6 kV開關所直流系統接地故障分析及處理探討

索 雷

（北京京能電力股份有限公司石景山熱電廠，北京 100041）

0 引 言

直流系統在6 kV開關所中具有重要作用，與人體器官相比，直流系統就像是6 kV開關所的心臟，主要控制著系統的正常運行，為6 kV開關所提供所需要的動力。直流系統的優勢就是能為6 kV開關所中的多個零件提供電能動力，它并不僅僅是一個單獨的電源系統，而是具有較高電能的多元電源系統。直流系統在不受干擾的情況下運行比較穩定，但在實際的運行中很容易受到各種影響，如內部的設備和回路等，從而出現故障問題。直流接地是最常見的故障之一，會影響直流系統的運行，嚴重的還會引發安全事故。為了更好地解決該故障，避免出現更嚴重的后果，需要分析引發故障的原因，并提出解決對策，保證6 kV開關所的正常運行。

1 直流系統的結構組成和作用分析

1.1 直流系統的結構組成

直流系統的結構組成較多也比較復雜，包括蓄電池組、充放電裝置、端電池調整器、絕緣監察裝置、閃光裝置、電壓監察裝置、直流母線、交流機組以及直流負載等[1]。通常，一個完整的充電柜一般需要若干臺高頻電源模塊來構成，主要是因為其自身的優勢，不僅充電速度快，操作簡便，而且故障風險也低，已經被廣泛應用到變電站和火電廠等電力系統中。另外，充電柜的內部各個組成系統之間是相互獨立的，一個模塊出現故障不會影響其他模塊的正常運行，對6 kV開關所的直流系統也不會造成影響。還有一個重要的原因是發生故障時會有蓄電池為直流系統提供所需的電能，只需將產生故障的模塊單獨取下來即可，不影響整個系統的正常運轉。

近幾年來，我國科技發展迅速，電氣設備制造水平也逐漸上升，隨著制造工藝水平的提高，對6 kV開關所也進行了優化改進。6 kV開關所直流系統目前除了直流電動機負荷以外，發生沖擊負荷的概率非常小，尤其在直流系統控制開關回路中，電流較低的儲能電機和分合閘線圈對系統的影響較小[2]。由于對分合閘線圈影響較低，因此越來越多的變電站和火電廠取消了對分合閘線圈的設置，只重視其母線的控制。通過優化直流系統，也逐漸剔除了系統中的降壓模塊。監控模塊的作用非常大，是直流系統中充電模塊和蓄電池組的總指揮，能夠根據系統的參數設置對出現故障的直流系統進行及時地監控和反饋，并將監測的數據信息上傳到DCS等信息處理上位機模塊中，方便變電站和火電廠等相關工作人員查看，并及時采取相應的故障處理措施。

1.2 直流系統的作用

直流系統的作用非常多，在電力系統、變電站以及發電廠中的主要作用是控制裝置和續電保護裝置，為相關的設備實施提供可靠的直流電源，另外還可以作為事故照明電源和現場操作電源[3]。變電站與火電廠中的直流系統發揮了重要的作用，直流系統的可靠性強，通過可靠的直流系統可以為變電站和火電廠等提供穩定且安全性高的電能，保證其正常運行。

2 6 kV開關所直流系統常見的接地故障及危害分析

在6 kV開關所中不可避免會出現各種故障問題，然而在運行中系統接地故障是比較常見的，發生該故障時需要及時進行處理，否則很可能會造成兩點接地故障問題，不僅會使直流系統發生短路，損害系統設備，而且嚴重的還可能會造成安全事故，給企業帶來嚴重的經濟損失[4]。為了盡可能避免問題的發生，需要詳細地探討和分析可能造成該問題的原因，加強防范措施。常見的直流系統接地故障及危害如表1所示。

表1 常見的直流系統接地故障及危害

2.1 單點直接接地故障

一般情況下，6 kV開關所直流系統內部中通常只有一點與地面相接，而且因為其接地電阻小于1 kΩ，所以也是比較頻發的故障。產生此故障的原因是單個機構箱或者二次接線盒密封性差，在出現漏水情況下對帶電的二次芯片沒有進行絕緣處理。

2.2 單點絕緣降低故障

在6 kV開關所中一點與地面相接且電阻大于1 kΩ時會導致接地不良，采用接地查找儀進行查找，信號強度差對實際的查找工作難度較大。對于出現單點絕緣降低的故障問題，通常情況下是電源等元件絕緣性降低或者存在漏水而導致的。

2.3 多點絕緣降低故障

在6 kV開關所中同時有多點與地面接觸，接地電阻超出標準承受量，使用接地查找儀不能準確找出故障的原因。這種類型的接地故障一般是由電線使用年限較長出現老化而引起的接地絕緣降低，該問題還會導致多個設備出現故障。

2.4 寄生回路直流接地故障

寄生回路接地故障一般很難找出引發故障的原因。該故障是指點與地相接，多個不同的電源同時為接地點電源提供電能，使用信號較差的接地查找儀只能發現多條直流寄生回路與地面相接，但不能準確發現故障，加大了故障的尋找難度。

3 導致直流系統接地故障的原因

3.1 惡劣天氣引發的接地故障

當出現惡劣天氣時，如暴雨天氣，6 kV開關所系統在戶外的設備沒有進行密封操作或者設備的密封盒密封性能較差，導致雨水滲入到設備密封盒的內部使設備的接線頭與外殼發生連接，從而引發接地故障[5]。

3.2 接線頭出現松動引發的接地故障

6 kV開關所構成較多，其中直流系統斷路器機構箱和開關柜在進行工作時，由于長時期的開和關容易受到震動從而導致上面的螺絲出現松動，接線頭容易受到震動影響而發生移位，與其中的金屬零件發生接觸，產生故障。

3.3 動物破壞引發的接地故障

6 kV開關所在戶外的設備密封性較弱，而設備外部的絕緣體因長期被老鼠等動物啃噬，就會使其絕緣性降低，從而引發接地故障。動物破壞造成的故障較為常見，因此需要加強對設備絕緣體的保護。

4 6 kV開關所直流系統接地故障的處理方法

4.1 安裝直流系統接地故障檢測保護裝置

圖1是直流系統接地故障檢測保護裝置。針對6 kV開關所出現的接地故障問題，為了更好地避免發生故障，可以安裝故障檢測裝置，檢測可能出現的故障，并通過直流接地信號來實時地對設備進行故障監測，方便查找故障[6]。根據檢測的故障結果安裝接地保護裝置，對設備進行保護。

圖1 直流系統接地故障檢測保護裝置

4.2 借助先進的查找儀器進行定位處理

隨著技術的不斷發展，為了更準確的找出故障因素，在不切斷直流系統各分布回路電源的情況下，可以采用互感器等先進的查找儀器對直流系統分布的導線進行接地檢測，并設置故障預警。當檢測出故障時可以及時向工作人員發出警報，并及時進行檢修。借助先進的檢測儀器可以大大減少接地故障的發生，從而提高6 kV開關所直流系統的運行水平[7,8]。

4.3 直流系統金屬接地故障的處理

對于直流系統金屬接地故障的處理，往往采納的方法是回路法，通常也會借助內部的監測設備和萬用表來對接地故障進行定位和處理。隨著技術水平的不斷提高，直流系統的監測設備也不斷優化升級，在金屬接地故障中的應用越來越成熟，為6 kV開關所直流系統運行提供了保障。

4.4 接地故障處理過程中的注意要點

首先要注意的是在直流系統運行負荷高峰期的處理，為了避免發生誤判，需要對接地故障信號進行綜合判斷，根據監測設備指示信號、萬用表以及電壓指示等進行統一的判斷。其次需要注意的是為防止人為原因造成的短路或者一點接地引起的繼電保護和自動裝置誤動作，在瞬間切斷直流系統電源時，應該提前申請調度，并在通過申請后的3 s內迅速完成操作[9,10]。最后查找直流系統接地故障時需要兩個人共同完成，為了避免出現觸電事故還需要做好相應的安全防護工作，保證6 kV開關所直流系統的穩定運行。

5 結 論

6 kV開關所直流系統的導線分布較多，范圍較廣，受到惡劣天氣和導線老化等因素的影響會使暴露在外面的部分絕緣性能下降，從而導致出現接地故障。為了準確找出故障位置和故障原因，通過安裝故障監測裝置，借助先進的儀器等對故障進行精準定位，從而及時采取處理措施，保證6 kV開關所直流系統的穩定運行。