变电站直流系统及接地异常分析

变电站直流系统及接地异常分析

陈圆圆 郝越

南方电网云南电网红河供电局 云南省 蒙古市 661100

摘要：直流系统作为变电站二次控制、信号、保护、远动、通信等负荷的电源，对设备的安全可靠运行起着至关重要的作用，由于各种因素的影响，变电站直流系统容易出现接地故障，影响着电力系统的安全运行。本文结合变电运行人员现场实际中遇到的直流系统接地问题进行分析，主要探讨了直流系统接地发生的原因及处理方法。

0 引言

变电站直流系统是电力二次系统的重要组成部分，是给信号设备、测量和继电保护、自动装置、系统远动、通信装置、事故照明及断路器分、合闸控制回路提供直流电源的电源设备，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，在外部交流电中断的情况下，由蓄电池继续给重要负荷提供直流电源。一般情况下，直流系统是一种安全可靠的控制电源，但是由于系统的复杂以及外部环境的多变性，直流系统会出现接地故障，造成断路器的误动或者拒动，所以我们要掌握直流系统接地的原理和处理方法，提高故障排查的效率，维护变电站和电力系统的安全运行。

1 变电站直流系统接地

直流系统电源有正负极之分，220V和110V直流电源系统一般采用不接地方式，变电站常用直流系统是对地绝缘的直流220V电源，正常运行时，正、负对地电压绝对值均为U/2,即110kV，正、负对地绝缘电阻为无穷大。变电站直流系统接地时，直流系统正负极对地绝缘电阻值会降低，降低到整定值之下，正负极对地电压绝对值之差会增大，这些变化情况通过绝缘监测装置来反映。当系统出现一点接地时，虽然不至于马上对二次回路造成事故，一旦发展为两地接地，会造成继电保护、信号、自动装置误动或者拒动，直流电源短路，引起熔断器熔断，使设备失去操作电源，引发电力系统的严重事故。直流系统接地故障分为直流正极接地、直流负极接地、直流正负极各一点接地，接下来进行相应分析。

1.1 绝缘监测装置

直流系统设置有绝缘监测装置，当直流系统发生接地故障或绝缘下降至规定值时，绝缘监测装置会可靠动作，并发出信号。变电站多采用功能较为完善的微机型在线监测装置，监测范围包括所有馈线、充电装置回路、蓄电池回路，绝缘监测装置能测出正、负母线对地电压值和绝缘电阻值，并且能测出各分支回路的绝缘电阻值。

在线绝缘监测装置分为叠加低频小幅信号型绝缘监测装置和智能电流互感器型绝缘监测装置，两者的常规监测部分差别不大，是用电压采集信号元件采集出正、负极对地电压，经过A/D转换器，再经过微机处理后，数字显示母线电压值和母线对地绝缘电阻值，它的监测没有死区，当检测到电压过高、过低，绝缘电阻过低时会发出报警信号，报警值可以自行整定。叠加低频小幅信号型绝缘监测装置的回路巡检部分将检测回路的正、负极导线同时穿入一个电流互感器内，用一个低频信号分别注人正、负极导线。互感器二次侧一端接地，另一端接入检测装置。互感器不反应直流部分信号，而交流信号因幅值相等、方向相同，所以在互感器二次侧的输出电流正比于正、负极对地电阻和电容电流相量和，当某一极发生接地时，其电阻和电容电流都发生变化，将其阻性电流和容性电流分离开来，经A/D转换和微机数据处理后，显示屏显示该回路号或名称及相应正、负极对地电阻值。智能电流互感器型绝缘监测装置的区别是将信号源采集部分的电流互感器改为智能型互感器，并编入地址码，取消了交流低频信号源。当某一回路的正极或负极发生接地时，接地极对地的电阻电流增加，该回路正、负极流经电流互感器部分的电流方向仍相反，但数值却有差异。互感器二次侧也反应了这一差值，经放大处理后，通过总线输入微机处理后，能显示接地回路号或名称及对应接地极电阻值。

绝缘监测装置的作用是实时监测和显示直流电源系统母线电压、母线对地电压和母线对地绝缘电阻，监测各种类型的接地故障，实现对各分支回路的绝缘检测，当发生接地故障时能迅速选出发生故障的回路，显示故障回路正、负对地电阻值，并报警。

1.2 三种直流接地故障的分析

直流系统正极接地时，会造成保护装置的误动作，系统中的跳合闸线圈、继电线圈等原本应与负极电源接通，发生正极接地时导致保护回路接通，保护误动作；直流系统负极接地时，继电线圈会被短接，保护回路不能启动，造成断路器拒动，短路电流产生的大量热量导致温度升高，熔断器熔断，甚至烧坏继电器触点，损坏电气设备；直流系统两极接地时，会造成断路器拒动，熔断器熔断，电力系统会失去电源，保护装置和控制回路失去其功能，导致相应的电气元件发生损坏。

2 直流系统接地的原因

直流系统由各种保护、控制、信号设备、电缆、端子箱以及机构箱等组成，设备众多、系统复杂，而且变电站的直流系统很大一部分是直接暴露在外界环境中的，长期运行于多变的环境中，由于气候的变化、绝缘破损老化、灰尘堆积、金属锈蚀、潮湿、设备本身问题等各种原因，很容易发生直流系统接地故障。最常见的就是端子箱、压力表进水，电缆表皮破损、绝缘下降，裸露金属有积灰，空气潮湿时引起直流接地，具体可以归纳如下：

1. 由下雨天气引起的直流接地；

2. 电气设备受损导致的直流接地；

3. 误接线导致的直流接地；

4. 接线绝缘下降导致的直流接地；

5. 小动物破坏导致的直流接地；

6. 接线松动脱落引起的直流接地。

3 直流系统接地故障排查实例分析

某日，接调度监控组通知，220kV xx变电站直流系统接地告警。220kV xx变电站发生#1直流系统接地，变电运行人员进站检查后发现直流系统绝缘监测装置发生接地告警现象。核对发现，17#临宝线测控装置、19#临铝线测控装置、32#吉临Ⅱ回274线路保护装置、82#惠临Ⅱ回275线路测控装置均有接地现象，且对地电阻均为1.5千欧左右（正常为999.9千欧），检查正母对地电压只有7V左右，初步判断为#1直流系统正母线接地。

使用接地查找仪分析接地现象发现，实际接地地点在82#惠临Ⅱ回275线路测控装置，出现多装置接地原因为其CT检测装置出现老化现象，测量不准。运用拉路查找的方法，检测出接地地点在惠临Ⅱ回275线路测控装置信号回路中，分别拉路检查测控装置至端子箱和端子箱至机构箱电缆发现，端子箱于机构箱之间线路电缆绝缘低于正常值，判断电缆损坏是接地主要原因。更换备用电缆后，接地现象消失，直流系统恢复正常。

4直流接地现象接地总结与改进

直流系统是变电站最重要的二次系统之一，对变电站保护、测控、通信装置电源起到至关重要的作用，对直流正极接地引发的保护误动与负极接地引发的拒动都需要我们极力避免。工作过程中，我们更需要通过各种检测手段与日常运维加强对设备故障的判别，以在异常发生时最快速查找故障与处理异常，维护电力系统的稳定运行。

作者简介 ：陈圆圆，女，1997年10月12日，云南建水，汉，大学本科，电气工程及其自动化方向