變電站直流系統接地故障分析及處理

摘要：在電力技術不斷發展的背景下，電力系統規模和復雜度逐漸增加，直流系統的應用也更加廣泛。在電力系統中，變電站直流系統是電能傳輸和配電的重要組成部分。但是直流系統接地故障是電力系統運行中常見的問題之一。接地故障不僅可能導致設備的損壞，還會影響電網的穩定性和可靠性。因此，對于變電站直流系統接地故障的深入分析和有效處理顯得尤為重要。將深入探討變電站直流系統接地故障的發生原因、故障類型以及相應的處理策略，旨在為電力工程技術人員提供有關直流系統接地故障問題的全面參考。

關鍵詞：變電站直流系統接地故障電力系統

中圖分類號：TM63

AnalysisandHandlingofGroundingFaultsinSubstationDCSystem

JIANGMeina

BeijingChangfengXinlianEngineeringManagementCo.，Ltd，BeijingCity，100039China

Abstract：Inthecontextofthecontinuousdevelopmentofpowertechnology，thescaleandcomplexityofpowersystemsaregraduallyincreasing，andtheapplicationofdirectcurrent（DC）systemismoreextensive.Inpowersystem，substationDCsystemisanimportantpartofpowertransmissionanddistribution.ButDCsystemgroundingfaultisoneofthecommonproblemsinpowersystemoperation.Groundingfaultsmaynotonlycauseequipmentdamage，butalso?;affectthestabilityandreliabilityofthepowergrid.Therefore，in-depthanalysisandeffectivehandlingofgroundingfaultofsubstationDCsystemareparticularlyimportant.Itwilldelveintothecauses，types，andcorrespondinghandlingstrategiesofDCsystemgroundingfaultinsubstations，inordertoprovideacomprehensivereferenceforpowerengineeringtechniciansonDCsystemgroundingfault.

KeyWords：Substation;DCsystem;Groundingfault;Powersystem

在新能源大規模接入的形勢下，直流系統逐漸成為電力傳輸的重要方式，直流系統具有輸電損耗小、穩定性好等優點，然而由于其特殊的電氣性質，一旦發生接地故障，可能對整個電力系統的安全和穩定性產生重大影響。在變電站直流系統中，接地故障分析是維護系統正常運行的關鍵環節。接地故障可能源于設備缺陷、操作不當、環境影響等多種原因，其及時準確的分析對于保障電力系統的穩定性和可靠性具有重要作用，需要明確故障類型與主要成因，以此為基礎采用相應的處理策略，從而確保故障問題能夠得到及時有效處理。

1變電站直流系統的接地故障類型

1.1有源接地故障分析

有源接地故障是指在電力系統中，系統中性點通過有源元件與地之間發生短路，形成接地故障，有源接地故障包括有源直流接地故障和有源交流接地故障。由于有源元件的存在，有源接地故障時，系統中的電流波動較為劇烈，會引起電力系統的瞬時不穩定，且有源接地故障會導致系統中性點電位升高，可能影響系統其他設備的正常運行，同時有源接地故障還可能導致系統電壓波動明顯，對電力設備造成影響。在有源直流系統中，單相接地故障是最為常見的類型，是指系統中的一個極性導體與地之間發生短路，形成單相接地故障，該故障會導致系統電流的不對稱，可能對電力設備造成損壞；雙相接地故障是指系統中的兩個極性導體同時與地之間發生短路，形成雙相接地故障，該類故障通常較為嚴重，會導致系統電壓波動較大，對電力設備產生嚴重影響。圖1為電纜有源接地故障簡圖。

1.2電阻性接地故障分析

電阻性接地故障是指電力系統中，直流系統的正、負極之一通過一個電阻性元件與地之間發生短路的故障，故障通常設備的絕緣破損、接地電阻升高等原因引起。由于是通過電阻性元件接地，電流波動相對較小，不像短路故障那樣電流劇烈波動，電阻性接地故障會導致系統中性點電壓升高，會對設備和系統的正常運行產生不利影響，且電阻性接地故障的發展通常較為緩慢，不同于瞬時的短路故障。

1.3多分支接地故障分析

多分支接地故障是指直流系統中同時存在多個分支發生接地故障的情況，分支可能是并聯的電路、設備或線路，其同時發生接地故障會導致系統復雜性增加，難以準確定位和及時處理。由于多個分支同時接地，使得故障分析和處理變得復雜，不同分支的接地可能由不同原因引起，需要全面考慮各個分支的狀態和故障情況；多分支接地故障的發生使得故障的定位變得相對困難，不同分支之間可能相互影響，故障點的確定需要綜合考慮各個分支的運行狀態和接地情況[1]。

2變電站直流系統接地故障原因

2.1設備元件損壞或性能下降

變電站直流系統中的絕緣材料，如電纜絕緣、開關設備絕緣等，隨著長時間的運行和電力負荷的作用，其絕緣材料可能發生老化，絕緣老化導致絕緣強度降低，增加設備發生接地故障的風險；導電元件，如電流互感器、電流開關等，經過長時間的使用也容易出現老化，導電元件老化會導致電流測量不準確、接觸電阻增大等問題，增加了接地故障的可能性。

2.2設備設計存在缺陷

在設備元件制造過程中，材料的質量問題可能導致元件的內部存在隱患，材料缺陷會引發元件在運行中的異常，最終導致接地故障；設備元件的制造工藝不當，如焊接不牢固、裝配不準確等問題，也可能使設備元件在運行中發生故障，增加接地故障的風險。

2.3環境因素

直流設備通常安裝在室外，惡劣的氣候條件如高溫、潮濕、強風等可能對設備產生不利影響。例如：高溫會使設備散熱不暢，潮濕可能導致絕緣擊穿，從而引發接地故障；在海邊或化工廠附近，大氣中的鹽分或化學氣體容易引起設備金屬部件的腐蝕，加速設備元件的老化，進而增加接地故障的風險[2]。

2.4設備元件不當操作

對設備進行過載操作可能導致設備元件損壞，例如：直流設備中的整流器、逆變器等元件在長時間高負荷運行下容易受到損傷，從而引發接地故障；設備頻繁開關可能導致接觸器、斷路器等開關設備磨損，增加設備元件故障的風險，進而引發接地故障。

3變電站直流系統的接地故障分析及處理措施

變電站直流系統的接地故障類型多樣，原因復雜，如果不能有效預防或及時處理，將會給變電站造成極大影響。因此，在此情況下，變電站運維檢修工作人員應了解接地故障檢測方法，實施檢測分析，為后續的故障處理打好基礎。

3.1故障診斷方法

3.1.1經驗分析方法

經驗分析是診斷接地故障中最為簡單的方式，操作人員通過觀察直流系統的運行狀態，尋找異常現象，如設備發熱、電流波動等，從而初步判斷可能存在的接地故障；查閱設備運行日志也屬于經驗分析法，運行日志中記錄了設備的運行參數、維護情況等信息，通過分析數據可以找到接地故障的原因，從而確定故障的位置和性質[3]。

3.1.2拉路查找方法

拉路查找是一種常用的故障定位方法，采用隔離法，通過逐一隔離直流系統的分支，觀察隔離后系統的運行狀態，找到引起異常的分支，從而確定接地故障的位置；短接法是通過在系統中逐一短接元件，觀察短接后系統的反應，找到引起異常的元件，進而確定接地故障的位置，該方法需要謹慎操作，以免對系統產生更大的影響。

3.1.3在線檢測方法

熱成像技術是一種常用的在線檢測法，通過紅外熱像儀對直流系統設備進行掃描，檢測設備表面溫度的分布情況。接地故障通常會導致設備局部溫度升高，通過熱成像技術可以及時發現異常熱點，幫助精確定位故障點。高頻電流法是一種在線檢測接地故障的先進技術。通過監測直流系統中的高頻電流信號，可以發現潛在的接地故障，該方法對于早期故障的檢測具有較高的靈敏度，有助于提前采取措施，防止故障進一步發展[4]。

3.2故障處理措施

3.2.1有源接地故障處理

當有源接地故障發生時，需要迅速隔離故障點，防止故障擴散，隔離可以通過直流系統的隔離開關或隔離器來實現，通過及時隔離故障點，可以減少故障對系統的影響，降低事故擴散的風險；隔離故障點后，需要對相關設備進行仔細檢修，檢查有源接地故障引起的設備損壞情況，修復或更換受損設備，并對隔離開關、隔離器等設備進行檢查，確保其正常運行，為系統的恢復提供有力支持。在隔離有源接地故障的同時，可以利用備用電源為系統提供穩定的電源支持，緩解故障對系統運行的沖擊，保障重要設備的正常運行。此外，繼電保護是識別和隔離接地故障的關鍵，合理配置差動保護、過電流保護等繼電保護裝置，能夠及時準確地檢測有源接地故障，并迅速切除故障部分，提高系統的抗干擾能力。

3.2.2電阻性接地故障處理

針對電阻性接地故障區段，可以采用局部接地裝置將故障電流引至地，減小對系統的影響，局部接地裝置需要具備快速動作、可靠性高等特點；利用故障指示器等設備，可以在故障點附近迅速確定故障位置，從而加快處理速度，并利用電阻測量儀器對故障點進行電阻值測試，幫助進一步縮小故障范圍，提高處理的精確性。針對電阻性接地故障的具體原因，采取相應的清除措施，如清除絕緣物質、修復設備等；在修復后，進行絕緣測試，確保系統恢復正常并符合安全運行要求。為了避免出現電阻性接地故障，需要定期對直流系統設備進行巡視、檢修和維護，及時發現潛在問題并進行處理，降低電阻性接地故障的發生概率，同時需要通過技術手段提高設備的抗干擾能力，減少外界因素對系統的影響，降低電阻性接地故障的發生可能性[5]。

3.2.3多分支接地故障處理

與其他故障處理相同，首先需要進行隔離與定位，進行局部隔離后考慮如何釋放故障電流，防止其繼續積累造成二次故障，通過設置故FEAJwCyNmrYjaLvERZhTSAx+dgYd5y8+Ain1nLQ7AP4=障點附近的阻性補償器或利用電流限制器等設備，將故障電流引導到地網中，實現對電流的可控釋放，能夠降低系統的故障電壓，減小對設備的損害程度。對于受損嚴重的設備，需要及時更替或修復，以保障系統的正常運行，在更替或修復設備的過程中，需要嚴格遵循相關的操作規程和安全標準，確保工作人員的安全。在完成設備更替與修復后，可以逐步進行系統的重啟X2YVaKIkRF4hVP7EDQKymxnHWXECTbgc6JOAixUqFAM=，重啟過程中需要對系統進行全面監測，確保各個參數恢復正常；利用故障錄波器等設備，對系統運行過程中的波形進行實時監測，以確保沒有潛在的問題存在。為了避免同類型故障再次發生，需要對發生的多分支接地故障進行深入的分析，總結故障的原因和處理經驗，基于故障分析的結果采取相應的預防措施，降低故障再次發生的概率。這包括系統的定期檢查、維護，以及設備的升級與改進等方面[6]。

4結語

綜上所述，變電站直流系統接地故障的深入分析及有效處理研究對于確保電力系統的安全、穩定、可靠運行具有重要的意義。只有通過科學的研究和技術手段，才能更好地預防和解決接地故障問題，為電力系統的現代化和智能化發展提供有力支持，同時促進變電站直流系統安全運行。

參考文獻

[1]高椿程.變電站直流系統接地故障分析及處理方法[J].自動化應用，2023，64（6）：58-60.

[2]陳釗，王高亮，王冬.有關變電站直流系統的接地故障檢測討論[J].進展：科學視界，2021（9）：77-78.

[3]井勇森.變電站直流系統接地故障處理措施分析[J].光源與照明，2023（1）：150-152.

[4]程媛，張健韜，李仲強，等.變電站直流系統接地故障查找策略綜述[J].南方能源建設，2023，10（5）：57-64.

[5]余海.基于物聯網的變電站直流絕緣檢測技術研究[D].淄博：山東理工大學，2021.

[6]陳文海.區域電網偏磁直流分布關鍵站點辨識方法研究[D].西安：西安科技大學，2021.