變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障研究

梁 娜

（國網(wǎng)泉州供電公司，福建 泉州 362000）

1 變電站直流系統(tǒng)的構成

變電站直流系統(tǒng)是變電站運行的關鍵部分，主要由直流屏和蓄電池組成[1]。直流屏是系統(tǒng)的核心控制中心，包含充電模塊、交流配電模塊、直流饋線、監(jiān)控模塊、電池監(jiān)控器以及絕緣監(jiān)測模塊。變電站直流系統(tǒng)的結構如圖1 所示。

充電模塊是變電站直流系統(tǒng)的能量轉換中樞。它將交流電轉換為直流電，為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電源。交流配電模塊為充電模塊提供所需的交流電源，確保充電模塊能夠正常工作。直流饋線將直流輸送到各個需要電源的支路，保證變電站的正常運行。監(jiān)控模塊能夠收集和處理系統(tǒng)中的各種信號，當變電站直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠及時發(fā)出告警信號，便于工作人員第一時間進行處理。絕緣檢測裝置專門用于評估直流母線及其分支的絕緣狀態(tài)，一旦檢測到絕緣能力下降，就會立即發(fā)出報警信號，并將該信號傳遞給監(jiān)控單元，以便及時處理。電池監(jiān)控裝置負責實時跟蹤蓄電池的關鍵指標，如電壓和充放電電流等，確保蓄電池正常運作。

變電站直流系統(tǒng)先通過整流模塊將交流電高效轉換為直流電，再由充電機向直流母線提供電力，并負責為蓄電池充電，向饋線供應直流電[2]。一旦直流母線出現(xiàn)故障，系統(tǒng)立即切換蓄電池為備用電源，繼續(xù)為直流母線供電，從而保障直流饋線輸電的穩(wěn)定性，確保變電站設備的穩(wěn)定運行。

2 變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障

變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障是指系統(tǒng)中絕緣材料的損壞或失效導致原本應保持絕緣狀態(tài)的部件與地形成低阻抗路徑，從而導致部分系統(tǒng)或全部系統(tǒng)與地形成回路。這類故障往往會引發(fā)保護裝置的誤動作或拒動，威脅變電站的穩(wěn)定運行。

根據(jù)實踐總結，變電站絕緣接地故障的類型可以劃分為單點接地、多點接地、環(huán)路接地以及絕緣接地4 種。第一，單點接地。系統(tǒng)中某一絕緣部件損壞，導致該點與地直接接觸，即單點接地。單點接地可能不會立即導致系統(tǒng)故障，但如果系統(tǒng)中存在其他接地點，就會形成回路引發(fā)保護動作。第二，多點接地。系統(tǒng)中存在多個接地點可能形成環(huán)路，引發(fā)保護動作。第三，環(huán)路接地。當系統(tǒng)中存在閉合的接地回路時，可能會形成環(huán)路接地故障。這種故障可能會導致電流異常流動，引發(fā)保護裝置的誤動作或拒動。第四，絕緣接地。系統(tǒng)中某些絕緣部件因老化、受潮以及損傷等導致絕緣性能下降，與地形成泄漏路徑，從而出現(xiàn)絕緣接地故障。

變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障在變電站直流系統(tǒng)中存在嚴重危害。發(fā)生此類故障時，可能引發(fā)保護裝置誤動作，即系統(tǒng)誤認為存在故障而錯誤觸發(fā)保護機制，干擾系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。此外，絕緣接地故障可能導致保護裝置在真正需要運行時無法正常工作，設備也可能因無法得到及時保護而遭受損壞，甚至擴大事故范圍。

3 變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障查找方法

3.1 人工法

在處理變電站直流系統(tǒng)接地故障時，基于檢修人員經驗查找變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障的方法稱為人工法。這種方法依賴于工作人員對系統(tǒng)各個部分的熟悉程度和對可能發(fā)生故障的常見位置的了解[3]。如圖2 所示，以壓力表進水口處可能發(fā)生的接地故障為例，壓力表附近的水流入支管，導致支管與地之間形成接地路徑。針對這一情況，工作人員會根據(jù)壓力表進水口是否存在異常判斷是否存在接地故障，如果存在接地故障，則將采取相應的措施進行修復。

圖2 壓力表進水故障

3.2 拉路法

為迅速確定直流接地故障的具體位置，運維人員通常采用拉路法進行故障排查。拉路法指逐個斷開變電站直流系統(tǒng)中的每個直流電路開關，通過觀察故障是否隨之消除來逐步縮小故障范圍。具體操作時，一般遵循以下檢修原則：先檢查室外設備，后檢查室內設備；先檢查非控制回路，后檢查控制回路；先檢查新投運或正在進行檢修的設備，后檢查正在運行的設備。需要注意的是，在拉開直流饋線開關后，應該立即檢查告警信號是否已經清除。這一操作必須在3 s 內完成，且無論告警是否消失，都應立即恢復開關至閉合狀態(tài)。

如果采用拉路法后仍未定位到故障點，則可能存在以下幾種情況：一是未斷開環(huán)網(wǎng)空開，導致故障未能被隔離；二是系統(tǒng)中存在多個接地點，導致故障電流通過多個路徑流回地面；三是存在寄生回路或交直流互竄耦合接地，可能導致電流流向不符合預期的路徑。

3.3 漏電流檢測法

漏電流檢測法被廣泛應用于監(jiān)測變電站直流系統(tǒng)在運行過程中導致的漏電現(xiàn)象。它檢測每個支路的絕緣漏電流并計算總和，如果互感器顯示總電流和參數(shù)為零，則說明直流系統(tǒng)的支路絕緣性能良好[4]。相反，如果檢測的漏電流總和不為零且直流電壓參數(shù)存在異常，那么直流系統(tǒng)的支路可能存在故障。

實際應用中，如果檢測到的直流電壓參數(shù)與預設的參數(shù)不一致，可以判斷直流系統(tǒng)可能存在絕緣接地故障。但是，在實際操作中，漏電流檢測法可能會因變電站的電磁干擾和直流電流波紋而影響檢測結果的準確性[5]。此外，在實際應用中，漏電流檢測法存在條件限制，可能導致檢測設備難以準確定位故障點，影響結果的準確性，且可能觸發(fā)誤差告警。另外，不同生產商制造的傳感器參數(shù)存在差異，可能影響檢測結果。

4 變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障預測處理案例

列舉的案例中，由于施工人員未充分認識到端子箱尖銳金屬給電纜絕緣層帶來的潛在風險，導致電纜絕緣層意外損壞，并觸發(fā)變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障。在某220 kV 變電站的電纜鋪設和連接施工過程中，110 kV 的公共測控告警直流系統(tǒng)Ⅰ段發(fā)生直流接地故障。為查明事故原因，采用現(xiàn)場測試、理論分析及仿真計算相結合的方法，尋找引起直流接地故障的主要原因，發(fā)現(xiàn)原因在于控制室與配電裝置的距離較大。經過檢查，發(fā)現(xiàn)#1 直流屏控制母線對地的絕緣電阻降低至5.52 kΩ，而#2 直流屏控制母線對地的絕緣電阻則減少至0.72 kΩ。

在確認施工條件達標后，現(xiàn)場的維修團隊仔細檢查直流監(jiān)測設備的報警數(shù)據(jù)，并觀察到接地報警線路與某220 kV 回線上的某一斷路測控設備的遙信電源分支有所關聯(lián)。經查找，發(fā)現(xiàn)該回路故障點不在設備內部，存在監(jiān)控系統(tǒng)誤動作的情況。維修團隊運用分段檢查的方法，在直流饋線屏、220 kV 蘭保Ⅱ回線的275 斷路器測控設備、275 斷路器的端子箱以及275 斷路器的匯控柜中進行搜索，最終確認直流接口位于端子箱和匯控柜的中間位置。

在大致確定接地點的位置后，維修團隊在不中斷某220 kV 回線上的某一斷路間隔電源的前提下，觀察到電纜芯線的絕緣外層存在損壞。檢查發(fā)現(xiàn)電纜芯線頭和導線之間存在嚴重的短路問題，且故障點與回火線相連。初步分析認為，故障由電纜芯線的絕緣外層受損并在端子箱的金屬區(qū)域接地造成。隨后，維修工作人員分別對受損的電纜芯線和端子箱內的金屬部分進行絕緣處理，以隔離接地點。經過檢測，由于絕緣套管內部存在較大的電容電流，其表面產生電壓降引起設備局部放電，最終導致變電站直流系統(tǒng)絕緣接地。經過處理，直流監(jiān)測設備和后端系統(tǒng)都顯示接地報警已消除，問題得到妥善處理。

該案例表明，在鋪設和連接電纜時，若未對絕緣層進行恰當保護，可能導致變電站直流系統(tǒng)發(fā)生絕緣接地故障。因此，施工人員在操作期間須嚴格把控電纜的布線和連接，確保端子箱內的銳利金屬部件不會損壞電纜絕緣層，同時增加停電狀態(tài)下絕緣電阻的檢測頻率，及時識別并更換絕緣性能下降的電纜。此外，應細致檢查開關場的端子箱和機構箱。

5 結 論

變電站直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運行對保障電力系統(tǒng)安全運行至關重要。絕緣接地故障是直流系統(tǒng)中常見且危害性較大的故障類型，可能導致保護裝置誤動作或拒動，影響變電站的穩(wěn)定運行。因此，對變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障的快速準確診斷和處理至關重要。變電站直流系統(tǒng)絕緣接地故障的查找方法較多，如人工經驗法、拉路法以及漏電流檢測法等。每種方法有其優(yōu)勢，也有其應用的局限性，因此在實際操作中應結合多種方法，提高故障處理的準確性和效率。