变电站直流系统接地故障查找

谢培鑫

广东电网有限责任公司潮州供电局 广东 潮州 521000

引言

直流系统指的是大中型变电站中的一些保护装置，如继电保护器，它还指代一些控制单元以及提供信号的装置，还充当意外发生时的一种应急照明装置。这种系统的特点是布局的范围广，所工作的环境比较复杂，易于受外部因素干扰。接地和短路故障是直流系统发生故障的类型中比较常见的两个。短路故障可以根据一些故障信息，快速判断故障位置，但接地故障由于其故障类型复杂，以及工作环境恶劣，很难快速判断故障位置。

1 变电站直流系统接地故障的研究现状

1.1 直流系统接地故障的概念

直流电源是具有极性的电源，即有电源的正极和负极。直流电源的“地”不是实际的接地，只是中性点的概念。如果直流电源系统正极或负极与接地之间的绝缘电阻降低到某一设定值，我们称该直流系统为正极接地故障。如果将这种接地故障进行分类的话，大概可以分为两类：①单点发生接地。单点也就是直流系统某个点由于发生故障与大地相连，注意这里说的是一个点与地相连，也就是因为就一点，所以也不会对系统产生多大的影响。但也不可忽视单点接地的影响，为了防止它们成为两个连接点与地相连，必须及早检测和解决故障点。②具有两个或多个端点与大地相连。这里说得多点就是指系统中多个点同时发生了故障，因此这种接地故障的影响是比较大的，这种影响通常不是指这个线路发生故障而是指由于该接地故障的产生对系统其他设备产生干扰使得其无法正常工作，这种故障设备多了就回会导致整个直流系统发生故障，进而使变电站没法正常运行，再严重可能会导致整个系统故障，因此这种故障必须尽早解决。

1.2 变电站发生接地故障的原因

由于直流系统长时间工作在比较恶劣的环境，所以很容易受到环境的影响，会导致输电线发生绝缘破坏以及其他方面的问题，还有就是这直流电力系统分布的范围比较广泛，一旦发生故障也很难及时进行查找。由于接地故障的产生对系统其他设备产生干扰使得其无法正常工作，这种故障设备多了就回会导致整个直流系统发生故障，进而使变电站没法正常运行。通常来说，变电站发生接地故障的原因有很多，但主要以下几点对变电站影响是比较大的：①二次回路和系统部件的磨损，使系统的部件发热并引起设备的烧伤；②未连接和组装二次电路和设备或者说连接失败发生错误，例如源与源之间的安全距离太小；设备和系统的运行方式不符合标准规定。③小动物可以进入贴纸的配电箱，到达配电箱内部，在这过程中会对配电箱内部的线路和小零件等产生破坏，使得某些不该连接的线路或小零件由于小动物而发生错误连接，这些都会导致接地故障的发生。

1.3 接地故障会对变电站产生的危害

直流系统本身是否能可靠运行，对变电站辅助系统的稳定性也是非常重要，辅助直流系统是变电站系统的其中一个分支。在设备正常运行时，经常会因各种原因比如由于工作人员不正确地使用分离系统而导致辅助动力单元的操作出现问题或者外在的一些因素产生的干扰，这些会产生各种问题，也就是通常说的系统故障，虽然这些故障是对电路有直接的负面影响，但决定变电站其工作与否的却是电路，电路进而决定了变电站和电力公司的发展。这种故障通常最严重的是接地故障，接地故障则可分成单点和多点接地。当单点接地意味着系统某个线路直接接地，这时线路中的干扰不一定会对系统产生影响。但是，如果两个点或者多个点接地，则可能会导致严重的电气事故。这种事故通常不是指这个线路发生故障而是指由于该接地故障的产生对系统其他设备产生干扰使得其无法正常工作，这种故障设备多了就回会导致整个直流系统发生故障，进而使变电站没法正常运行。

2 变电站对接地故障时的一些查找方法

2.1 使用“拉路法”查找接地故障点

谈到“拉路法”大家可能都不知道什么意思，这种方法就是用来检测接地故障的，其含义简单点来说，就是当发生接地故障时，按照系统的顺序一次将线路断开，并观察系统的接地现象是否还存在，如果说消失，就是刚断开的系统线路处发生了故障，如果现象仍存在，说明断开的线路不是故障接地点，需要继续按顺序断开[1]。对这些电路故障接地点的搜索通常从安全信号电路和光电路开始。当确定这两个电路没有发生故障才进行下一电路的排查工作。下一电路指的是操作系统电路和一些保护控制电路。由于发电厂的一些电路设计得也十分复杂，线路连接过于紧密，当这些点发生故障进行查找时是十分困难的。此外，由于该方法也很容易受到外界因素的干扰，所以可想而知检测的准确性也会受到影响，简单点说就是与操作人员本身也有很大关系，如果是经验丰富水平比较高的人员使用该方法就会比较实用，因此，解决问题的效率和精度必须与其他有效手段同时结合。

2.2 使用“在线检测法 ”查找接地故障点

“在线检测法”顾名思义是在线对设备进行故障检测，这种检测方法通常是借用微机式直流电源，这种检测方法可以对整个直流输电线路系统进行监测，这种监测方法主要是监测输电线路系统是否发生接地，它还可以接地的线路极性进行判断[2]。在支持设备的单元中，有一个低频发生器，可产生直流和接地频率之间的最大电压。如果高压发电机出现故障，电流信号会通过电流互感器到达相关监测设备，设备在根据信号来进行计算，就可以判断故障点发生的位置。与“拉路法”相比，“在线检测法”不需要按照系统顺序依次断开线路，这种方法可以不需断开线路在线检测错误信号，从而减少搜索和处理所需的时间，但是在线测试的技术参数不够好，这也使得没法及时对故障点的信号进行响应，从而错过故障整理的最佳时间，这也极大限制了该方法在直流输电线路系统故障检测中的应用，因此提高该方法的响应能力是目前急需做的。

2.3 使用“自动隔离定位法”查找接地故障点

“自动隔离定位法”从名字分析就是需要隔离进而定位判断出故障点的位置，从专业角度分析该方法的含义就是指在相同条件下将一个线性系统的线路与正常运行的系统线路进行对比，通过比较设备的运行情况以及接地点的转移，来找出接地故障发生的位置。这种方法与“拉路法”相比，该方法也不需要直流输电线路依次断电，也就是在接地故障的搜索过程中，系统都可以正运行供电，这种方法特别适合流经变电站直流系统的辅助系统多个接地点发生故障。在直流系统的多个输电线路发生接地故障，可以考虑采用“自动隔离定位法”。该方法虽然可以不断电对多个点进行故障排除，但是这种方法使用起来比较复杂，需要很高的技术水平，对工作人员的要求较高。“自动隔离定位法”更适合同时搜索多个联轴器，但缺点是控制复杂。因此，为了提高故障的搜索效率，减少对系统路线的影响，可以考虑多种方法混合使用而不局限于某一种方法。

2.4 使用新型查找方法来查找接地故障点

除了上面所说的三种对变电站直流输电线路进行故障点查找的方法外，还有一种比较新的方法。这种新型方法是借助一种所谓的新定位技术来对故障点进行定位，这种定位技术的原理是利用直流接地故障定位仪装置。这种定位仪装置由两个单元组成：一个用于监控信号机制的直流线路[3]；另一个接收器是一个检测器，用于采集或连接分支（电流钳）。如果直流输电线路系统出现重复错误，信号发生器会发出一个频率非常低的信号，电流钳就会将这个低频信号检测接收到，进而可以快速判断接地故障发生的位置。具体使用：在现场测试中，首先可以通过设备识别接地的极性，如果检测的是正极，就可以在直流系统的正极与大地之间安装信号发生器，反之，如果检测的是负极，就可在变电站直流输电系统的负极和大地之间安装信号发生器。一旦安装了信号发生器，就可以将所有电线上的电压转换为直流，以便找到故障连接点。信号探测的强度与接地的电阻是一种反比例关系，也就是电阻越低，夹具接收的测量信号越强。

3 当发生接地故障时的一些处理原则及措施

3.1 发生接地故障时的处理原则

协助电厂直流系统进行故障处理时应遵循以下原则：对参与故障查找和管理的人员采取保护措施，以防止因线路故障对工作人员产生人身危害。对于变电站的二次回路部分人员无法操作，因为这块的危险性十分高，应禁止工作人员靠近。当发生故障造成系统相关设备无法正常工作，需要对故障点进行查找时，至少两人及以上人数对系统外工作的系统故障管理和相关故障排除，确保故障排除过程中不发生二次故障，也就是防止系统故障的再次发生，也要防止故障变得更加严重的情况[4]。有工作人员在场寻找故障和处理事故时，不仅需要对工作人员进行全面的防护措施，也要对设备进行一些保护措施，以防止操作中的故障导致处理过程中工作人员受伤。注意错误的顺序和评估的类型，错误和类型的评估首先检查直流测量设备的功能、错误信息的可靠性，以及卸载监控设备，拦截直流中的错误信息。此外，还应在寻找干扰之前确保信号源的安全。

3.2 防止外力对直流系统产生接地故障的措施

如果直流系统发生接地故障，将严重影响电力系统的安全、稳定和正常运行，甚至在设备运行过程中断路器会误动、拒动或熔断，扩大事故范围。因此，工作人员要基于多年直流系统的专业经验，分析了直流接地系统的分类、原因和危害，探讨了直流接地故障的检测和排除方法。为了减少系统故障造成的损失，直流系统经常受到外界自然因素如气候的影响。因此，在日常运行维护中，应采取科学合理的措施，防止接地故障的发生，避免接地故障的发生稳定运行，辅助开关、停电装置等二次设备可充分利用；施工工艺标准化对室外电缆进行加固和绝缘试验；及时采取相应措施，避免直流系统接地事故；还要确保接线盒、断路器盒、隔离开关盒等机构密封良好。避免雨雾天气、设施浸水或工人疏忽，确保直流系统的安全稳定。

4 结束语

接地故障发生在系统中，会导致系统保护单元、控制和信号装置失灵或者发生误动。这种故障不仅会损坏设备，还会影响整个系统的安全运行。这意味着管理工作人员必须不断提高他们的专业知识，并将直接系统的安全运行作为优先事项，以确保回路正常运行，这也是保证变电站正常运行的基础。此外，能源供应系统的平稳运行是能源企业进步的前提，也是向社会供应能源的基础。因此，必须智能有效地维护直流系统，采取合理方式及时解决故障。