变电站直流系统接地故障处理措施分析_井勇森.pdf

照明电器 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明150变电站直流系统接地故障处理措施分析井勇森国网陕西省电力有限公司富县供电公司，陕西 延安 727500摘要：变电站直流系统的组成包括远动设备、断路器和继电保护装置等。变电站直流系统的可靠运行是维护电网系统稳定、保障变电站设备运维质量的基础。变电站直流系统接地故障，会导致继电保护装置出现拒动、误动现象，严重影响电力系统的安全性。变电站直流系统对用电负荷要求高、接地故障诱因复杂，文章围绕直流系统接地故障，对其诱因和维护策略展开分析，并提出改进措施，从而降低此类事故的发生概率。关键词：变电站；直流系统；接地故障分类号：TM63；TM8620引言变电站直流系统构成复杂、分布范围广、运维难度较高，系统易受多种因素影响，产生绝缘能力降低等问题。发生变电站直流系统接地故障后，会破坏电流稳定性，导致两点接地故障短路，弱化变电站整体功能，给变电站运维埋下隐患。为增加变电站安全性，减少直流系统接地故障，需明确故障生成原因，找出防范故障方法。1变电站直流系统接地故障概述变电站直流系统（见图 1）的整体性较强，其组成除蓄电池、母线及重要的充电模块外，还有绝缘和直流监控等设备，可以为二次系统提供不间断的电力，确保电力系统的稳定。变电站直流系统故障影响大，如果故障得不到及时排除，会触发装置拒动或误动。在众多故障中，变电站直流系统接地故障最常见。在现实工作中，需重视直流系统接地故障处理，利用技术优势快速定位故障点，确保系统安全运行。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原因变电站负荷线路长，各支路分布广，这增加了系统的故障概率和不稳定性。变电站中存在环网和寄生回路，不仅有主干支路，还有许多细小的小负荷电路遍布变电站各个角落。变电站直流系统结构复杂，直流系统接地故障发生的诱因众多，大体可分为主观因作者简介：井勇森，男，本科，助理工程师，研究方向为电力营销。文章编号：2096-9317（2023）01-0150-03断路器负荷开关（常闭）联接变换流站 H110 MW10 kV配电房 P1配电房图 1变电站直流系统示意图光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电器151素、设备自身因素和运行环境因素三类。在现实中，针对不同故障类型，需灵活选用维护措施，确保直流系统的稳定运行。2.1 主观因素主观因素（人为因素）主要体现在设计和检修两方面。（1）设计。在设计时发生人为失误，导致严重接线错误，破坏系统稳定性。如电缆二次接线不规范、未进行校线、二次接线一端未做保护处理就直接充当直流电源备用芯等操作会增加接地故障风险，而且这种前期的设计缺陷非常难被发现，增加了系统维护的难度。（2）检修。检修工作失误也会诱发故障，如二次回路检修时考虑不全面、实操阶段时带电线芯误触外壳会诱发直流接地故障。2.2 设备内部因素（1）设备本身存在不足。设备在出厂前就存在缺陷，会影响电网的稳定性。例如，某些厂家在设计和优化直流绝缘监控装置时考虑不全面，采用的平衡桥电阻值不匹配实际要求，影响了系统稳定；蓄电池制造工艺质量低下，如蓄电缆材料不合格等，会使蓄电池长期运行时存在漏液等隐患，从而引起接地故障，增加直流系统运行风险。（2）设备功能失效。在设备服役期间设备功能失效也会导致接地故障，这类问题在防雷工作中容易发生，防雷元件被击穿后，会增加接地故障可能性。2.3 环境因素环境因素对变电站整体运营的影响明显。（1）天气。雨天、高温等天气会加速线网的老化，如遇到连续大雨，会导致设备严重进水，端子箱、汇控柜等一旦进水，运行效率会降低，增加直流系统的不稳定性，直接诱发直流接地故障。（2）外力干扰。小动物等外力干扰会增加接地故障的风险性。研究发现，在变电站使用期间，鸟类会在接线盒中筑巢，这会影响金属导线的性能，造成直流接地故障。3变电站直流系统接地故障的监测和处理3.1 安装线路保护监测装置线路保护监测装置有测量和控制两大功能模块，可以存储 SOE、操作记录等重要参数，设定开关跳闸、保护动作等，在处理相关事件时会严格执行毫秒级事件标准，确保故障事件预防的科学性。为了强化监控和预防的效果，掌握直流系统运行情况，发挥线路保护测控的积极功效，需要结合现实需求，增加保护监测装置的功能，在现有应用模型的基础上，完善系统性能保护设计，逐步升级系统功能。设计装置模型时，可建立变电站环网，利用热交换技术，确保变电站运行稳定。在具体工作中，为优化线路保护监测装置，实施明确的电流速断保护，需要应用如下公式：（1）式中：IMAX为系统最大电流；Ep为系统电压；Zp为系统等效电阻；ZI为正序阻抗；L 为线路长度。（2）式中：K 为系数；I 和 IL分别为电流定值和最大负荷电流。3.2 实施人工监测在现实工作中，应用直流绝缘监测和关键性接地故障选线装置，可从根本上识别金属性接地故障，不仅判断结果准确，操作便捷性强，而且灵敏度较高。但是不常见接地故障在操作中漏选的概率偏高，准确定位接地故障支路也十分困难。为此，在工作实践中，需要进行人工选线，确保故障处理的有效性。人工监测方法可细分为多种，具体如下。3.2.1 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1。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。3.2.2 拉路法拉路法的现实应用频率高，属于相对简单的变电器故障人工监测方法。在实践中，需逐一短时断开（各支路的）熔断器或空气开关，在此基础上借助万用表测量，获得重要数据，掌握正、负极对地电压等。在故障定位后，可及时排除，提高故障诊断有效性。可 照明电器 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明152按照明、储能等不同模块的功能，按顺序依次断开查找故障，提高故障诊断效率和质量。也可以结合经验判别法，明确二次元器件运行环境，查找不和谐因素，然后定位引起绝缘降低的回路，通过这样的方式，避免故障范围扩大2。对比发现，拉路法的优点是实施过程简单，在经过系统排查后，可准确定位故障支路。3.2.3 暂代电源法除了上述方法，暂代电源法也是相对可靠的方法，其优点是无需停电便可完成负载支路检修，可确保持续供电。在操作中，不需要停用保护装置，在重要回路检修中可广泛应用此方法。研究发现，应用暂代电源法可方便地排查出蓄电池等非支路的接地故障。该方法的缺点在于误操作时容易导致携带负荷支路丢失电源，增大直流接地故障可能性，与此同时还会延长故障消除时间，该方法的使用需要慎重。4案例分析某 110 kV 变电站的主要直流负荷如表 1 所示。在实际运行中，该变电站直流系统的绝缘异常概率较高，是一直困扰着检修人员的故障排除难点。在执行检修任务时，需综合考虑多项因素，对直流接地故障告警缺陷完成动态化排查，结合历史告警记录推断可能的故障类型。有人推测，该 110 kV 变电站接地故障的形成和二次接线绝缘降低有关，因为当直流接地故障影响已经消除时，相关人员对主变本体端子箱等实施了检查，确保不存在封堵不严等特殊情况。但事故发生4 h 后，又重新出现故障，经监测当时的接地故障电阻为 40 k，对地电阻为 160 k，负极对地绝缘性下降。表 1某 110kV 变电站直流负荷统计表序号负荷名称负荷系数计算容量/kW经常电流/A负荷电流/A1经常负荷0.82.421.8221.822事故照明 1 218.183通信 DC-DC转换26.1826.184UPS 电源0.60.816.36合计 48为重新确认故障点，检修人员对非电量保护装置进行了停用。然后结合故障表现，断开测控装置电源，再用万用表测量，在技术保障下获得现场直流系统电压，测试结果证明了正极接地故障的存在。在停用非电量保护装置期间，先切断了电源测量直流系统，此时监控装置报警恢复3。再重新启动保护装置电源时，接地故障未再发。针对此种情况，判断为存在非电量回路高阻接地故障。为继续验证判断，确认接地故障位置，合理消除隐患，检修人员决定借助以往经验对主变非电量保护实施绝缘排查，掌握二次回路绝缘情况。在排查中，需拆除非电量保护装置内部的重要接线，借助拆除技术实现与二次回路的隔离，降低装置内部插件在测试阶段损坏的可能性。然后用 500 V 电压档开展规范性、实操性较强的回路测试，直到测试发现有载调压油位异常等情况，设备显示两端对地电阻（重要参数）在 100 200 k 之间。分段排除检测后，可确认端子箱至油位接线盒连接处有明显的绝缘降低情况4。故障排除方法：申请主变停电后，更换绝缘破损部分，并合理规划敷设路径，在综合维护中恢复有载调压油位。与此同时用绝缘摇表测试回路绝缘，按照操作规范，确保故障排除符合要求5。上述接地故障案例属于非金属性接地故障，在发生接地故障时，初始电压降低，但电阻下降却不多。关闭相关回路电源后，正常绝缘可迅速恢复，确定接地故障回路情况的难度较高，需通过测试回路绝缘电阻，进一步确定对应非电量回路。在此基础上，需要敷设新电缆，提高故障监测、排查的合理性，将问题彻底解决，维护供电系统的稳定性。5结束语综上所述，随着供电需求增长，需要强化变电站直流系统性能，提高接地故障防范意识。在现实工作中需要及时检查、准确定位故障，保障直流系统的安全稳定，维护变电站的运行状态。为提高故障处理的有效性，需总结经验，提出接地故障维护的新措施，确保故障检查的质量和实际的维护效率。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 安佰强.智能变电站直流系统接地故障诊断研究D.西安:西安理工大学,2020.3 张晓野.直流系统接地故障查找措施探析J.光源与照明,2020(10):47-49.4 刘友强,游德华.变电站直流系统接地原因分析及故障查找J.大众用电,2019,34(8):30-31.5 黄祖委.变电站直流系统接地故障检测系统研究D.广州:广东工业大学,2017.