直流系统接地故障处理与运维注意事项

廖金威

广东电网有限责任公司梅州供电局 广东 梅州 514021

引言

变电站直流系统由充电屏、馈线屏、蓄电池组、二次电缆和直流负载构成（原理如图1），主要为保护装置、安全自动装置、故障录波装置、自动化系统、事故照明、断路器分合闸操作回路和信号回路等提供稳定可靠的工作电源，是变电站的关键设备。而接地故障是直流系统故障最常见的一种，将直接危害电网的安全可靠运行。因此，若运行人员能掌握直流系统接地故障原因分析与处理方法，将有助于在直流系统发生接地故障时快速判断故障类型与范围，为后续专业班组进一步排查消除故障节省时间。此外，若运行人员能提升直流系统的日常运维质量，也将有效排除风险隐患，大大地降低直流接地发生的可能性。

图1 直流系统原理示意图

1 直流接地的定义及危害

变电站常用的直流系统是对地绝缘的直流220V或110V不接地系统，本文选取直流220V不接地系统为研究对象，正常运行时，正负对地电压绝对值为117V左右，正母、负母对地绝缘电阻一般均为999.9kΩ。当220V直流系统两极对地电压绝对值差超过40V或绝缘降低到25kΩ以下，定义为直流接地[1]。

由于直流系统点多面广且运行条件复杂，受外部环境影响较大，很容易出现对地绝缘不良的情况，对设备安全运行造成影响。当运行的直流系统发生接地时，直流正母、负母对地电压将发生偏移，对地绝缘电阻也不再对称，仅有一点接地时一般不会对直流系统造成直接危害，但是必须及时排除。

因为直流发生正极一点接地时，当某开关跳闸回路中再出现一点接地时，会造成开关误动作；当直流发生负极一点接地时，当某开关跳闸回路中再出现一点接地时，会使得该回路中的跳闸线圈短接，造成保护真正动作时需要跳开开关时而拒动，导致越级跳闸、负荷损失等电网事故，严重威胁着电网的安全运行[2]。因此不允许直流系统长期一点接地运行。当直流系统正负极均有接地时，会造成直流电源短路，造成直流保险熔断，直流系统电源消失，从而无法为保护提供控制电源，对电力系统的危害性极大。

2 直流接地故障的类型

直流系统全接地为紧急缺陷，直流系统不完全接地、有寄生回路、直流接地监测装置故障等为重大缺陷，直流系统绝缘降低、直流接地监测装置在直流接地时不能正确显示直流接地情况、直流接地监测装置误报警等为一般缺陷[3]。当直流回路绝缘下降超过规定值时，应查看故障记录以及对地绝缘电阻值的大小，确认发生接地故障是正极接地还是负极接地。任一极接地时，该极对地绝缘电阻下降，电压降低或接近零，而非接地极电压升高。当两极的对地电压都降低时，两极对地绝缘同时下降，直流系统有可能全接地。根据回路性质、接地方式、接地地点的不同，直流接地故障可以分为以下类型。

2.1 以回路性质划分

直流接地分为控制回路接地、动力回路接地和信号回路接地等。

2.2 以接地方式划分

直流接地分为直流回路金属性或高阻接地、交直流系统之间接地、两套直流系统之间串电接地等。

2.3 以接地地点划分

直流接地分为直流屏内设备接地、蓄电池组接地、二次电缆接地、保护板件或元器件故障接地等。

3 接地故障原因分析

直流系统分支庞杂，电缆构成烦琐，存在室外部分与室内部分，极易受到环境、设备、人为、动物等因素影响，导致直流接地故障的发生[4]。本文主要从环境、设备、人为、动物等四个因素对接地故障的原因进行具体分析。

3.1 环境因素

大雨、潮湿天气、昼夜温差大等均可能增大湿度，造成箱体内部凝露，或者箱体门没有关严实，导致箱体内进水，端子排没有及时清扫积聚粉尘污秽，以及电缆沟积水电缆长期泡水等，都有可能使得直流系统部分绝缘降低或接地[5]。

3.2 设备因素

图纸设计不合理、设备绝缘质量差、设备长时间运行后绝缘老化、技改扩建产生寄生回路、蓄电池漏液通过酸液形成对地导通回路、刀闸机构箱内的热耦继电器接点间绝缘降低导致交直流系统串电、控制回路绝缘不良、开关分合闸线圈与直流接触器烧毁以及二次电缆断线搭接外壳等，都有可能发展为直流接地故障。

3.3 人为因素

变电站内有新设备投运和开展技改项目时，现场工作人员野蛮施工大力拖拽二次电缆被尖锐物划伤、二次电缆受重物辗轧导致破损裸露、施工过程二次电缆绝缘包扎不完整导致裸露误碰金属外壳和带电回路、螺丝或垫片等小物件掉落在带电回路上、使用万用表测量直流回路对地电压时误选电流挡等，均会引起直流系统接地。

3.4 动物因素

变电站内防小动物封堵破损或封堵不严实，导致小动物进入，小动物直接爬到运行设备上，容易造成直流母线和端子排接地，或小动物咬破二次电缆表皮，导致二次电缆外部绝缘受到破坏，后慢慢发展形成直流接地。

4 直流系统接地故障处理

4.1 接地故障处理要求

①发生直流接地时，应第一时间向调度报告现场情况，并汇报当值值班负责人和站长，同时联系专业班组，沟通反馈现场直流接地故障的情况，做好故障处理的准备。②直流系统发生接地故障后，如再发生接地会形成两点接地或多点接地，保护将误动或拒动，所以现场有班组工作时，应在做好必要措施后停止所有二次工作，防止多点接地。③如确实存在可能造成部分保护误动、拒动的，须向调度申请退出这些保护，并做好开关跳闸等相关事故预想及应急准备。④接地查找及处理必须由两人进行，工作中应避免造成直流短路或另一点接地。⑤试拉合继电保护、操作电源、自动装置及信号电源等重要负荷时，必须先取得调度的许可，必要时退出相应保护出口压板。⑥退出直流电源熔断器时应先取下正极，使出口继电器失去误动作的电源，然后再取下负极；投入直流电源熔断器时，首先应投入负极，然后再投入正极[6]。⑦排查故障点时应使用内阻不低于2000欧/伏的万用表，并禁止使用电流挡。

4.2 接地故障处理步骤

新型直流装置通过对显示屏的观察即可判断故障点所在回路, 老式直流装置可通过分合各直流回路电源开关来判断。

直流系统接地故障时，一般应先根据绝缘监察装置检测结果和现场环境，判断是否真正接地，是哪极接地、哪个支路接地、接地程度如何，接地是否外表可见，分析可否隔离故障点，然后汇报调度，征得调度同意后方可进行接地故障排查。

接地查找方法主要有绝缘监察装置判断、专用接地探测仪查找和拉路法等。

4.2.1 查找接地故障时，要保持清晰的思路，分类分设备区域查找，根据绝缘监测装置显示和其他故障表象，通过接地探测仪等仪器辅助查找，综合分析，逐渐缩小和锁定故障范围，直至排除故障。

4.2.2 采用拉路法查找故障点时，应遵循以下原则：先找一般回路后查重要回路，如先事故照明→信号回路→充电机回路→控制回路→保护回路；先室外再室内；电压等级先低后高，先找简单回路后查复杂回路，而且断开专用回路电源的时间尽可能不超过3秒钟。拉路前应采取必要的措施，防止电压自启动引起的保护及自动装置误动，必要时申请停用有关保护装置。试拉设备直流电源时，应注意一次设备的运行及有关仪表、后台信号指示的变化情况[7]。如果拉路法逐一断开直流回路仍不能确认具体的直流接地故障点，则有可能直流母线排上本身有接地，或者有两条及以上支路存在接地故障点，需要后续专业班组进一步排查。

5 直流系统运维注意事项

结合直流接地故障原因分析，日常运维中重点做好以下关注：①检查直流系统绝缘监测装置上的直流母线电压和绝缘电阻应显示正常，无异常声音。②检查直流电源设备标识清晰无脱落，根据直流馈线空开投退表与投退记录，核对屏内馈线空开投退状态和当前运行方式相符，指示灯应指示正确。③检查箱体和柜体的备用二次电缆应包扎完整，不能裸露，二次接线应牢固可靠，没有断股，端子排应无积尘脏污。④站内开展涉及二次电缆的工作时，务必做好施工过程管控，提醒施工人员保护好电缆，防止因野蛮施工造成电缆破损。施工结束前进行验收时，务必仔细检查施工过程中所涉及直流系统的电缆完好情况，一旦发现外观有划伤破损或辗轧开裂的情况，应责令施工单位立即进行受损电缆的更换或有效的包扎绝缘处理，确保相关电缆外观完好，绝缘良好，否则不予验收通过。⑤检查所有箱体柜体的防火封堵应完好，尤其要确保室外端子箱与电缆沟、机构箱与线管的有效隔离，避免粉尘、潮气和小动物进入箱体内。⑥检查蓄电池室空调与通风装置应正常运转，温湿度满足技术规范规定的环境要求，如发现蓄电池室内温度过高时，应及时检查空调与通风装置，出现故障应立即联系维护单位修理，确保空调与通风装置正常运转，温度过高将导致蓄电池组寿命大大缩短，危害直流系统的安全可靠运行；蓄电池室内的湿度也需要特别关注，确保室内门窗关好，室内墙体无渗漏水，湿度过高将使线路受潮，蓄电池组的绝缘降低，后续发展为直流接地。⑦检查蓄电池的外观是否良好，有无破损、有无漏液，安全阀无堵塞，密封良好，极柱与安全阀周围无酸雾逸出。⑧在浮充状态下，定期测量蓄电池的端电压是否正常并做好相应记录，如有单节蓄电池电压过高或过低不满足技术规范的要求时，应及时上报缺陷，做好跟踪监测。⑨对于新安装、检修、改造后的直流系统投运后，或雷雨、大雾等异常天气下，应按要求开展特殊巡视[8]。

6 结束语

随着电网的快速发展，越来越多变电站启动投产，直流系统对于变电站的安全可靠运行的重要性进一步凸显。本文系统地分析和整理直流系统接地故障类型、原因与处理方法以及运维注意事项，对现场快速判断接地故障类型、原因以及排查故障点，提升直流系统的运维水平，有指导作用。