变电站直流系统绝缘接地故障研究

梁 娜

（国网泉州供电公司，福建 泉州 362000）

1 变电站直流系统的构成

变电站直流系统是变电站运行的关键部分，主要由直流屏和蓄电池组成[1]。直流屏是系统的核心控制中心，包含充电模块、交流配电模块、直流馈线、监控模块、电池监控器以及绝缘监测模块。变电站直流系统的结构如图1 所示。

充电模块是变电站直流系统的能量转换中枢。它将交流电转换为直流电，为整个系统提供稳定的直流电源。交流配电模块为充电模块提供所需的交流电源，确保充电模块能够正常工作。直流馈线将直流输送到各个需要电源的支路，保证变电站的正常运行。监控模块能够收集和处理系统中的各种信号，当变电站直流系统出现故障时，能够及时发出告警信号，便于工作人员第一时间进行处理。绝缘检测装置专门用于评估直流母线及其分支的绝缘状态，一旦检测到绝缘能力下降，就会立即发出报警信号，并将该信号传递给监控单元，以便及时处理。电池监控装置负责实时跟踪蓄电池的关键指标，如电压和充放电电流等，确保蓄电池正常运作。

变电站直流系统先通过整流模块将交流电高效转换为直流电，再由充电机向直流母线提供电力，并负责为蓄电池充电，向馈线供应直流电[2]。一旦直流母线出现故障，系统立即切换蓄电池为备用电源，继续为直流母线供电，从而保障直流馈线输电的稳定性，确保变电站设备的稳定运行。

2 变电站直流系统绝缘接地故障

变电站直流系统绝缘接地故障是指系统中绝缘材料的损坏或失效导致原本应保持绝缘状态的部件与地形成低阻抗路径，从而导致部分系统或全部系统与地形成回路。这类故障往往会引发保护装置的误动作或拒动，威胁变电站的稳定运行。

根据实践总结，变电站绝缘接地故障的类型可以划分为单点接地、多点接地、环路接地以及绝缘接地4 种。第一，单点接地。系统中某一绝缘部件损坏，导致该点与地直接接触，即单点接地。单点接地可能不会立即导致系统故障，但如果系统中存在其他接地点，就会形成回路引发保护动作。第二，多点接地。系统中存在多个接地点可能形成环路，引发保护动作。第三，环路接地。当系统中存在闭合的接地回路时，可能会形成环路接地故障。这种故障可能会导致电流异常流动，引发保护装置的误动作或拒动。第四，绝缘接地。系统中某些绝缘部件因老化、受潮以及损伤等导致绝缘性能下降，与地形成泄漏路径，从而出现绝缘接地故障。

变电站直流系统绝缘接地故障在变电站直流系统中存在严重危害。发生此类故障时，可能引发保护装置误动作，即系统误认为存在故障而错误触发保护机制，干扰系统的正常稳定运行。此外，绝缘接地故障可能导致保护装置在真正需要运行时无法正常工作，设备也可能因无法得到及时保护而遭受损坏，甚至扩大事故范围。

3 变电站直流系统绝缘接地故障查找方法

3.1 人工法

在处理变电站直流系统接地故障时，基于检修人员经验查找变电站直流系统绝缘接地故障的方法称为人工法。这种方法依赖于工作人员对系统各个部分的熟悉程度和对可能发生故障的常见位置的了解[3]。如图2 所示，以压力表进水口处可能发生的接地故障为例，压力表附近的水流入支管，导致支管与地之间形成接地路径。针对这一情况，工作人员会根据压力表进水口是否存在异常判断是否存在接地故障，如果存在接地故障，则将采取相应的措施进行修复。

图2 压力表进水故障

3.2 拉路法

为迅速确定直流接地故障的具体位置，运维人员通常采用拉路法进行故障排查。拉路法指逐个断开变电站直流系统中的每个直流电路开关，通过观察故障是否随之消除来逐步缩小故障范围。具体操作时，一般遵循以下检修原则：先检查室外设备，后检查室内设备；先检查非控制回路，后检查控制回路；先检查新投运或正在进行检修的设备，后检查正在运行的设备。需要注意的是，在拉开直流馈线开关后，应该立即检查告警信号是否已经清除。这一操作必须在3 s 内完成，且无论告警是否消失，都应立即恢复开关至闭合状态。

如果采用拉路法后仍未定位到故障点，则可能存在以下几种情况：一是未断开环网空开，导致故障未能被隔离；二是系统中存在多个接地点，导致故障电流通过多个路径流回地面；三是存在寄生回路或交直流互窜耦合接地，可能导致电流流向不符合预期的路径。

3.3 漏电流检测法

漏电流检测法被广泛应用于监测变电站直流系统在运行过程中导致的漏电现象。它检测每个支路的绝缘漏电流并计算总和，如果互感器显示总电流和参数为零，则说明直流系统的支路绝缘性能良好[4]。相反，如果检测的漏电流总和不为零且直流电压参数存在异常，那么直流系统的支路可能存在故障。

实际应用中，如果检测到的直流电压参数与预设的参数不一致，可以判断直流系统可能存在绝缘接地故障。但是，在实际操作中，漏电流检测法可能会因变电站的电磁干扰和直流电流波纹而影响检测结果的准确性[5]。此外，在实际应用中，漏电流检测法存在条件限制，可能导致检测设备难以准确定位故障点，影响结果的准确性，且可能触发误差告警。另外，不同生产商制造的传感器参数存在差异，可能影响检测结果。

4 变电站直流系统绝缘接地故障预测处理案例

列举的案例中，由于施工人员未充分认识到端子箱尖锐金属给电缆绝缘层带来的潜在风险，导致电缆绝缘层意外损坏，并触发变电站直流系统绝缘接地故障。在某220 kV 变电站的电缆铺设和连接施工过程中，110 kV 的公共测控告警直流系统Ⅰ段发生直流接地故障。为查明事故原因，采用现场测试、理论分析及仿真计算相结合的方法，寻找引起直流接地故障的主要原因，发现原因在于控制室与配电装置的距离较大。经过检查，发现#1 直流屏控制母线对地的绝缘电阻降低至5.52 kΩ，而#2 直流屏控制母线对地的绝缘电阻则减少至0.72 kΩ。

在确认施工条件达标后，现场的维修团队仔细检查直流监测设备的报警数据，并观察到接地报警线路与某220 kV 回线上的某一断路测控设备的遥信电源分支有所关联。经查找，发现该回路故障点不在设备内部，存在监控系统误动作的情况。维修团队运用分段检查的方法，在直流馈线屏、220 kV 兰保Ⅱ回线的275 断路器测控设备、275 断路器的端子箱以及275 断路器的汇控柜中进行搜索，最终确认直流接口位于端子箱和汇控柜的中间位置。

在大致确定接地点的位置后，维修团队在不中断某220 kV 回线上的某一断路间隔电源的前提下，观察到电缆芯线的绝缘外层存在损坏。检查发现电缆芯线头和导线之间存在严重的短路问题，且故障点与回火线相连。初步分析认为，故障由电缆芯线的绝缘外层受损并在端子箱的金属区域接地造成。随后，维修工作人员分别对受损的电缆芯线和端子箱内的金属部分进行绝缘处理，以隔离接地点。经过检测，由于绝缘套管内部存在较大的电容电流，其表面产生电压降引起设备局部放电，最终导致变电站直流系统绝缘接地。经过处理，直流监测设备和后端系统都显示接地报警已消除，问题得到妥善处理。

该案例表明，在铺设和连接电缆时，若未对绝缘层进行恰当保护，可能导致变电站直流系统发生绝缘接地故障。因此，施工人员在操作期间须严格把控电缆的布线和连接，确保端子箱内的锐利金属部件不会损坏电缆绝缘层，同时增加停电状态下绝缘电阻的检测频率，及时识别并更换绝缘性能下降的电缆。此外，应细致检查开关场的端子箱和机构箱。

5 结 论

变电站直流系统的稳定运行对保障电力系统安全运行至关重要。绝缘接地故障是直流系统中常见且危害性较大的故障类型，可能导致保护装置误动作或拒动，影响变电站的稳定运行。因此，对变电站直流系统绝缘接地故障的快速准确诊断和处理至关重要。变电站直流系统绝缘接地故障的查找方法较多，如人工经验法、拉路法以及漏电流检测法等。每种方法有其优势，也有其应用的局限性，因此在实际操作中应结合多种方法，提高故障处理的准确性和效率。