变电站直流系统的故障分析及策略探讨

祁晗

国网辽宁电力有限公司检修分公司 辽宁 辽阳 111000

引言

现阶段，在变电站中因直流电源系统的设计不科学、设备选型存在误差，从而引发经常性的电力系统设施损坏、系统故障频发、更甚者导致人员的伤亡等重大安全事故。假使变电站直流系统遇到突发故障时，相关的运行、检修人员未能及时有效地发现问题，不能排除故障，甚至扩大了事故发生的范围，如此一来，就会给电力系统和国家财产造成巨大的、不可挽回的经济损失。故而当直流系统出现异常时，及时有效、科学合理地发现故障点并将其排除，是当下电力系统应该最先考虑并解决的问题。

1 直流系统主要的故障种类及危害

1.1 变电站直流系统接地的概念

通常情况下，在变电站内，直流系统大多采取浮充电的方式。届时，直流电源的正、负母线分别对地绝缘，如何判定该直流系统是否存在接地故障时，应看其任一支路或母线的绝缘电阻是否能够降低到某一整定值。如果答案肯定，则存在接地故障，反之，则不存在接地故障。一般情况下，直流系统内只发生一点接地故障并不会对正常运行带来丝毫影响。但当该系统故障点变为两点甚至是多点接地时，则会使变电站设备保护产生错误判断，产生假象的异常情况，开关也会继续误判，自动误跳闸或拒跳闸，从而造成运行过程中不可预知的严重后果。

1.2 变电站直流系统接地的危害

接地点对变电站直流系统造成危害的情况是指两点或两点以上，如果只有一点接地，那么对变电站直流系统不会造成直接的影响，但也应引起重视，及时找出故障点并消除故障[1]。如果掉以轻心，抱有侥幸心理，一旦变电站直流系统中新增一点接地，两点接地联合，那时对整个系统造成危害程度则是十分严重的。在变电站直流系统中发生断路器的误动现象时，可以断定系统是在用正极接地，因为通常情况下跳闸线圈都是接在负极电源上。这里面所指的跳闸线圈包括出口中间的继电器线圈、跳合闸线圈等。变电站直流系统回路中，存在系统接地异常或绝缘不良时，跳闸线圈就会出现问题，自主接在正、负两极之间，此时如有电流通过继电器的话，就会发生错误的自动保护现象。反过来，当变电站直流系统出现跳闸线圈短路的现象，同样可以判定系统是在用负极接地，这时，会使断路器产生拒动现象。综上所述，针对变电站直流系统两点接地的情况，基于问题所造成的危害，便需要在系统中设置对地绝缘检测装置，如此一来，当变电站直流系统一旦出现一点接地或对地绝缘严重降低的情况，对地绝缘检测装置便会立刻发出警示信号。与此同时，相关运行人员应把接地点尽快找出来，进行立即消除或隔离处理。

1.3 变电站直流环网的危害

变电站直流环网的运行异常，也是引起系统故障的因素之一。那么，何为变电站直流环网，大意是因为某种或某些原因，两套完全独立的直流系统意外出现了电气连接的现象，造成变电站直流系统发生了异常的运行情况。因此，必须杜绝此现象的发生，并加以重视。

1.4 交流窜入直流的危害

一般情况下，变电站的直流系统和交流系统是两个相互独立的且互不干扰的系统。直流系统和交流系统的区别就在于是否接地，直流系统是不接地系统，反之交流系统则为接地系统。所谓交流窜直流的概念就是说两个系统发生了异常连接，即电气连接。致使交流系统和直流系统误连在一起，交流系统窜入直流系统，使本不该接地的直流系统产生了接地现象。这种现象一旦发生，便会造成系统的开关直接跳闸。举个例子，若直流系统从负电源侧窜入交流系统，因交流分量为零，当其通过直流路径进入绝缘监测装置时，绝缘监测装置的检测结果为“正、负两极同时接地”的状态。另一方面，交流电流可以自主通过电缆对地电容形成回路，造成断路器直接跳闸的现象，即“无故障跳闸”。若直流系统从正电源侧窜入交流，电缆对地电容和充电装置滤波电容二者的相叠加，绝缘监测装置的检测结果同样会出现“正、负两极同时接地”的状态。相比之下，对于直流系统而言，负极电源窜入的容抗值要更大一些，故交流从负电源侧窜入比从正电源侧窜入造成“无故障跳闸”的风险要更高一些。

2 造成故障的原因

众所周知，变电站直流系统本身有涉及面广泛的特点，遇上复杂的系统便会出现问题，不能确保时时、处处都是正常稳定的运行状态。然而，无论先进与否，任何系统的运行都会出现或多或少的故障问题，理想中的完美运行状态是不符合实际情况的。所以说，变电站直流系统难免也会产生不同原因、不同程度的直流接地故障。而对变电站故障产生影响的因素大致可以分为环境因素和人为因素，这两种因素会直接致使系统的防御能力降低。而且往往会因为一些很小的细节带来不可逆的影响。

2.1 设备因素

设备本身必须有质量保证，技术水平过硬。如因出厂时检测不达标，技术上有缺陷或者因长期使用造成损耗未及时更换，如变电站二次设备破损、绝缘老化等情况。再举个例子，设备在采购时期未按照新标准进行，依照旧标准采购的设备在长期使用中会产生如绝缘性能下降的情况，这里只举其一个故障隐患说明，任何情况也都可能发生。

2.2 外界因素

变电站的运行环境不可控，难免会遇到在各种环境下运行的情况。基于我国各地具体环境的不同，对于设备自身使用上也是一种考验。而往往在设备设计之初，有些看似微小的问题未给出充分考虑，在系统实际运行中，便会出现故障问题。如特定情况下，在电力设备中会进入部分导电物质，这样就会导致接地故障的发生。

2.3 人为操作因素

在变电站运行过程中，一旦操作人员没有严格按照规章制度操作，长此以往，错误的操作习惯便会带来隐患，从而造成故障的发生。例如，在电厂设备运行过程中，在没有任何防护措施的前提下，备用芯随意裸露的放置在铁杆上，这都将成为接地故障的隐患。持续下去就会将小隐患变成大故障。

3 变电站直流系统故障的处理方法及策略

3.1 如何避免直流环网及处理方法

通常情况下，变电站直流电压系统的两组蓄电池都是相互独立的。直流环网的特征如下：

①绝缘监察装置（两套）发出的均为直流接地信号。②两组直流系统分别为正极绝缘能力降低和负极绝缘能力降低，二者的对地电压绝对值相接近，通常均不为零。③当找到接地支路，随意拉开任一组直流开关后，二者的直流系统接地现象会同步消失。

3.2 如何避免交流窜入直流

根据多年的经验，国网公司总结出十八项反事故措施，减少交流窜入直流最有效的方法便是严格遵守其事故措施中的设计要求及规定。

变电站直流系统的馈出网络严格禁止采用环状的供电方式，而应采用辐射状的供电方式。对于直流系统而言，其电缆应采用阻燃电缆，两组蓄电池的电缆尽量避免与交流电缆并排铺设，应各自独立的铺设在通道内。与此同时，两组蓄电池电缆应加穿金属套管，防止在穿越电缆竖井时发生断裂的问题。并且控制电缆在交、直流回路中不允许共同使用一根电缆。现场交、直流的端子箱不能混装，机构箱内的交、直流接线需在同一段路径或串端子排上。

如有新建或改造的变电所，必须装有直流系统绝缘监测装置，并且具备交流窜直流故障的测记和报警等功能。如此，才能及时监测到交流窜入直流的情况，并第一时间进行处理。

3.3 直流系统故障的策略

当变电站直流系统被绝缘监测装置给出告警信号时，应及时到继保室查明情况，对直流系统的+KM（正控母）、-KM（负控母）、对地电阻、电压重点关注[2]。并以此判定故障类别，如直流接地类故障、蓄电池过压、欠压类故障又或是充电机故障等。如果绝缘监测装置面板出现了电压、电阻降低等信息，即可知是直流系统出现了接地故障。此判断仅做初判，因为电压、电阻降低还有可能是其他问题导致的，如传感器故障、保险熔断、节点松动抑或是绝缘监测仪故障等。所以，当装置面板上出现母线对地电阻、电压降低等情况时，还需要进行更深入的判断。通常选用的方法是利用万用表直接测量变电站直流系统主接线母线与另外一、两条馈线支路的电压。如果测得的结果仍然是电压降低，则可准确判定该站存在绝缘接地故障。反之，就可能是信号节点或绝缘监测装置的问题。

一旦对变电站的故障问题得出判定后，如变电站确实存在直流系统接地故障，应立刻找出接地故障点，力求用最短的时间将故障尽快排除。就目前的情况来看，变电站相关工作人员应采取以下策略[3]：第一，利用绝缘监测装置的“支路查找”功能测查馈线支路的故障点。在得出故障支路的号码后，找出支路号码所对应的下级设备，进行深入查找；第二，如遇见馈线支路故障的下级负荷较少的情况时，则可用万用表法，将其有序的断开一些可能性的节点（户外设备的机构箱、直流电缆），进而确定故障点；第三，如上述第一点无法分析出支路故障，则需相关人员立即到变电站现场进行查找。天气条件如果允许的情况下，变电站相关人员应到户外检查刀闸机构箱等进水的设备，核实故障点；第四，继保人员抵达现场后，首先应对变电站直流系统的图纸进行核对，了解系统的整体情况。这其中的关键点在于直流负荷是否参与环网供电，或者有无寄生回路等问题；第五，上述操作确定故障点后，接下来的工作就是对故障点进行消缺。举个例子，如机构进水，则对其进行排水并加热风干，更换该机构箱的防水胶圈；如果是直流电缆破损，则需更换电缆。第六，当故障点清除后，需重新查看绝缘监测装置的母线对地电压、电阻是否已经控制在合格的范围内。如果恢复正常值，说明故障已消除。如果仍未恢复，则说明还存在其他故障点，进而需要重复上述环节，直到变电站直流系统母线电压恢复到合格范围内为止。

4 结束语

虽然科技不断发展，变电站设备的更新换代、绝缘监测装置的优化升级，直流系统故障仍然频频发生，众所周知，变电站直流系统故障对整个系统安全稳定运行有着极大的危害。这就需要运维人员具备足够的经验，过硬的专业技术水平和及时排除故障的能力，遇事不乱，有条不紊，熟练掌握变电站直流系统的结构原理，同时企业应加强运维人员对系统故障的分析与应对水平,如此一来，才能更有效地提高变电站直流系统的安全性和可靠性，保障电网的安全稳定运行。