500kV变电站直流系统组成及接地故障分析

李海亮

摘要：变电站直流系统是独立于主网架之外的电源系统，直流系统运行方式不受一次设备运行方式的影响。直流系统在变电站中承担着重要角色，一般为保护装置、隔离开关等设备的控制回路提供电源，也常用于变电站站内事故照明逆变电源部分提供直流电源。直流系统电压是否正常、两极绝缘是否良好关系到保护装置能否正确动作，严重时甚至会导致保护出现闭锁、控制回路失去作用、断路器操作电源失效等。

关键词：500KV变电站;直流系统;接地故障

1 500 kV变电站直流系统工作原理及组成

变电站直流系统一般包含两段，每段直流由站内两个来源不同的站用交流电通过各自所附属的充电机模块实现整流，确保站内直流供电系统的可靠性。

500 kV变电站直流系统通常包含由站用变提供的交流供电电源、用于整流的整流器（充电机）模块、直流馈电单元以及系统绝缘监测模块。其中，整流器模块和绝缘监测模块是整个直流系统的核心。

1.1 整流模块

整流模块目前已广泛应用于系统发电厂、变电站中，一般可作为直流稳压和稳流电源使用。通常情况下，变电站整流模块输出的标称直流电压一般为220 V，额定电流一般为10 A。整流模块在上级三相交流电源输入后，先经过EMI滤波和三相全波整流后形成高压直流电，再经过全桥移相逆变、整流为频率约140 k Hz的脉冲电压波，最后通过内部的滤波装置后形成220 V的直流电源。

在变电站中，一般一个充电机屏包含有多个整流模块，各个整流模块之间可以并联运行并实现自动均流。多模块并列运行的优势在于，当某个或几个整流模块出现异常或故障退出运行时，其他整流模块可以不受影响，继续保持正常运行，从而从源头上提高直流系统运行的可靠性。投入实际生产运行中的整流模块一般还包含热插拔功能、过流保护功能、过温保护功能、短路保护功能、输出过压保护功能以及告警功能等。

1.2 绝缘监测模块

绝缘监测模块主要作用是实时不间断监测直流系统的绝缘状况，以集散方式通过整流模块内部的监控电路、信号采集单元等对当前系统绝缘参数进行采集，将采集的数据以串行通信方式传输给微机直流监控装置的主机。绝缘监测模块在其主板上扩展了串口和以太网接口等，可实现与多个各级智能设备的连接和数据传输，也可通过RS-485方式或以太网接口将采集的告警、开关量信息等传输到监控后台。

绝缘监测模块包含有核心电路、开关量输入单元、开关量输出单元、人机接口界面、COM串口、通信接口等。绝缘监测模块通过对整流模块的输出电压电流信息、电池巡检装置单个蓄电池电压、温度等智能设备的运行参数进行实时数据采集，满足了电力系统对直流电源的监控要求，替代了需要人工对直流电源系统进行巡视、维护、管理的传统模式，提升了变电站直流电源管理的智能化水平。

2 变电站直流系统接地故障类型及其危害分析

2.1 直流系统接地故障类型

实践中通常将变电站直流系统正、负极与大地间的绝缘水平降至某一规定值的现象，称作直流系统接地。根据按接地极性不同，又可以细分成正极接地、负极接地两种;根据接地类型不同，可将其分成金属性接地、非金属性接地 （也就是完全与不完全接地） 。

2.2 直流系统接地故障的危害

实践中，如果变电站直流系统上出现了两点接地现象，则该系统可能会出现接地性短路故障问题，进而导致继电保护、自动设备误操作，信号等灭掉或出现拒动现象，更为严重时直流空开会出现跳闸现象，最终使自动设备、保护装置以及控制回路等工作环节，失去电源，并且使一次设备产生严重的安全隐患问题。对于断路器而言，其跳闸线圈与负极电源相连接，当变电站直流系统的两点正极出现接地问题时，其正极经大地可能形成一个闭合的回路 ，当A、B两点同时接地，相当于A、B两点通过大地相连接起来，中间继电器2J1动作生成断路器的跳闸。若变电站直流系统的两点负极发生接地现象，则保护动作环节也可能出现短路现象，断路器停止正常的动作或者拒动，越级跳闸或更为严重的事故问题由此产生。

3 直流系统接地的故障分析

3.1 直流系统接地的原因

直流系统接地的原因可分为人为因素、设备因素、环境因素、其他因素等。

人为因素造成直流接地。检修人员漏包扎带电二次回路电缆头、测量二次回路时误碰设备金属外壳、施工中将二次回路电缆损坏造成接地等。人为因素造成的直流接地多为人员疏忽或技术能力不足造成，是变电站改扩建过程中直流接地的主要因素。

设备因素造成直流接地。直流系统在设备长期运行过程中易受到各种不利因素影响，如改扩建造成寄生回路、长期不良环境造成绝缘老化、设备质量差绝缘寿命不足等都会造成直流接地，对设备稳定运行带来影响。

环境因素造成直流接地。直流接地多發生于末端支路上，因为末端支路运行环境恶劣，易出现受潮、高温现象，对直流系统绝缘带来很大威胁。如箱体内凝露、雨天箱内积水、持续高温等情况，短时间或持续不断的降低直流系统绝缘，造成接地。

其他因素造成直流接地。除常见的各类因素外，变电站内还有很多其他因素易导致直流接地现象发生，如小动物破坏、长期靠近转动部件造成磨损等，这类因素在变电站中也时有发生，且不易于防范。

3.2 防止直流系统接地的防护措施

为防止直流系统接地，可采取以下防护措施：对直流系统定期开展检查维护;加强工作监督力度;开展特殊巡视。

4 直流系统接地故障查找与排除

4.1 接地故障查找方法

变电站直流接地查找一般采用拉路法、在线监测法进行故障点查找。

拉路法是变电站中最常用的一种直流接地查找方法，一般遵循“先信号后控制、先室外后室内”的原则执行。该方法通过断开某一支路的直流馈线空开，判断故障点是否消除，确认故障支路从而确认故障点。采用拉路法应至少两人进行，拉开断路器控制回路、保护装置电源前应先向相关调度申请，调度同意后方可进行。

在线监测法是通过站内直流系统上安装的直流监测装置判断故障支路，通过上下级监测装置配合可确认故障具体支路，并根据现场天气、施工作业情况确认故障点。该方法实施中应先根据总监测装置情况确认故障区域，再根据某电压等级直流分配屏监测装置查找相关直流，最终确认终端支路，该方法可与拉路法相结合，可快速查找直流接地故障。

4.2 直流接地故障的排除

变电站内发生直流接地故障时，应首先确认站内有无工作，若有工作应要求工作立即停止，检查作业现场有无造成直流接地的因素。若站内无工作，先根据绝缘监测装置告警提示查找，通过一级一级地查找逐渐缩小范围，最终确认故障支路，根据天气情况和装置提示找出故障点。采用拉路法、在线监测法确认支路后，还可利用直流接地故障查找仪确认故障点，便于提高查找效率。

5 结束语

变电站直流系统的运行状况直接影响带变电站保护及自动化装置能否正常运行。现阶段，直流系统也正朝着愈加复杂的方向发展，使直流系统发生接地故障的概率增加，而且也增加了查找故障点的难度。针对直流系统，日常工作重点应放在平时的防范上，对于容易发生接地的地方要加强巡视，出现直流接地故障时要尽快找出接地点，并采取正确的隔离措施，以便后续的恢复工作。

参考文献

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