生回路是指在控制回路中與繼電器向量兩套直流電路不匹配的正負極，其會極大增加直流接地現象，因此設計過程中必須仔細審核，消除寄生回路。最后，要盡量減少室外直流系統。通常交流站用電系統的可靠性相對較高，因此可盡量減少室外直流系統，以交流電源驅動，包括儲能電機、隔離開關、接地閘刀等[8-9]。

5.2 施工階段的預防控制措施

在施工過程中，必須保證安裝質量，確保系統中的接線無異常，接線柱要擰緊，防止出現電纜脫落和損壞等。良好的施工質量是避免故障發生的有效保障。

5.3 調試過程中的預防控制措施

在直流系統的調試過程中，要嚴格檢查直流母線的絕緣性能，系統運行后做好支路監測，以免出現誤報、漏報等問題。此外，在支路送點前，必須確保電纜連接的完好性及絕緣措施的有效性。如果采用雙電源切換，則必須做好二次回路檢查。

5.4 運行過程中的預防控制措施

系統運行后，必須做好系統巡檢，同時保證相關設備防雨防潮措施的有效性。如果變電站附近的空氣質量較差，還需做好防塵措施。

5.5 檢修中的預防控制措施

定期使用檢測系統，發現有損壞的設備必須及時更換，同時注意檢查端子有無松動現象，對發現的故障立即予以解決。另外，要保證檢修的全面性，對包括蓄電池、直流充電模塊、電池巡檢儀等都要實施檢查，確保其接地信號處于正常狀態。

6 結束語

直流系統是變電站的重要組成部分，其運行的正常和穩定對電網的穩定性有非常重要的意義。對于有較大概率出現的直流系統接地故障，應從提升設計合理性、強化施工有效性、加強調試的科學性、做好運行后的巡檢維護等多方面盡量排除隱患，為直流系統的正常運轉提供良好的條件。