一起变电站直流系统接地故障分析
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摘要：本文分析了变电站直流系统接地故障的产生原因、危害及定位方法，以某110kV变电站发生的直流接地故障为例，探讨改进方法。
关键词：变电站;直流系统;接地
0 引言
变电站电源系统主要包括直流系统和交流系统，交流系统主要负责站用电照明、站用检修电源、站内监控后台等装置的供电，回路结构比较简单。而直流系统主要负责站内所有二次装置、控制回路、合闸回路、遥信回路、事故照明、UPS等的电源供电，所以直流系统对变电站的安全稳定运行至关重要。
1 直流接地原因
直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多、且较长，所以很容易受自然因素、气候因素、环境因素、人为因素的影响，使某些绝缘薄弱元件绝缘降低，甚至绝缘破坏造成直流接地，具体包括以下几个方面：
（1）二次回路、二次设备绝缘材料不合格、绝缘性能低，或年久失修、严重老化，或存在某些损伤缺陷、如磨傷、砸伤、压伤、扭伤、剥伤或过流引起的烧伤等。
（2）直流系统、电气设备及二次回路所处环境严重污秽或运行在阴雨、潮湿的气候中，恶劣的环境状况使电气设备对地绝缘严重下降，易诱发直流接地。例如在大雨天气，雨水飘入未密封严实的户外二次接线盒，使接线桩头和外壳导通起来，引起接地。
（3）小动物爬入或小金属零件掉落在元件上造成直流接地故障，如老鼠、蜈蚣等小动物爬入带电回路;在二次回路上工作时，金属零件掉在带电的直流回路上，造成直流回路与金属屏短接而接地;二次线绝缘皮容易受到转动部件的磨损，便造成直流接地。
（4）电气设备和二次回路由于设计、安装、维护及运行不合理或错误，可产生平时不易发现的潜伏的接地故障。常见情况有：二次回路的带电端固定不牢固或断线，因设备受到震动和人为误碰等影响，造成直流接地故障;在二次接线中，电缆芯的一头接在端子上运行，另一头被误认为是备用芯或者不带电而让其裸露在铁件上，引起接地;直流带电设备与接地设备或交、直流带电设备之间绝缘间距由于设计及安装的太小，当带电设备或直流回路出现过电压时，有可能将间隙击穿，形成直流接地。
2 直流接地危害
（1）直流正极接地可能会使保护及自动装置误动。因为一般断路器合闸、跳闸线圈及继电器线圈正常与负极电源直接接通，正极电源通过接点接通。若原直流系统存在正极接地，正极回路再发生一处接地，就可能引起误动作。
（2）直流负极接地可能会使保护及自动装置拒动。一般情况跳闸线圈及继电器线圈正常与负极电源直接接通，正极电源通过接点接通。若原直流系统存在负极接地，正极回路也发生一处接地，就可能引起装置拒动，从而导致严重的事故。
（3）直流两点接地可能构成接地短路，这会造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。在复杂的保护回路中同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能是断路器动作于跳闸、导致事故越级。对电网运行带来安全隐患，应立即排除。
3 直流接地定位
（1）拉回路法
对直流系统来说直流系统的地是直流回路的参考地，当直流系统正极或负极对地间测量的绝缘电阻值小于或等于整定值，就意味着存在接地故障。而拉回路法即直流系统发生接地故障时，将直流支路一条条拉开，如果在拉的过程中接地现象消失，说明被拉支路有接地。如果接地现象没有消失，则立即恢复供电，然后再断开另一条支路去检查，按负荷重要程度从轻到重一条条试拉下去，直到找到故障点。
（2）接地漏电流检测法
利用直流电流传感器进行检测被称为接地漏电流检测法。其主要原理是通过传感器感应从直流正、负母线中流入系统的每一条之路的电流之和来确定接地支路的。根据直流电桥的原理，直流互感器中感应电流和为零即证明支路绝缘性能正常，检测仪中显示也是零;如传感器中感应电流和不为零即证明回路的绝缘性下降，此时该支路中可能存在接地故障，检测仪同时显示一个不为零的直流电压。实际中，当该直流电压大于整定值时，表示存在接地故障。
（3）便携式直流接地故障定位装置故障定位法
通过信号注入法，对直流系统正、负母线上施加低频交流电压信号，交流电流互感器能监测支路上的低频交流电流，从测到的电流大小及其相位来查确定接地点。
（4）在线检测法
目前在变电站用于绝缘检测的大多是微机型直流电源检测装置，能监测母线绝缘并实现支路接地选线功能，还对直流系统网络进行实时监测，一旦总体绝缘水平降低，就会发出告警同时开启支路巡检。目前母线绝缘监测选择平衡电桥法实现，接地选线功能用直流检测法或交流信号注入法完成。
4 案例分析
2019年1月12日，持续多日暴雨，东莞地区某110kV变电站后台监控报出#1直流系统接地告警信号，运行人员到达现场后，检查#1直流系统监控装置显示负极对地绝缘仅为37kΩ，负母对地电压为-38V，其中报出041支路绝缘为12kΩ。
检修人员到站办理工作票后开展缺陷排查，排查步骤如下：（1）在#1直流馈线屏：断开056支路空开（110kV GIS本体信号电源），直流接地信号复归。（2）在110kV GIS设备区：逐个断开各间隔汇控柜内本体信号电源空开，当断开110kV某某线本体信号电源空开时，直流接地消失，电压恢复正常。（3）在110kV某某线汇控柜：逐条解开本体信号线，当解开707-23电缆芯（至出线套管气室密度继电器）时，直流接地消失，电压恢复正常，用绝缘摇表测试该电缆芯对地绝缘为11kΩ，怀疑出线套管气室密度继电器二次接线端子进水受潮导致绝缘降低。（4）由于线路运行，出线套管气室密度继电器与线路出线距离比较近，考虑安全因素，临时在汇控柜将该信号接线解开，待线路停电再作处理。
5 直流接地防范
结合实际生产中所遇直流接地情况进行总结发现，发生接地故障的原因以端子箱进水、电缆绝缘破损，在空气潮湿时引起直流接地最为常见。防范措施包括：
（1）结合设备停电定检，利用兆欧表检查直流回路绝缘，针对绝缘性能较差的进行记录备案，在日常运维中加强关注，尤其是下雨天要跟踪巡视，有效做好直流接地故障的防范。
（2）在设备停役时，处于户外的端子箱、接线盒等设备部位做好封堵、防雨措施。同时，检查户外端子箱、机构箱的加热装置和通风孔，可防止箱体内二次元器件的老化而导致绝缘下降。
（3）在梅雨季节及暴雨后进行设备特巡，检查箱体内部设备运行工况。检查户外端子箱、机构箱的箱体内部漏水、渗水情况。检查项目主要包括：1.检查开关机构箱、端子箱箱体密闭情况，和保持通风口畅通;2.检查箱门是否关闭严密，和内部设备的发霉、锈蚀情况;3.检查加热器是否正常运行，记录箱体内部温、湿度等。
（4）在新建、改造时，加强对施工的管理。第一是规范控制电缆的电缆头制作，严禁造成控制电缆的绝缘外皮的损伤;第二是投入运行前须进行绝缘情况全检查。
6 结论
直流接地短时对电网不会带来较大危害，但是一旦发生两点接地短路，直接危及设备及电网安全运行，应立即组织人员进行查找，尽早消除。查找直流接地，除了要选用灵敏度高，可靠性高的绝缘监测设备，也要注重员工实际查找经验和查找手法的培养。
参考文献：
[1]吴翰林.变电站直流接地故障分析与对策[J].机电信息，2018（36）：133+135.
[2]吴志强.变电站直流系统接地故障分析及应对措施[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（15）：117-119.
作者简介：
李丽斌（1987-），女，本科，助理工程师，高级工，从事变电运行工作。
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