变电站直流系统接地故障的处理分析

变电站直流系统接地故障的处理分析

谭彦荣  张萍

内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电分公司, 内蒙古 呼和浩特  010010

摘要：随着电力电子设备的迅猛发展，以及各类半导体技术的日益成熟，直流系统因具备低电能损耗、高供电可靠性、节能环保、高分布式电源接纳度等突出优势，开始在变电站内得到普及应用。变电站直流接地故障为直流系统最常见的一种故障类型，若直流系统发生接地将会影响到变电站内设备的状态检测及保护，更严重的可能会导致继电保护误动、拒动以及熔断器熔断等恶劣后果。因此，准确查找变电站直流系统接地故障并及时进行处理，对于变电站安全稳定运行至关重要。

关键词：变电站；直流系统；接地故障；处理分析

1变电站直流系统接地故障概述

针对变电站直流系统接地故障，需结合故障点数量，进行针对性检修。接地故障类型众多，分为单点、两点及多点接地故障。结合现实经验可知，倘若只有单点接地故障，多数情况下不会有跳闸问题，但也不能因此轻视单点接地故障，如果单点接地故障没有解决，会在相当短的时间内发展成多点接地故障。通常情况下，发生两点及以上的接地故障，就会诱发严重后果，使断路器误动作跳闸。接地故障会直接造成熔断器烧毁，需要加强保护，以缩小事故停电范围。总之，在直流系统发生接地故障后，需及时采取处理手段消除接地故障，确保直流系统功能恢复、绝缘正常。

2变电站直流系统接地故障的危害

首先，构成寄生回路。直流系统一极两点接地会使原本相互独立的各直流回路之间发生串电，产生寄生回路，对信号指示等回路的正常工作造成干扰，严重时还会导致继电保护误动作。此外，在使用拉路法查找接地点时，接地信号将始终存在，严重干扰操作人员的检测和判断。其次，造成直流系统短路。当发生直流正、负极分别接地故障时，将会形成短路回路，短路电流将会造成熔断器、空气断路器的无选择性熔断、跳闸，导致多个直流回路中断供电。再次，导致断路器拒动或误动。断路器控制回路中，断路器分、合闸线圈接于电源负极，线圈前回路发生一点接地后，若再发生负极接地，则分、合闸线圈将被短接，造成断路器拒动；分、合闸控制接点通常接于电源正极，如果接点后回路已发生一点接地，若再发生直流正极接地，则分、合闸接点将被短接，造成断路器误动；当站内直流系统对地电容很大时，分、合闸线圈前的回路发生一点接地后，也可能因电磁耦合而造成断路器误动。最后，引起重瓦斯保护误动。如果变电站内的变压器处于重瓦斯保护中，起动跳闸的中间继电器为低功率继电器，且敷设的控制电缆较长，则电缆芯线对地电容比较大，容抗也就比较小，通过线间电磁耦合过来的干扰电压也较大。在这种情况下，如果再发生直流电源正极接地，重瓦斯保护的跳闸中间继电器可能会被干扰电压启动，从而造成重瓦斯保护无故障跳闸。

3变电站直流系统接地故障的处理

3.1经验判别法

首先，查找直流系统运转故障，通过细致追踪，掌握新投运、改造等情况，在技术保障下，了解户外设备运转效率和实际的回路分布，对端子箱和汇控柜等易发生漏雨区域开展重点检查，全力封堵防护不严的地方，提高设备应用稳定性。汇控柜、端子箱是重点区域，受内部受潮影响最为明显，应开启加热器等设备进行除潮处理，优化变电器系统性能。其次，检查二次接线，在此项工作中，应掌握屏柜门的开合，以落实防护。最后，检查屏柜内的情况，工作重点在于观察是否有裸露线芯。如果发现线芯裸露情况，要第一时间评估其安全性，并做好绝缘，处理、更换二次线芯，确保电网运行质量。经验判别法的优点突出，直接、快速，但同时也存在盲目性，需要由经验丰富人员完成。

3.2拉路法

拉路法是一种常见的接地故障处理方法。拉路法主要是指通过切断任意线路以判断接地故障是否依旧存在的办法，在未找到正确的故障位置前，需要运维检修人员不断重复这一操作。其中，在未找到正确故障位置前，需要将切断的电路及时恢复供电，以维系系统运行，可与经验判别法同时使用，主要是利用经验判别法评估元件的运行环境。拉路法主要应用在可被短时间断电的分支回路。一般情况下，若是未确定故障点，检修人员需要在3s内恢复线路供电。在切断电路时，检修人员会使用万能表测量电路两极的电压，观察变化情况，若是被断开的线路两级的电压在短时间内恢复正常并迅速消失，那么检修人员可以确定故障点位于该电路附近，缩小了排查范围。在实际应用拉路法时，运维检修人员需要提前拉开直流系统环网的开关，而后再按照事故照明、信号、保护等顺序查找故障点。目前，主要依靠供电公司远程操作完成故障点的排查工作，当确定故障点后再及时安排运维检修人员到现场消除故障。这种方式在一定程度上减少了故障排查时间和检修时间，提高了故障检修的工作效率，减少了接地故障检修的占用时间。除此之外，拉路法在智能变电柜中的应用能够帮助运维检修人员及时处理非常规电路故障，提高直流系统的稳定性。

3.3绝缘监察法

针对变电站直流系统，采用微机型绝缘监察装置已成为主流。这种设备可以持续监控整个直流系统的运行电压及母线对地绝缘等重要信息，并进行数字显示。其工作过程是使用低频信号来驱动，通过耦合电容向直流系统的正、负母线发送信号，实现各支路回路的绝缘监测，以便于实时监控。当使用同一电流互感器同时套在出线路正负极的两端时，由于变压器的直流部件的方向是相反的，所以它们之间的磁场将彼此抵消。当低频交流电压信号从发生器传输到直流母线时，信号方向与电压值均保持不变。因此，互感器会将正、负母线到地的绝缘电阻和分布电容矢量综合计算，再利用模数转换器发送阻抗分量至中央处理器进行计算。当变电站直流接地系统出现故障时，处理器将自动分析不同线路信号，查明故障线路编号和接地电阻值。这也为后续故障点的识别奠定了基础。

3.4变频探测法

变频探测法，是针对提升低频注入法的测量精度的一种改进，其原理为：向直流系统的主母线注入两组同幅值、不同频率的低频交流信号，后测量故障支路中感应出的低频信号，并根据测得的两电流比值进行系统的绝缘监测和故障选线。但该方法与低频注入法存在相似的问题，即利用低频电流进行判别，绝缘电阻计算结果易受对地电容影响而导致误判，同时需要注入低频信号，仍会影响系统的电压纹波系数。为解决上述问题，现有研究开始对变频探测法进行改进，在选择注入低频信号时应满足电力系统电压纹波要求；为降低直流系统母线对地电容的影响，在不平衡电桥法的基础上进行改进，将切换桥检测电阻替换为短路电容或短路电容与检测电阻并联的桥臂，按照两次不同频率，轮流通过切换开关投入至系统，其原理图如图1所示。其中AC为串入直流系统的低频信号源，Rd为故障支路接地电阻，Cd为支路分布电容，CT+和CT-分别为正负母线投入短路电容。由于改进变频探测法的投切桥采用了短路电容，是低频交流信号的主要通路，较传统的电阻而言，能够有效降低电压降，从而提升信号检测精度。

4结束语

直流系统在发电厂和变电站中主要为保护、控制、自动化等设备提供可靠的工作电源，以保证其安全稳定运行。变电站直流系统即使处于正常运行状态，也会出现损耗问题，性能也会降低，影响系统的正常运行，间接影响着变电站的整体运行。基于此，变电站工作人员要增强设备检修和安全防护意识，定期检查，及时处理，降低接地故障以及其他故障类型对系统的影响。另外，应注重经验的总结，以研究出更高效的处理办法。

参考文献

[1]冉迪,王来源.基于粗糙集的变电站直流系统跳闸故障诊断方法研究[J].光源与照明,2022(4):171-173.

[2]林贤麟, 林继涛, 何美铃. 变电站直流系统接地故障检测技术[J].电工技术, 2021(22): 176-178,184.

 [3]高林,邱世超,李萌.变电站直流系统接故障分析与查找策略[J].环球市场,2022(18):49-51.