變電站直流接地查找方法及應用

李耀祖

（廣西電網有限責任公司 百色供電局，廣西 百色 533000）

0 引 言

變電站直流系統接地一直是威脅變電站安全的一個問題，文獻[1]、文獻[2]分別對典型220 kV和5 00 kV變電站直流系統接地故障進行了全面分析，文獻[3]、文獻[4]對變電站直流系統環網故障進行了分析。針對以上變電站直流系統常見故障，有學者提出了變電站直流系統接地故障常規查找方法和故障定位技術，但是目前500 kV變電站的直流系統接地問題還是時有發生，處置不當有導致停電故障風險存在的可能性[5-8]。基于此，針對某500 kV變電站直流系統變電站提出了一種支路接地故障查找方法。

1 基于故障探測的基本方法

常規故障探測接線原理如圖1所示。

1.1 接線要求

根據圖1，測試線按以下要求接線。首先，接入信號源“正極”端子的紅色導線，夾在蓄電池正極保險；其次，接入信號源“負極”端子的黑色導線，夾在蓄電池負極保險；最后，接入信號源“地”端子的黃色導線，夾在接地銅排上。

1.2 查找方法

做好準備工作后，可以開始接地故障查找。

（1）儀器自校驗。在圖1中#1位置，將鉗表夾住信號源黃色接地線，并使鉗表中的箭頭指向信號源。按下“自校”鍵，如果提示“儀器正常”，則表明設備工作正常，否則要更換電池或清潔鉗口等。

（2）告警裝置引起的接地故障。在圖1中#2位置，鉗住告警裝置的接地線，如果測量的電阻與信號源第一行顯示的絕緣電阻相同或相近，則表明該接地故障由絕緣裝置造成，需要維護絕緣裝置。

（3）蓄電池接地。在圖1中#3位置，鉗住蓄電池正極、負極兩根電纜進線，如果報接地故障并有正弦波，則表明是蓄電池接地。

（4）饋線支路接地。在圖1中#4、#5、#6位置，分別同時鉗住各饋線的正極、負極電纜，進行支路接地檢測。鉗到#5報有接地，順著該支路往負荷方向繼續查找。#7有接地，#8報無接地，則表明接地故障點在#7和#8之間。

（5）多條支路同時檢測。在圖1中#9位置，同時鉗住多條饋線，如果報有接地，則表明被鉗住的饋線中間有接地支路，再用二分法找出具體的接地支路。如果報無接地，則表明這些饋線都沒有接地故障，可以加快接地故障查找速度。

2 故障描述

該500 kV變電站直流系統配置3套直流接地絕緣裝置，分別為1套直流總饋線屏、1套220 kV保護室直流分饋線屏以及1套500 kV保護室直流分饋線屏。與此同時，配置3臺充電、浮充電裝置，采用兩組蓄電池組的供電方式。該變電站直流系統I段、II段均裝有江都華宇電氣HDM-2000兩段合體監測在線絕緣監測裝置1套，其絕緣裝置顯示I段U+=19 V、U-=112 V、R+=500 kΩ、R-=500 kΩ，II段U'+=19 V、U'-=113 V、R'+=500 kΩ、R'-=495 kΩ。同時使用萬用表測量系統對地電壓，與絕緣裝置顯示基本一致。在兩套系統單獨運行時，在線絕緣監測裝置各支路的接地電流基本為0 mA且沒有告警信息。由于該變電站需要進行蓄電池更換，因此其直流系統供電方式采用環形供電。將1組蓄電池脫離出來，當兩套系統通過聯絡開關進行聯絡時，絕緣監測裝置顯示#9支路的接地電流為10.4 mA，并發出接地告警。再次恢復到兩組蓄電池并列運行的方式，此時絕緣監測裝置又顯示II段欠壓，并發出告警。

3 故障查找過程

3.1 支路告警查找

將直流系統接地測試儀接于直流總饋線屏，便于查找故障。直流正常分列運行方式改為由兩組蓄電池供電的環形臨時供電方式，將QDB-81信號源接入II段直流系統，同時在I段接入47 kΩ的平衡橋。QDB-81信號源檢測出的正極、負極對地阻值分別為R+=45.8 kΩ、R-=196.4 kΩ，系統電容為49.3 μF。

絕緣監測系統報#9支路接地告警，由于直流饋線總屏#9支路電纜接至220 kV保護室直流饋線屏II段（分饋線屏），因此用測試儀鉗形表檢查各支路時發現I段至母差保護屏的直流波形出線異常，不是相對平直的直流電壓波形，而是有交流特征的正弦波。針對此現象，工作人員到母差保護屏對其各個支路進行檢測。由于母差保護屏沒有接入信息保護子站和軟報文信息，并且沒有遙信量，因此對波形波動較大的回路啟動失靈壓板進行投退。當對線路啟動失靈壓板退出時，9#支路接地故障恢復正常。由此得出結論，此現象是線路保護屏I段直流和II段直流正極形成環網導致絕緣能力降低所引起。

3.2 欠壓告警查找

首先，對直流總饋線屏II段母線端子排上的4條出線支路進行分析，擬定可能存在問題的出線支路，經工作人員對照系統設計圖發現#9支路為戶外電纜且線路較長。

其次，將運行方式改為環路運行，這樣可以避免該支路全部失壓發遙信。選取I段母線段端子排上的空端子，在II段母線端子排上找出波形異常的9#出線支路電纜，然后將兩根試驗線一端用鉗子夾住#9支路一端的正、負極，另一端用連片接在I段母線空端子上（注意對應好正、負極）。此時需注意一定要用萬用表確認所連接導線電壓已經接通，然后合上I段母線端子排上所選取的空端子對應空開，同時拉開原來由II段母線供電的#9支路的空開，此時#9支路由I段母線供電[9,10]。

再次，將環形供電方式恢復為并列的運行方式。此時若I段正極或負極電壓報欠壓，電壓壓差降低較大，同時II段母線電壓顯示為正常電壓，則確認此支路有問題。同理，此方法也能推廣其他支路進行測試。

最后，改變并列的運行方式，形成環形供電方式。將II段的#9支路空開合上（需要用萬用表量一下試驗線是否有電壓，避免出線失壓），然后將空端子拉開，此時#9支路恢復到原來的II段母線供電，供電方式為兩段并列供電，II段欠壓告警燈亮起，可以再次確定該支路所接的某個保護裝置存在問題。

經工作人員對照系統設計圖，#9支路為500 kV保護室直流分饋線屏供電電纜，此電纜由戶外連接至保護室直流分饋線屏。在斷開73B電纜芯后，II段電壓恢復正常，工作人員測試發現戶外端子箱到主變本體接線盒處的電纜芯阻值小于1 MΩ，按規定此阻值為不合格。基于此，對此電纜更換線芯，更換后再次接上保護室內主變本體保護屏的電纜芯，II段電壓顯示正常。

4 兩段直流系統合母聯后接的原因分析

正常運行環網電氣簡圖如圖2所示。

正常運行時，負載通過環網從I段直流系統母線和II段直流系統母線取電源，I段直流系統母線和II段直流系統母線除了該環網支路外無其他直流。電流存在以下關系：

式中：I為I段直流母線總電流；I1+為I段母線正級電流；I1-為I段母線負級電流；I2+為II段母線正級電流；I2-為II段母線正級電流；ΔI為電流差（不平衡電流）。正常運行中，由于沒有其他環網支路，因此支路不存在不平衡電流。

兩套直流系統合母聯運行環網電氣簡圖如圖3所示。

I段直流系統母線和II段直流系統母線合母聯，相當于1個電源，負載通過環網從I段直流母線系統和II段直流系統母線取電源。電流存在以下關系：

由于存在母聯合環，因此兩個回路將出現不平衡負載電流，導致ΔI'≠0。微機在線絕緣監測裝置發母線電阻門限告警和支路門限告警，此時的母線絕緣阻值在500 kΩ左右，但支路絕緣電阻根據電流計算誤判計算結果較小，發出絕緣告警。

5 結 論

針對某500 kV變電站直流系統變電站進行蓄電池更換工作時，將直流系統供電方式采用環形供電，但當兩套系統通過聯絡開關進行聯絡時，在線絕緣監測裝置顯示#9支路的接地電流為10.4 mA并發出接地告警。將可能發生故障支路改接到空母線接線端子排上，通過母線電壓異常這一現象可以快速排查出故障支路。此種直流接地查找方法具有較好的針對性，可快速查找出直流系統接地故障所在，保證直流系統的安全運行。