500kV變電站直流系統(tǒng)組成及接地故障分析

李海亮

摘要：變電站直流系統(tǒng)是獨立于主網(wǎng)架之外的電源系統(tǒng)，直流系統(tǒng)運行方式不受一次設(shè)備運行方式的影響。直流系統(tǒng)在變電站中承擔著重要角色，一般為保護裝置、隔離開關(guān)等設(shè)備的控制回路提供電源，也常用于變電站站內(nèi)事故照明逆變電源部分提供直流電源。直流系統(tǒng)電壓是否正常、兩極絕緣是否良好關(guān)系到保護裝置能否正確動作，嚴重時甚至會導致保護出現(xiàn)閉鎖、控制回路失去作用、斷路器操作電源失效等。

關(guān)鍵詞：500KV變電站;直流系統(tǒng);接地故障

1 500 kV變電站直流系統(tǒng)工作原理及組成

變電站直流系統(tǒng)一般包含兩段，每段直流由站內(nèi)兩個來源不同的站用交流電通過各自所附屬的充電機模塊實現(xiàn)整流，確保站內(nèi)直流供電系統(tǒng)的可靠性。

500 kV變電站直流系統(tǒng)通常包含由站用變提供的交流供電電源、用于整流的整流器（充電機）模塊、直流饋電單元以及系統(tǒng)絕緣監(jiān)測模塊。其中，整流器模塊和絕緣監(jiān)測模塊是整個直流系統(tǒng)的核心。

1.1 整流模塊

整流模塊目前已廣泛應用于系統(tǒng)發(fā)電廠、變電站中，一般可作為直流穩(wěn)壓和穩(wěn)流電源使用。通常情況下，變電站整流模塊輸出的標稱直流電壓一般為220 V，額定電流一般為10 A。整流模塊在上級三相交流電源輸入后，先經(jīng)過EMI濾波和三相全波整流后形成高壓直流電，再經(jīng)過全橋移相逆變、整流為頻率約140 k Hz的脈沖電壓波，最后通過內(nèi)部的濾波裝置后形成220 V的直流電源。

在變電站中，一般一個充電機屏包含有多個整流模塊，各個整流模塊之間可以并聯(lián)運行并實現(xiàn)自動均流。多模塊并列運行的優(yōu)勢在于，當某個或幾個整流模塊出現(xiàn)異?；蚬收贤顺鲞\行時，其他整流模塊可以不受影響，繼續(xù)保持正常運行，從而從源頭上提高直流系統(tǒng)運行的可靠性。投入實際生產(chǎn)運行中的整流模塊一般還包含熱插拔功能、過流保護功能、過溫保護功能、短路保護功能、輸出過壓保護功能以及告警功能等。

1.2 絕緣監(jiān)測模塊

絕緣監(jiān)測模塊主要作用是實時不間斷監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣狀況，以集散方式通過整流模塊內(nèi)部的監(jiān)控電路、信號采集單元等對當前系統(tǒng)絕緣參數(shù)進行采集，將采集的數(shù)據(jù)以串行通信方式傳輸給微機直流監(jiān)控裝置的主機。絕緣監(jiān)測模塊在其主板上擴展了串口和以太網(wǎng)接口等，可實現(xiàn)與多個各級智能設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)傳輸，也可通過RS-485方式或以太網(wǎng)接口將采集的告警、開關(guān)量信息等傳輸?shù)奖O(jiān)控后臺。

絕緣監(jiān)測模塊包含有核心電路、開關(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出單元、人機接口界面、COM串口、通信接口等。絕緣監(jiān)測模塊通過對整流模塊的輸出電壓電流信息、電池巡檢裝置單個蓄電池電壓、溫度等智能設(shè)備的運行參數(shù)進行實時數(shù)據(jù)采集，滿足了電力系統(tǒng)對直流電源的監(jiān)控要求，替代了需要人工對直流電源系統(tǒng)進行巡視、維護、管理的傳統(tǒng)模式，提升了變電站直流電源管理的智能化水平。

2 變電站直流系統(tǒng)接地故障類型及其危害分析

2.1 直流系統(tǒng)接地故障類型

實踐中通常將變電站直流系統(tǒng)正、負極與大地間的絕緣水平降至某一規(guī)定值的現(xiàn)象，稱作直流系統(tǒng)接地。根據(jù)按接地極性不同，又可以細分成正極接地、負極接地兩種;根據(jù)接地類型不同，可將其分成金屬性接地、非金屬性接地 （也就是完全與不完全接地） 。

2.2 直流系統(tǒng)接地故障的危害

實踐中，如果變電站直流系統(tǒng)上出現(xiàn)了兩點接地現(xiàn)象，則該系統(tǒng)可能會出現(xiàn)接地性短路故障問題，進而導致繼電保護、自動設(shè)備誤操作，信號等滅掉或出現(xiàn)拒動現(xiàn)象，更為嚴重時直流空開會出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，最終使自動設(shè)備、保護裝置以及控制回路等工作環(huán)節(jié)，失去電源，并且使一次設(shè)備產(chǎn)生嚴重的安全隱患問題。對于斷路器而言，其跳閘線圈與負極電源相連接，當變電站直流系統(tǒng)的兩點正極出現(xiàn)接地問題時，其正極經(jīng)大地可能形成一個閉合的回路 ，當A、B兩點同時接地，相當于A、B兩點通過大地相連接起來，中間繼電器2J1動作生成斷路器的跳閘。若變電站直流系統(tǒng)的兩點負極發(fā)生接地現(xiàn)象，則保護動作環(huán)節(jié)也可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象，斷路器停止正常的動作或者拒動，越級跳閘或更為嚴重的事故問題由此產(chǎn)生。

3 直流系統(tǒng)接地的故障分析

3.1 直流系統(tǒng)接地的原因

直流系統(tǒng)接地的原因可分為人為因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素、其他因素等。

人為因素造成直流接地。檢修人員漏包扎帶電二次回路電纜頭、測量二次回路時誤碰設(shè)備金屬外殼、施工中將二次回路電纜損壞造成接地等。人為因素造成的直流接地多為人員疏忽或技術(shù)能力不足造成，是變電站改擴建過程中直流接地的主要因素。

設(shè)備因素造成直流接地。直流系統(tǒng)在設(shè)備長期運行過程中易受到各種不利因素影響，如改擴建造成寄生回路、長期不良環(huán)境造成絕緣老化、設(shè)備質(zhì)量差絕緣壽命不足等都會造成直流接地，對設(shè)備穩(wěn)定運行帶來影響。

環(huán)境因素造成直流接地。直流接地多發(fā)生于末端支路上，因為末端支路運行環(huán)境惡劣，易出現(xiàn)受潮、高溫現(xiàn)象，對直流系統(tǒng)絕緣帶來很大威脅。如箱體內(nèi)凝露、雨天箱內(nèi)積水、持續(xù)高溫等情況，短時間或持續(xù)不斷的降低直流系統(tǒng)絕緣，造成接地。

其他因素造成直流接地。除常見的各類因素外，變電站內(nèi)還有很多其他因素易導致直流接地現(xiàn)象發(fā)生，如小動物破壞、長期靠近轉(zhuǎn)動部件造成磨損等，這類因素在變電站中也時有發(fā)生，且不易于防范。

3.2 防止直流系統(tǒng)接地的防護措施

為防止直流系統(tǒng)接地，可采取以下防護措施：對直流系統(tǒng)定期開展檢查維護;加強工作監(jiān)督力度;開展特殊巡視。

4 直流系統(tǒng)接地故障查找與排除

4.1 接地故障查找方法

變電站直流接地查找一般采用拉路法、在線監(jiān)測法進行故障點查找。

拉路法是變電站中最常用的一種直流接地查找方法，一般遵循“先信號后控制、先室外后室內(nèi)”的原則執(zhí)行。該方法通過斷開某一支路的直流饋線空開，判斷故障點是否消除，確認故障支路從而確認故障點。采用拉路法應至少兩人進行，拉開斷路器控制回路、保護裝置電源前應先向相關(guān)調(diào)度申請，調(diào)度同意后方可進行。

在線監(jiān)測法是通過站內(nèi)直流系統(tǒng)上安裝的直流監(jiān)測裝置判斷故障支路，通過上下級監(jiān)測裝置配合可確認故障具體支路，并根據(jù)現(xiàn)場天氣、施工作業(yè)情況確認故障點。該方法實施中應先根據(jù)總監(jiān)測裝置情況確認故障區(qū)域，再根據(jù)某電壓等級直流分配屏監(jiān)測裝置查找相關(guān)直流，最終確認終端支路，該方法可與拉路法相結(jié)合，可快速查找直流接地故障。

4.2 直流接地故障的排除

變電站內(nèi)發(fā)生直流接地故障時，應首先確認站內(nèi)有無工作，若有工作應要求工作立即停止，檢查作業(yè)現(xiàn)場有無造成直流接地的因素。若站內(nèi)無工作，先根據(jù)絕緣監(jiān)測裝置告警提示查找，通過一級一級地查找逐漸縮小范圍，最終確認故障支路，根據(jù)天氣情況和裝置提示找出故障點。采用拉路法、在線監(jiān)測法確認支路后，還可利用直流接地故障查找儀確認故障點，便于提高查找效率。

5 結(jié)束語

變電站直流系統(tǒng)的運行狀況直接影響帶變電站保護及自動化裝置能否正常運行。現(xiàn)階段，直流系統(tǒng)也正朝著愈加復雜的方向發(fā)展，使直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障的概率增加，而且也增加了查找故障點的難度。針對直流系統(tǒng)，日常工作重點應放在平時的防范上，對于容易發(fā)生接地的地方要加強巡視，出現(xiàn)直流接地故障時要盡快找出接地點，并采取正確的隔離措施，以便后續(xù)的恢復工作。

參考文獻

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