变电站直流系统接地故障新型查找方法

王龙，杨凯，秦川，黎月泰

(国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司，宁夏 吴忠 751100)

1 问题的提出

变电站直流系统为各种控制、自动装置、继电保护、信号装置、断路器分合闸等设备提供可靠的工作电源，同时也可作为所用电的备用电源[1]，是变电站的一个重要组成部分，因此，直流系统的可靠性，对变电站的安全运行起着至关重要的作用。

直流系统供电网络分布广，涉及回路众多，外露部分较多，易受外界环境因素影响引起直流接地报警，造成直流系统不稳定运行。直流系统为不接地系统，直流电源中性点存在于直流系统绝缘监测装置，利用电桥平衡原理，使得正极和负极对地的电阻值大致相同，对地电压平衡。如果直流系统发生接地，电桥平衡被打破，接地极对地绝缘电阻值下降到临界值，引起接地极对地电压降低，非接地极对地电压升高[2]。

1.1 直流接地产生原因

(1)直流系统连接设备众多，回路复杂，长期运行时，二次回路及设备容易老化，对地绝缘性能下降，易引发直流接地故障[3-4]。

(2)安装施工工艺不良、非人为机械力的破坏等，造成电缆绝缘受损，与设备外壳接触，发生接地现象。

(3)受环境气候影响，尤其是在下雨潮湿环境下，户外端子箱和机构箱密封不严进入水分，使得二次直流回路受潮而造成接地[5]。

1.2 直流接地故障分类

(1)按照接地极性划分，可以分为正接地和负接地[6]。对于220 V直流系统，当正极完全接地后，正极对地电压降为0，负极对地电压升为-220 V。

(2)按照接地种类划分，可以分为直接接地和间接接地。对于220 V直流系统，当系统发生直接接地时，接地极对地电压降为0，非接地极幅值升至220 V；当系统发生间接接地时，根据绝缘下降程度不同，接地极对地电压幅值在0～110 V之间变化。

(3)按照接地数目划分，可以分为单点接地、多点接地。通常情况下，系统单点接地虽然不影响系统整体运行，但为了防止多点接地，工作人员也需要尽快排除故障。

1.3 直流接地故障危害

(1)直流系统多点接地会造成断路器误跳闸[7]。图1为直流系统接地模拟，A、B两点直流完全接地，继电器KA触点被短接，跳闸线圈TQ两端电压达到动作值，造成断路器误跳闸。

(2)直流系统多点接地会造成断路器拒动[8]。如图1所示，当B、C两点直流完全接地时，跳闸线圈TQ两端被短接， TQ失电无法动作，造成断路器拒动。

图1 直流系统接地模拟

(3)直流系统多点接地会引起熔断器熔体熔断。如图1所示，当A、C两点直流完全接地时，直流正负极短路，引起熔断器熔体熔断。

1.4 直流接地故障传统查找方法及优缺点

直流接地故障传统查找方法有两种：

(1)瞬间拉路法[9]。即依次拉合电源空开，查找原则为先户外，后户内；先断非重要回路，后断重要回路；先断新投运设备，后断其它设备。

(2)绝缘监测装置查找法。微机型绝缘监测装置在直流系统中已得到普遍使用，能实时监测直流母线和各馈电支路的绝缘状况。当系统发生直流接地故障时，可以实时记录故障信息，及时上传调度中心，同时显示接地回路编号，将故障范围缩小到具体某一支路，为检修人员查找节省一定时间[10]。

以上2种故障查找方法均有一定的缺点，瞬间拉路法虽操作简单，无需其它辅助设备，但盲目性比较大，没有明确范围，在反复进行拉合试验时，易造成设备损坏，存在安全隐患；绝缘监测装置虽能在母线支路上锁定有效故障范围，但无法监测支路以下回路故障范围，仍给检修人员造成一定困难。同时，此类装置抗分布电容干扰性差，造成误报，存在检测精度不高等问题。

鉴于传统故障查找方法查找用时长、精准度低，变电站引入了一种新型直流接地故障定位仪，该定位仪可以精准查找接地故障点，有效消除故障，确保变电站直流系统安全、可靠运行。

2 直流接地故障新型查找方法

2.1 新型直流接地故障定位仪工作原理

该故障定位仪由2台装置组成：1台为直流母线监测与信号发生器；另1台为支路检测或接地点查找信号接收器(电流钳)。当直流系统发生接地故障时，信号发生器产生超低频直流检测信号，电流钳可在接地点处接收超低频直流检测信号，达到接地故障点查找目的，接地电阻越小，电流钳接收检测信号输出幅度越大。

具体使用方法：在支路检测中，首先利用仪器判别接地极性，若为正接地，可在正极与地之间装设信号发生器；若为负接地，可在负极与地之间装设信号发生器。信号发生器装设完毕后，可在直流各分支回路移动电流钳以查找故障接地点。检测信号的强弱与接地电阻成反比，电阻越小，电流钳接收到的检测信号越强。

2.2 现场案例

2018年4月12日，某110 kV变电站报“直流接地”信号，直流绝缘监测装置显示：“直流系统正极接地；101Z支路发生接地故障”。该变电站直流系统接线如图2所示，直流母线引出8条支路，其中101Z支路为110 kV I段控制电源，且110 kV I段设备屏顶小母线又引出8条支路，直流绝缘监测装置虽报101Z支路发生接地故障，但无法确认具体支路回路的故障点，给查找带来一定的困难。

现场检修人员利用新型直流接地故障定位仪后，在15 min内便查到了故障点，具体过程如下：

(1)根据故障信号提示，检修人员用万用表测直流母线正极对地电压0 V，负极对地电压-230 V电压。确定正极接地后，检修人员将信号发生器接至正极母线与地之间，手持电流钳夹在101 Z支路正极线路上，电流钳显示19，证明101 Z支路存在接地现象。

图2 某110 kV变电站直流系统分配

(2)确定101 Z支路后，检修人员利用电流钳从201 Z至208 Z支路依次查找，201 Z至207 Z均显示2，证明这7条回路正常。

(3)在208 Z 1号保护测控屏内，继续上述方法，最终查到户外1号主变有载调压端子箱内1根滤油机线路正极接地，故障消除后后，直流接地信号消失。

3 效果评价

(1)经过实践检测，采用新型直流系统接地故障定位仪后，变电站直流系统查找故障时间由原来2 h缩短至30 min。从2018年4月至2019年6月，宁夏吴忠地区共发生直流接地36起，利用新型直流系统接地故障定位仪快速准确查找故障成功率为100%。

(2)新型直流系统接地故障定位仪产生的是低频直流信号，对直流系统分布电容及电磁干扰抑制能力较强，不会发生误报，同时采用微电脑进行软件滤波算法，精度高，定位准确性大大提高。

(3)采用新型直流系统接地故障定位仪，不需要对直流系统中各负荷进行停电处理，只需电流钳监测电流即可，大大提高了直流供电的可靠性，降低了安全隐患。

4 结 论

(1)对直流系统故障产生原因、故障类型及故障危害进行了分析，直流系统对于变电站安全可靠运行至关重要，应及时处理，避免影响变电站直流系统安全、可靠运行。

(2)介绍了传统和新型直流接地故障查找原理及方法，并对2种方法进行比较，通过实际案例验证了直流接地故障新型查找方法的优越性。

(3)新型直流系统接地故障定位仪在生产实际应用中，性能稳定，准确率高，为检修人员查找直流接地故障提供了技术支持，保证了变电站安全稳定的运行。