浅谈变电站直流系统接地故障的查找

1、    浅谈变电站直流系统接地故障的查找    陈亿（常州供电公司 江苏常州 213000）摘要：本文首先归纳了变电站直流系统接地故障的常见原因。在此基础上，提出了查找故障的一般原则和典型方法，并通过一个具体的案例，进一步体现了接地故障处理的一般步骤和各类方法在实际中的应用。关键词：直流接地；故障查找0引言变电站的直流系统在正常情况下为继电保护、自动装置、控制信号回路、断路器操作回路等提供可靠的直流电源；在交流失电的事故情况下，蓄电池仍可保证一定时间的直流供电，同时为不间断电源（ups）提供直流电源，保障后台机等重要交流负荷。但是由于多方面的原因，时有直

2、流系统接地故障的出现，不仅影响了直流系统的绝缘和平衡，甚至有可能引起断路器误动或者拒动，因此掌握直流系统接地故障查找的方法，对于变电站的安全运行具有重要作用。1直流系统接地故障的原因根据现场常见的直流系统接地情况，将接地故障原因概括为以下几个方面1：1.1设备绝缘老化可能是电缆、电气设备本身质量不佳，如二次回路绝缘材料不合格、绝缘性能低，或存在磨伤、砸伤等损伤缺陷。也可能是电缆年久失修或设备老化，长期运行，电缆、设备绝缘降低，导致半接地或全接地。还有由运行中的挤压磨损引起的接地，例如当二次线与转动部件靠在一起时，二次线绝缘皮容易受到转动部件的磨损；当二次线靠近开关柜门轴时，开关门时也会对绝缘皮

3、造成磨损。1.2天气影响主要针对户外的二次设备回路，户外气候条件往往比较恶劣，易导致端子、设备自身的绝缘性降低，尤其是在雨雾环境中运行时，若端子箱、二次接线盒自身的密封性较差，就会导致雨水和雾气渗入，从而降低二次回路的正负电源的对地绝缘电阻，进而导致接地故障出现。1.3设计、施工、操作不规范设计回路时，未注意到寄生回路或交流窜直流的可能性。例如取用断路器工作、试验位置辅助接点时，若选用的s8、s9接点有一个公共端，s9已被工作位置信号回路取用（直流回路），而s8又被用做网门闭锁回路（交流回路），则交流电有可能通过该公共端窜入直流回路，引起直流系统绝缘降低。接线松动脱落引起接地。例如接在断路器机

4、构箱内的二次线，若螺丝未紧固，则在断路器多次跳合时接线头容易从端子中滑出，搭在铁件上引起接地。拆接电缆不规范引起接地。例如在拆除电缆时，未先拆除电源，没有确认电缆是否带电，误认为电缆芯从端子排上解下来就不带电，又未做任何绝缘包扎，电缆芯一旦接触铁件，就会引发接地。检修、运行人员在操作时不细致引起设备接地。例如手车式开关二次插头插入时，有时会略卡涩，如蛮力插入，有可能引起插针弯倒，如果相邻的负电针和地针接触，则直接引起负极死接地。1.4其他故障引发的直流接地例如断路器的合闸线圈引线不良或线圈烧毁后绝缘破坏发生接地。微机保护插件内正负极和地之间并联抗干扰电容，该电容击穿时引起直流接地。2直流系统接

5、地故障的查找直流接地发生时，如果现场有工作，应当立即停止工作，排查接地发生前所做的操作，确认是否是工作本身引起的。如果有可能是现场施工引起的，应当立即纠正，检查接地是否恢复，并进一步查找确认。不论是否是现场工作的原因，查找时，都应做好充分的安全措施，防止引起其他回路的故障。一般的，查找直流系统接地故障时，常用的方法主要是借助于直流系统的绝缘監测装置和便携式直流接地故障探测仪进行分析，还可以借鉴拉路法的思路。2.1 直流在线绝缘监测装置安装在直流屏上的直流在线绝缘监测装置，可用来监测直流系统正负母线电压以及直流母线和各支路的对地绝缘情况，有过电压、欠电压、接地故障、装置失电等告警信号。直流系统发

6、生接地时，除了显示正负母线当前电压，带有选线功能的装置还能自动显示接地性质（正接地、负接地）、接地回路号、接地电阻值。但是对该支路具体的接地点还无法定位，在实际工作中也发现有时会出现误选或漏选，其选线的速度和准确性尚待提高。2.2 便携式直流接地故障探测仪便携式直流接地故障探测仪已经在工作中广泛应用。该装置无需断开直流回路电源，可带电查找直流接地故障，极大地提高了查找直流接地故障的效率，而且该装置便于操作，可从电源侧起逐级往下测定各分支的对地绝缘，从而将接地故障定位到具体的点。2.3 拉路法及其衍申简单的说，拉路法就是通过对直流系统中各个馈线进行逐个、分别、短时间的切断，来找出故障点所在的回路

7、。如果某一回路切除后故障信号消失，往往就说明是该馈线回路存在故障，然后对该馈线回路的次级回路按照同样的方法进行切断，来判断故障发生的具体位置2。但该方法毕竟涉及到直流负荷的短时失电，尤其是保护装置应尽量避免失电，再加上现在有便携式直流接地故障探测仪的帮助，完全可以在不断直流电的情况下查找接地点，因此拉路法在现场可以尽量避免。但拉路法的思路在故障排查中仍然具有指导意义，即拆除哪一路时告警消失，问题就很可能出在哪一路。例如在某变电站的接地查找过程中，故障已定位到某信号回路。该点是消弧线圈屏上信号的公共端，即端子排外侧是编号为800的一根电缆，从公用测控屏取得电源，而内侧是五根被短接片短接的线，即五

8、个信号硬接点并在一起的一端。为找出究竟是哪一路信号存在接地，考虑到值班员在现场，信号回路可以短时退出，故逐根拆除内侧配线，拆至对应“综合报警”信号的时候，告警消失，后经进一步确认，接地确实发生在该回路。3直流系统接地故障查找案例某日，接到运维班报告，某110kv变电站直流系统发生接地报警，一直未复归。且自前几日安装好直流系统防雷装置后，还发生过两次间歇性直流接地报警，但短时间内都自动恢复正常。endprint抢修人员到达现场后，查看绝缘监测装置（不具备接地选线功能），发现此次直流系统接地故障，正对地残压为10.9v（理论值为55v），负对地电压为-99.1v（理论值为-55v），接地总阻抗为3

9、4k。初步判断，此次直流接地故障为直流正极回路绝缘不良导致，并非金属性接地。抢修人员与现场值班人员通过对近几日几次直流接地发生的时间节点进行分析，认为接地很有可能是因为防雷设备的安装不规范引起的。为了验证此点，在保证安全且不影响系统运行的情况下，首先将供给充电模块的两路交流进线上的防雷装置的空开和直流系统上的所有防雷设备的空开拉开，如图1所示，但直流接地现象并未消失。上述方式只能够排除图1所示粗线部分的影响，不能确定接地点是否在防雷设备空开与交、直流系统之间的连线上（细线部分）。为了完全排除防雷设备及相关电缆的影响，又将连接交、直流系统与所有防雷设备的电缆线从端子排上脱开（如×标示）

10、，但接地故障依旧存在。由此可以断定接地故障并非防雷设备引起，而是直流系统本身发生了接地故障。于是抢修人员采用直流接地故障探测仪从母线开始，依次查找每一路出线是否接地。在直流屏测量时，直流出去的每一路馈线回路均未探测到接地现象，但在1号主变保护屏的直流电源进线处探测时，仪器显示有接地。为了完全确定故障线路，抢修人员针对该路直流电源进线又反复进行了几次测量，结果却显示为时而接地时而非接地。通过对直流接地故障探测仪的工作原理进行分析，抢修人员判断该110kv变电站的直流系统，除了自身系统对地经过大电阻接地和故障点接地外，应该还有一处经过较大电阻接地的接地点，以至于直流接地探测装置产生的低频电流并不完

11、全从故障接地点流出，而被另一处经较大电阻接地的接地点分流，因而直流接地探测仪不能灵敏地探测出故障接地点所在的出线。其原理如图2所示。直流接地探测仪低频信号发生器产生的低频电流为i1，但因有i3的分流，实际探测到的为i2，小于i1，所以不能灵敏反应故障线路。进一步分析现场直流设备后，抢修人员认为造成直流接地探测仪不能灵敏反应故障线路的，很可能是绝缘监测装置，是它对直流接地探测仪低频信号发生器产生的低频电流进行了分流。在得到运行人员的认可后，抢修人员将绝缘监测装置退出运行，又对1号主变保护屏的直流電源进线进行了多次探测，仪器均显示接地。于是，抢修人员根据仪器的指示方向，顺藤摸瓜，最终将故障点锁定在

12、户外1号主变端子箱到有载重瓦斯继电器的一段回路上。仪器显示该段线路对地电阻为6.7 k，而与之相邻的对等回路对地电阻为 999.9k。在做好充分的安全措施后，短时间拆开故障线路，用万用表测得故障线拆开前后，直流正对地电压分别为2.361v和56.30v。由于这一段回路布置在变压器本体上，相邻还有变压器本体重瓦斯保护信号回路，且变压器还在运行中，故需要停电处理。停电后，在变压器班的配合下，最终确定有载重瓦斯继电器内部干簧管破裂，同时有载重瓦斯继电器所处的油环境内部含有较多的水分，使得节点对地绝缘降低，最终导致直流接地故障。4结束语变电站直流系统接地故障的查找，应在保证安全的前提下，采取规范的操作。借助于绝缘监测装置、直流接地故障探测仪等设备，可在一定程度上减轻查找负担，而要进一步提高查找的准确度和效率，不仅需要知晓直流接