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变电站直流系统接地故障研究及处理

范文

李华赵忠梅王洪彬

摘要：变电站是电网系统的基础和重要组成部分，变电站的核心是DC供电系统，直流接地是系统中一种常见故障。一旦发生接地故障，操作维护人员需要快速准确地定位故障点，及时排除故障，确保电网安全。本文设计一种接地故障模拟箱，方便变电站运维人员进行学习和训练。

关键词：变电站;接地故障;直流系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.138

0 前言

近几年，随着国家经济的发展，国家电网规模迅速扩张，每年有几百座变电站进行改造，一千多座新电站投入建设。直流电源系统是变电站中的核心电源，给变电站内各种设备和采集装置以及开关控制机构提供电源，在变电站断电的事故发生后提供应急备用电源。因为直流电源系统结构复杂，所接设备繁多等原因，容易产生接地等故障，因此加强变电站运行维护人员对变电站直流系统的认知和管控，提高工作人员故障定位和排查能力是保证电网稳定工作的一项重要手段。

1 变电站直流系统介绍

我国直流系统供电主要有110V、220V、48V几种类型，主要采用装置的整个地线系统和大地之间绝缘的浮悬浮接地技术，这样能有效避免交流地线的干扰。

变电站直流电源系统不仅是变电站内各种采集设备和监控监测装置的主要电源，还是变电站事故失电后的重要后备电源。为变电站的检测装置、采集单元、信号电路、通信单元等关键设备提供操作电源，并为系统的开关控制机构提供操作电源。可以说，直流系统是变电站供电系统的核心部分。

直流电源系统不仅线路结构庞大而且接入设备复杂，变电站内的自动控制设备、继电保护设备、信号采集监控装置、以及配电装置的端子箱和机构箱等重要电源都会接入直流电源系统。在复杂的环境和庞大的线路布设的条件下，很容易发生线路对地短接，破坏系统的对地绝缘性。当系统中有仅仅只有一处接地点时，往往不会对系统的运行造成影响。但是系统接地点超过两处时，往往会改变系统的回路设计，造成保护机构误动拒动，甚至烧坏设备破坏回路。因此，直流电源系统中只要有接地故障发生，就要尽快进行检查处理，及时排除。

2 接地故障的危害分析和常见处理方法

直流供电系统接线复杂，设备连接多，电缆设备布置环境复杂多样，容易发生直流接地故障。

2.1 直流系统接地的危害

直流电源系统给变电站中的通信设备、检测设备、控制单元等提供电源，因此，是变电站中十分重要的一个组成部分。由于直流电源系统的复杂性，很容易产生支路接地等问题，如果系统只有一点接地，通常情况下，危害不大。但是如果不及时排除一点接地故障，一旦有两点或者多点接地，很容易对微机保护和自动控制回路造成破坏，进而危及变电站电力系统的正常安全运行。

如图2示意图，如果正极A、B两点接地，会造成开关J1短路，从而错误触发ZJ动作。若是正极B和负极C两点接地，则跳闸线圈ZJ短路。当ZJ需要发生动作时，会因为线圈不能及时跳开而引起事故进一步扩大。如果正极A和负极C两点接地，则会造成正负母线间的短路，这将会烧毁保险FU1和FU2，进而造成中间多个设备失电，甚至会烧毁直流供电源设备扩大事故范围。

2.2 接地故障常见原因分析

直流系统接地故障的原因很多。接地故障有以下几种常见原因：

（1）设备以及线路老化原因。系统长期运行，部件老化损坏，间接线路和设备松动或移位，线路绝缘皮老化脱落，都会造成直流漏电接地。

（2）天气环境原因。复杂的环境和气候，如雨雪浸入、灰尘堆积、环境潮湿等都容易造成户外二次接线盒的接线桩头和外壳导通，从而引起接地。

（3）线路的磨损原因。当支路线缆靠近开关柜门等运动或转动部件时，容易造成线缆绝缘皮磨损，造成直流接地。

（4）接线错误原因。在二次接线系统中，由于线缆线束众多，如果施工不细致，造成电缆芯的一头接在端子上，另一头悬空的现象。如果悬垂头未经处理和绝缘，一旦接触到设备或者线缆，就会引起接地。

（5）外物破坏。异物掉落、蜜蜂筑巢或者老鼠啃咬线缆的绝缘包皮等，都会造成绝缘的破坏，引起接地。

2.3 查找接地故障的基本原则和方法

直流接地故障将给整个变电站的稳定安全运行带来极大的危害。一旦发生，必须立即发现并消除。但是由于直流系统的复杂性，要做到安全、准确、快速的找出故障点，并进行排除并不容易。

直流接地的检测方法按照检测手段有如下幾种：在线式绝缘监测装置检测方法、便携式绝缘监测定位装置检测方法、拉线式瞬停回路检测方法等。便携式绝缘监测定位法，检测结果不够精确，检测结果错误较多。绝缘监测装置在线检测法，绝缘监测装置巡视时间很长影响故障排查的及时性，也会存在漏选错选的问题。瞬停回路法判断准确且速度快，但是目前微机保护已经普及，为了继电保护系统的稳定运行不允许随意断电。如果使用瞬停回路法则需要向调度申请，其工作流程会影响故障检测的及时性，有操作不方便等问题。基于接地故障检测的复杂性和困难性，实际检测中多是使用多种手法综合查找。

除了提高检测设备的性能，变电站运行维护人员的专业素养和业务水平也非常重要。在实际工作中需要加强对员工的电气理论培训、提高对变电站内系统的认识和了解，注重对工作人员实际查找经验和查找手法的培养。本文从提高运维检修人员技术水平的角度出发，设计出一款便携式接地故障模拟箱，用于在变电站投运前给运行维护人员培训练习使用。

3 一种便携式接地故障模拟箱

根据变电站的实际设计和配置布线情况，以及变电站运行检修实际操作状况，设计出一种便携式直流接地故障模拟箱如图3。利用接地故障模拟箱人为制造回路接地情况，模拟变电站可能发生的各种接地故障，用于运维检修人员对站内直流回路中的接地故障进行学习分析。经过人为设置接地故障进行实际演练，工作人员对接地故障产生后各个设备信号工况有个直观了解，可以加强变电站运维人员对变电站系统的理解。在以后的变电站检修运维中，对变电站系统的深入理解和各种故障工况的熟悉，可以使工作人员能够及时检测异常情况、快速定位接地点、准确排查故障。

3.1 模拟箱内部原理图

箱内设置8只20千欧电阻，可将直流电源设备的8处回路做接地故障模拟点（见图4）。箱体内设接地元件用来接站内地，电阻一端接地，另一端通过各自的开关从端子引出电缆，接至直流系统任一电源回路故障模拟点。

3.2 实际应用原理图

工作时将随机选用的故障点的开关闭合，该回路通过电阻接地导通，直流电源系统发生接地故障，母线绝缘降低，对地电压变化，直流绝缘监察装置启动巡检并报警，以此来模拟此回路的直流接地故障（见图5）。

4 便携式接地故障模拟箱优点

用该方法设计的接地故障模拟箱有如下几个优点：

（1）模拟箱接线简单，操作方便。采用凤凰压线式端子作为接线接口，接线方便安全性高。

（2）故障模拟箱体积小，不需要复杂的接线，便于现场实施。

（3）配置灵活，可扩展性强：具有8个线缆接口，可以同时模拟多路接地。

（4）可靠性高：故障模拟器与外部系统之间没有复杂的电气连接，不影响直流电源电路。

（5）操作方便：模拟任一处电气设备接地故障，不需要进行复杂的线路布设工作，只需在该模拟箱本体操作开关，操作简单安全性高。

（6）较以往在电气设备上直接安装电阻的故障模拟方法，采用故障模拟箱电气设备没有外置电阻和接地线，接地故障模拟点接线隐蔽，适用于教学模拟排查。

5 结束语

变电站的稳定安全运行关系到整个电网的安全。加强对变电站运行维护人员的培养和训练，提高变电站工作人员对变电站线路系统的认识和理解，提高检修人员的故障定位和排查能力非常关键。及時快速地定位和排查变电站系统故障，可以有效减小变电站故障影响面，防止事故扩大，有效提高电网安全水平。

参考文献：

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