变电站直流系统接地故障分析

2012-08-18张永生胡旭东潘晓明周陈斌

电力安全技术 2012年1期

张永生，胡旭东，王伟，潘晓明，周陈斌

(苏州供电公司，江苏苏州 215004)

变电站直流系统是变电站内所有继电保护、自动化装置、二次控制回路、断路器分合闸机构、事故照明等设备的工作电源，并保证在交流失电状态下不间断的供电。由于变电站直流系统对变电站的安全可靠运行起着非常重要的作用，被称为变电站的心脏。因此，直流系统发生故障将对变电站的安全运行产生重大影响。变电站直流系统主要由蓄电池组、充电机和直流馈线屏及馈线3部分组成。直流系统故障大多为直流系统内部一点接地。在发生故障后，应立即找出接地故障点，并尽快消除，否则可能产生严重后果。

1 直流系统接地的危害

变电站直流系统一般采用悬浮供电方式，电源正负极均不直接接地，这样当直流电源某一极接地时一般不会立即发生短路现象。但由于DC/DC开关电源的大量应用，其EMI抗干扰措施使用了大量的电容，使得直流母线对地电容过大，即图1中C+和C-较大。因此，若K2点发生接地故障，直流系统中的对地电容C+和C-有可能对出口继电器TQ进行充放电，出现电流冲击而造成保护装置误动。当继电器内阻大、动作时间快、动作电压低、电源负极对地电压较高时，一点接地更容易造成保护装置误动。因此，发生直流系统一点接地故障时，必须防止发生两点接地或保护装置误动。

如果直流系统已有一点接地时再发生另一点接地，则容易产生寄生回路，造成直流电源短路、保护装置误动或拒动，从而严重威胁电网的安全运行。如图1所示，若K1和K2点同时接地，保护跳闸出口继电器TQ将动作，从而造成保护误动；若K1和K3点同时接地，则会造成电源短路；若K2和K3点同时接地，即使保护动作跳闸，但是TQ被K2和K3点短路，TQ无法动作，从而造成保护拒动。因此，直流系统均安装了直流绝缘监测装置，在一点接地时装置发出直流电源接地故障报警信号。工作人员在收到直流电源接地报警时必须及时处理接地故障，防止故障扩大。

2 直流系统接地原因分析

由于变电站直流系统分布范围广，各部分运行环境不同，所以引起直流系统接地的原因是多方面的，主要有以下几个。

(1) 直流系统绝缘老化。经过多年运行，直流系统受灰尘、潮湿或各种腐蚀性气体的腐蚀，某些元件的绝缘性能降低，从而发展为接地故障。

(2) 天气的影响。雨、雾、雪等天气可能造成直流系统受潮，某些电缆甚至会浸泡在水中，使某些部位的绝缘性能下降，造成接地故障。

(3) 工作人员操作不当。由于二次回路经常有各种施工，工作人员在施工过程中可能留下导线接头、螺丝、垫圈等杂物，这些杂物容易造成直流系统金属性接地。另外，检修过程中检修人员接错电缆芯号、误碰带电部位等也易造成直流系统接地。

(4) 产品设计不合理。当直流系统中蓄电池电压巡检设备、绝缘监察设备、端子箱、机构箱等设计不合理时，在受到震动、机械力等作用下容易造成直流系统接地。

3 直流系统接地排查方法

由于直流系统接地的原因复杂多样，很难直接判断是何处接地，因此必须根据运行现场的实际情况尽量缩小查找范围，最终准确定位故障点。

直流系统接地故障排查的一般原则如下。

(1) 严禁故障扩大化。排查故障过程中，严禁二次回路有人工作，防止造成直流短路或另一点接地。

(2) 缩小故障查找范围。在查找接地点范围时，应先考虑室外因素，再考虑室内因素。在检查回路时，应先检查对安全影响较小的信号回路，再检查对安全影响较大的控制回路。采用拉回路的方法检查时，要先拉次要回路，再拉重要回路。

故障排查时一般采取如下步骤。

(1) 分析运行现场情况。故障排查时首先要考虑接地故障时设备的运行环境。如果故障时是阴雨天气，主要考虑户外装置是否因受潮使绝缘降低造成接地；如果有人员在二次回路工作或有设备检修试验工作，应主要考虑是否是人为失误造成接地。

(2) 查看绝缘监察装置报警信号。根据报警信号确定接地发生在哪一条母线上或哪一条馈线上。对于馈线接地，绝缘监察装置能够准确判断；对于蓄电池、直流母线、充电机3个部位，绝缘监察装置是无法检测的。在没有明确结论的情况下，可以将母线分段开关拉开或闭合退出一组蓄电池，以缩小接地故障的查找范围，此时要注意监视“直流母线接地”信号是否消失，同时测量该段直流母线对地电压。

(3) 瞬时停电查找接地点。如果使用上述2种方法都不能找到接地点时，就只能采取瞬时停电的方法。其原则是先停与继电保护无关、不影响电网跳闸的设备，再停继电保护设备。根据现场经验，一般顺序为：停役电源、试验电源、备用电源、事故照明电源、继电保护信号电源、中央信号电源、继电保护设备电源等。

4 案例分析

2011年8月，苏州某220 kV变电站发生直流接地故障。由于故障当日曾下雨，所以初步判断故障是由于户外装置受潮使绝缘降低造成的。查看绝缘监察装置，报告显示：110 kV测控环路电源正极对地电压为10 V，正极对地电阻为0，负极对地电阻为99 kΩ。这说明110 kV测控环路电源正极接地故障。由于该站绝缘监察装置未安装支路检测互感器，故不能确定是哪条110 kV测控电源发生接地故障。

因此，只能采用瞬时停电法查找具体接地点。当断开17A9线遥信电源后，测量得直流正极对地电压为105 V，负极对地电压为115 V，电压恢复正常，同时直流接地报警信号消失，这说明是17A9线测控电源正极接地。打开17A9线路间隔户外端子箱发现，其线路侧接地刀闸机构箱进水。于是将该接地刀闸直流电源线拆除，恢复17A9线路间隔直流电源，不再有直流接地现象。这样就确定了17A9线线路侧接地刀闸端子箱受潮造成直流接地。随后，将该端子箱内部端子及导线烘干后恢复送电，一切恢复正常。