浅析变电站直流系统接地故障

张明友

（中国南方电网超高压输电公司南宁局，广西 南宁 530021）

变电站直流系统主要由蓄电池组、充电机、直流主屏、馈线屏、母线电压与绝缘监视装置及微机直流监控装置等组成，为保护、自动装置、测控装置、操作回路、事故照明等装置提供工作电源，其可靠性直接影响变电站的安全稳定运行。直流系统发生一点接地时，通常是可以继续运行，不会造成什么危害的。 但若发生另一点接地时，就可能会引起保护装置、自动装置以及操作回路发生误动或者拒动、直流电源短路、熔断器熔断等严重后果。因此，直流接地现象出现后，必须及时消除接地故障，确保变电站直流系统安全稳定地运行。

1 变电站出现直流接地现象的原因

变电站直流系统分布范围广，电缆多且长，很容易受到人为、天气、外部等众多因素的影响，导致某些元件绝缘降低甚至损毁，进而导致直流系统接地。引发直流系统出现接地故障的原因归纳起来大致有以下四个：

（1）气候条件。 户外二次回路设备在大雨、潮湿、重污等恶劣气候中运行， 户外设备或端子绝缘严重下降， 易诱发直流接地。 如在大雨、大雾天气，雨水或雾气进入未密封严实的户外端子箱或机构箱，使二次回路正电源或负电源对地绝缘电阻降低，容易引起接地。

（2）材料问题。 部分二次设备绝缘材料不达标容易出现绝缘问题，或者投入运行时间长了，年久失修产生绝缘老化问题，这些都极易引发接地现象。

（3）设计施工。 电气设备及二次回路由于设计、安装、维护、运行不合理，造成直流回路中出现裸线、电缆线头松动脱落等，引起接地。 如：二次回路电源端接头不牢固或断线，设备受到震动或人为误碰的影响， 造成直流接地故障； 备用电缆芯没有包好、 垫片或螺杆掉在空开上同时接触到柜体和任一极时易引起接地； 直流与接地设备之间的绝缘间距由于设计失误或者在安装时留出的距离过短， 存在间隙击穿的可能， 从而造成直流接地。

（4）日常维护。 灰尘沉淀、潮湿时，如果某些接线端子有灰尘，在空气湿度较大的情况下，绝缘性会降低；小金属片掉落在元件上或小动物进入直流带电设备都有可能会造成直流接地，例如某些接线头、垫圈、螺丝等小零件掉在带电回路上或壁虎、老鼠等进入带电回路。

2 变电站直流系统接地的种类

变电站直流系统网络连接复杂， 根据不同的分类方法，可分为不同的接地情况，比如按极性分为正极和负极接地；按种类分为直接接地（即金属接地或全接地）和间接接地（即非金属接地或半接地）；按接地情况分为单点、两点、多点、环路接地和绝缘接地。 具体的直流接地故障有下面七类：

（1）电缆接地：直流系统回路电缆因老化、损坏等原因接地，包含未拆除的备用电缆芯。

（2）元件接地：直流系统电气设备元件接地，主要有多个继电器绝缘降低、压力表进水、抗干扰电容盒接地等情况。

（3）蓄电池接地：产生的原因是蓄电池长期过充电、过温，导致壳体膨胀裂开；壳体老化；蓄电池底部微小颗粒在应力的作用下，将蓄电池底部壳体顶坏。

（4）交流窜电接地：交流电源与电压互感器二次回路电压源，由于绝缘下降、误碰、误接等原因，串入直流系统，造成直流系统接地。

（5）直流互窜接地：直流互窜接地为直流环网故障接地，即两套独立运行的直流系统，出现电气连接现象并接地，称之为环网接地。

（6）绝缘监测装置接地：因绝缘监测装置内部故障，如一侧平衡桥断开、正负极平衡桥全部断开、平衡桥电阻偏大、切换桥电阻偏小等原因造成绝缘监测装置接地。

（7）人员因素接地：如错用万用表档位测量压板电位引起的接地。

3 直流系统接地的危害

变电站直流系统正极接地可能会造成保护误动，而负极接地则可能造成保护拒动或继电器被烧坏。 直流系统在发生一点接地的情况下虽可继续运行，但必须及时处理。 不然的话，倘若发生另一点接地，则可能引起接地短路，造成保护自动装置、控制回路、开关等设备的误动或拒动，严重时造成保险熔断，使得整个保护自动装置、控制回路、开关等设备失去电源，开关误跳闸或拒动，进而导致设备损坏、事故范围扩大，威胁电网的安全稳定运行。

图1 变电站直流系统接地故障示意图

以上图为例来简要说明直流接地的危害：当直流系统正极A 点发生接地时，若此刻B 点或C 点也发生接地，就会使保护误动作而造成断路器跳闸；当直流系统负极D 点发生接地时，若此刻C 点或E 点也发生接地，将会使继电器或跳闸线圈短路，造成保护拒动；当直流系统A 点、D 点同时接地时，正负电可通过大地形成回路，可能造成保险熔断从而使直流回路失去保护、操作电源。

4 直流系统接地故障的查找与处理

直流接地故障查找可分为接地告警、接地选线及接地定位三部分。接地告警是直流系统最基本的功能，能够快速准确地反映各类接地故障；接地选线可减少故障的处理时间；接地定位是直流接地故障查找的最终目标。 目前变电站一般均配备有绝缘监测装置及接地选线装置，可以进行直流接地的报警及选线，而接地定位一般用便携式接地检测设备。 直流系统接地故障出现后，变电站值班人员应快速找出接地点，消除故障并恢复直流系统的正常运行。

4.1 利用绝缘监测装置进行判断

直流系统绝缘监测装置现在得到了普遍的运用，其正常工作时，能够实现实时监视，并数字化地显示出直流系统的母线工作电压、对地绝缘状况等信息。 当系统发生接地故障时，绝缘监测装置自动报警并产生低频直流信号， 对每条直流回路所采集的信号进行分析，判断出故障线路及接地电阻值，自动完成查找接地支路的选线功能。 最后通过便携式接地检测设备进行接地定位，查找出接地故障点。 绝缘监测装置的优点是可以在不切断直流系统负荷的情况下进行故障查找， 因此提高了变电站直流系统供电的可靠性。

4.2 利用拉路法进行判断

对于未安装多路绝缘监测装置的直流系统，当出现接地故障后，可通过“拉路”来确定故障接地点。 拉路法是指逐一、分别断开直流系统中各直流回路开关来确定故障接地点的方法。 当断开某一直流开关时，若故障消失，说明故障在该直流馈线回路中，继续运用拉路法往下查找，则可进一步确定故障点在哪一支路当中。具体的查找原则可以归结为：先户外设备，后室内设备；先信号、照明回路，后控制、操作回路；先查找有明显缺陷的回路，后查找正常运行的回路；先查找新投运或备用设备，后查找运行设备。 在断开运行的直流回路空开后，应立即检查告警信号情况， 断开时间不得超过3 秒， 不论直流回路是否接地均应合上。 若断开的直流回路为保护、自动装置的电源回路，则有可能使保护、自动装置因失电而误动，所以在断开该类设备的直流电源前应当采取必要的安全措施， 如断开电源前向调度员申请退出保护、自动装置等。 若用“拉路法”不能找出接地点，可能是出现了下面几种情况：（1）接地点可能在直流母线、充电机或蓄电池组上；（2）直流系统采用并联或环路供电方式，而在拉路之前没有解列或断开环路；（3）直流系统存在多点接地的可能；（4）直流回路互窜接地或有寄生回路。

4.3 对非金属性接地或者非持续性接地的检查

非金属性接地或者非持续性接地是直流接地故障中非常难查找的一种情况。 这类故障出现频繁、持续时间短且装置难以监测， 运维人员必须密切监视并记录告警信号出现时的异常状况，通过记录下来的异常信号来分析整个直流回路图。 因此，对于该类故障的查找，最好由有丰富经验的运维人员主持，其他人员从旁协作。

5 结语

直流系统对于变电站的安全运行极为重要，直流接地故障作为变电站里常见的故障， 必定会对变电站的稳定运行产生影响。 因此正确掌握直流系统接地故障的查找方法尤为重要，系统全面地了解直流系统接地故障形成的原因、种类、危害等相关知识是非常必要的。 作为运维人员， 应不断提高对直流系统的认识，总结过去排查各类直流接地故障的经验，正确有效地掌握查找方法，确保设备健康运行，确保电网安全稳定运行。

[1]廖军，吴胜，戚振彪，蒲道杰，景瑶.直流接地故障分析与查找[J].广东电力，2013，26（1）:98-103.

[2]朱新菊，张亚峰.变电站直流系统接地故障分析与处理方法[J].电气开关，2013，1:7-9.

[3]王建杰，张敬平，尹志辉.浅谈变电站直流系统接地的危害和处理[J].科技广场，2017，7:123-125.

[4]上海市电力公司，上海超高压输变电公司.变电运行操作技能必读[M].北京:中国电力出版社，2008.