直流系統(tǒng)接地的排除與防范

變電站常用的直流系統(tǒng)有220V和110V兩種。當絕緣正常時，直流系統(tǒng)正負極對地電壓平衡;而當發(fā)生一點接地時，由于直流系統(tǒng)本身是不接地系統(tǒng)，正負極電壓正常，二次設備運行仍然可以運行，但因為電容電流的存在，即使是一點接地，也可能造成開關誤動。當發(fā)生第二點接地時，開關誤動或者是直流回路短路的幾率更大。在日常的工作中應做好防止發(fā)生直流接地故障的措施，發(fā)生直流接地故障時應盡快排查，消除故障。

一、直流監(jiān)測儀的工作原理

傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)接地監(jiān)測是利用不平衡橋原理來檢測接地故障，如圖1所示。正常時，正負極對地電壓平衡，繼電器不會動作;假設負極接地，通過大地連通，使繼電器動作，發(fā)去接地信號。

目前大多數(shù)絕緣監(jiān)測儀分成常規(guī)監(jiān)測和支路監(jiān)測兩個階段工作。常規(guī)監(jiān)測是實時監(jiān)測直流母線對地電壓，當絕緣下降到相應定值時發(fā)信報警，同時啟動支路監(jiān)測，向外發(fā)去低頻信號，若為支路接地，其支路上的互感器應感應到低頻信號，將此信號送回監(jiān)測儀計算出接地阻抗，再分離出阻性和容性電流，即可計算出該支路的接地電阻和接地電容值。

二、直流接地故障的排查方法

1. 工作前準備

首先準備好以下儀器，能確保安全和提高排查的速度。萬用表(內阻不少于2kΩ/V)、絕緣搖表(1kV)、變電站直流系統(tǒng)網(wǎng)絡圖、鉗表、直流接地故障查找儀。

直流接地故障查找儀的工作原理是在直流母線上與大地間加入高頻交流電壓，使高頻電流經接地點。

鉗表用來測量各分支回路，如檢測到有高頻信號，即該回路是接地回路，沿回路跟蹤即可找出故障點。

變電站直流系統(tǒng)網(wǎng)絡圖繪出了直流各個分支的走向、環(huán)網(wǎng)刀閘的具體位置和環(huán)網(wǎng)狀態(tài)等，為繼保人員、運行人員提供直觀的、清晰的直流系統(tǒng)網(wǎng)絡情況，對于提高事故搶修效率，快速排除故障，以及運行人員的正確快速的事故處理十分重要。

2.排查方法

(1)排除思維

查找過程始終采用排除思維，首先確定故障的大范圍，然后逐步縮小范圍進行排查。

可以根據(jù)現(xiàn)場的天氣情況、變電站內是否有其他班組工作、變電站監(jiān)控信息、運行人員反映信息等情況進行排查。如果是雨雪天氣，就可考慮故障是否存在于戶外設備，包括戶外端子箱、接線盒、戶外的儀表。監(jiān)控系統(tǒng)的信息也可以作為判斷信息。比如接地故障發(fā)生的時間正好與某開關合閘(或分閘)的時間相差很近，則該開關控制回路應重點檢查。目前采用最多的是拉路法和使用直流接地查找儀排查的方法，兩者也是排除思維。使用直流接地故障查找儀，比較簡單方便，但是直流接地故障查找儀有時會因為接地電容過大造成誤判，另外其輸出信號過強也使直流波紋系數(shù)超標，影響保護和自動裝置的運行，在一些特殊情況下可能會造成開關誤動。我們在使用直流接地故障查找儀應檢查儀器是否會影響運行中的保護，才能使用。否則建議還是使用拉路法。因為拉路法是最基本、最經濟的方法，其安全性也是可控的。有些接地故障采用拉路法，效率會更高。因此下面將對拉路法的使用和注意事項做詳細介紹。

(2)拉路法介紹.

拉路法的原則是先拉非重要負荷，比如事故照明、信號電源、通訊電源等，再拉重要的負荷，如保護控制電源、切換電源、遙控電源、自動裝置電源等。切換蓄電池組來排除是電源屏接地還是外部回路接地也屬于拉路法。

將拉路法分為逐一拉路法和全部拉路法。

傳統(tǒng)的逐一拉路法是逐個將饋線開關退出(退出時間不得超過3秒)，判斷后立即恢復饋線開關，但也不能太快，太快了會造成對回路元件的沖擊，造成元件損壞。該法優(yōu)點是對重要設備停電時間少，縮短了設備失去保護的時間;缺點是不能排除某些接地故障，如故障回路存在寄生回路、不同間隔發(fā)生多點接地、環(huán)路供電回路發(fā)生接地等情況。

全部拉路法是將饋線開關逐個拉開，暫時不恢復，直到切除故障點使系統(tǒng)正常后，才逐個恢復饋線開關，這樣可以排除因為寄生、多點接地、環(huán)路供電方式造成判斷困難的問題，同時也能區(qū)分是電源屏接地還是其外部回路接地的故障。實際操作時，先將非重要負荷的饋線開關逐個退出，如果故障還未排除，不再恢復，再切重要負荷的饋線開關，直到系統(tǒng)電壓恢復正常?；謴蜁r，先恢復重要負荷饋線開關，在恢復過程繼續(xù)檢測系統(tǒng)電壓，如果系統(tǒng)又接地，說明剛恢復的饋線間隔也存在接地點。這方法既可以排除寄生問題、多點接地故障以及環(huán)路供電方式的回路故障，也清楚判斷是電源屏接地還是外部回路接地。缺點是設備失去保護的時間比逐一拉路法的時間長。

(3)確定間隔后的排查方法

確定某個饋線間隔存在接地點，采用拉路法，可以分別切開其分路開關來排除。以220kV線路開關間隔為例，在正常情況下，1M、2M直流母線都供給線路保護屏，這兩路直流電壓是相互獨立的，不應有寄生，我們需拉開有接地故障的直流母線上的分路空開(信號電源、操作電源、保護裝置電源)來排除。根據(jù)負荷的重要性來選擇，所以可優(yōu)先拉掉信號電源，如果接地故障還存在，接地點可能在保護及控制回路上。對控制回路進行排查，就要評估二次回路檢修的影響，必要時申請將一次設備轉冷備用或檢修。根據(jù)間隔的情況布置安全措施后，可以用帶電拆除接線的方法進行排除，也可以通過斷開控制電源后、使用絕緣搖表測量回路絕緣的方法進行排除。一般建議采用后者，因為帶電拆線排除法具有一定風險，容易造成兩點接地，也存在人身傷害風險，需格外小心，一般不要采用。

對控制回路的查找，首先確定故障點是在保護屏還是在開關側，可以將保護屏到開關場地的二次電纜解開，用搖表測量兩部分的絕緣，縮小故障范圍。需要解開那些電纜，因根據(jù)回路確定，拆開的二次線，應能夠將回路分成獨立的部分，甚至幾個對立回路，這樣排除，對于判斷是十分有效的。

如果接地點在保護屏上，拔出插件，檢查操作插件外觀，再測量屏內所有二次回路絕緣，如果絕緣好，那接地點就在插件上。如果屏內回路仍然存在接地故障，那就應對該屏內接線及端子排進行排查。

如果接地點在開關場地方向，應到開關端子箱排查，根據(jù)接地的回路，逐一解開端子上電纜芯，分別測量絕緣進行排除，縮小故障范圍。開關場地的接地點很多，有可能是二次電纜、開關機構內部的輔助接點、計數(shù)器、繼電器、電路板，也可能是刀閘機構箱內部。

3.注意事項

(1)使用合格儀器。使用電子式絕緣電阻表前，應檢查電池是否足夠，因為電量不足會影響其輸出功率，致使測量數(shù)據(jù)存在誤差;采用高阻萬用表，避免造成直流系統(tǒng)第二點接地。

(2)使用直流接地故障查找儀時應退出絕緣監(jiān)控裝置，避免絕緣監(jiān)控裝置的接地點對接地查找儀發(fā)出的信號分流，影響測量準確度。

(3)使用接地查找儀前應檢查其輸出功率。通過接地查找儀查找接地具有無需對二次回路進行改動、無需退出保護工作電源等優(yōu)點，十分方便，但是由于其工作原理是對直流母線發(fā)出交流信號，若信號太強會對二次設備造成影響，對本來故障的直流系統(tǒng)造成更大的損害。所以接地查找儀的輸出功率對直流母線的波動影響應控制在5%以內。

(4)使用拉路法時，應通知調度值班人員，經批準后執(zhí)行;要做好防止保護誤動、監(jiān)控失電的安全措施;要對解開的電纜芯，斷開的電源空開、保險等進行記錄，避免恢復接線時錯誤或遺漏。

(5)如果是電纜芯接地，更換電纜芯時，除了測量對地絕緣外還要測量電纜芯之間的絕緣，以判斷電纜是否存在線間絕緣下降缺陷。

三、防止直流接地發(fā)生的措施

1.設備元件絕緣老化盡快更換。直流接地故障較多發(fā)生在運行時間長的變電站，如二次電纜接地、二次設備元件老化、電容器爆裂漏液、指示燈座絕緣下降等。絕緣老化的設備隱患只有通過更換的方法處理。

2.拆除一些不必要存在的二次回路及設備。有些二次回路及設備雖已停用，但卻沒有退出直流電源，日常缺少維護，容易造成絕緣下降。比如已實現(xiàn)無人值班的變電站保留的一些公用信號回路、光子牌、閃光回路、屏頂直流母線、端子排上遺留的接線頭、甚至舊的二次電纜也沒有拆除，留下接地隱患，也是接地故障產生的主要原因。建議將這些回路全部拆除。

3.做好防潮措施。戶外端子箱、戶外開關的機構箱、CT與PT上的接線盒、主變的瓦斯繼電器、溫度表、油位計等戶外設備因為在戶外長期受陽光照射，以致密封膠老化，容易受潮，造成內部元件接地。建議對這些設備定期進行防水檢查，增加防雨罩，和使用密封材料封漏。同時做好加熱器的管理維護，定期檢查溫控器以及加熱板，特別施工期間，加強對加熱器電源停用的戶外端子箱巡視管理，和做好防潮措施。一些分相開關的機構箱、刀閘機構箱沒有安裝加熱器也應改造。

4.加強工程施工管理，避免遺留隱患。比如電纜頭制作時電纜芯受損;電纜芯與柜門的位置過近致使關門時夾傷電纜芯;電纜芯與戶外端子箱的外殼太近，暴曬使得端子箱外殼發(fā)熱，電纜芯受熱使得絕緣下降接地;粗暴施工造成電纜絕緣層損傷等。這些隱患不一定立即顯現(xiàn)，有可能待天氣炎熱、下雨、受到震動時才會造成絕緣下降，發(fā)生直流系統(tǒng)接地。消除這些隱患，這需要在工程施工時加強驗收管理，文明施工，避免留下隱患。

四、結束語

因為直流系統(tǒng)在變電站的重要性，直流系統(tǒng)接地故障作為緊急缺陷處理往往消耗繼電保護工作人員大量精力，也嚴重影響電網(wǎng)設備的安全穩(wěn)定運行。本文介紹的直流接地排查方法為繼保工作人員進行直流接地排查提供參考。直流接地查找的方法各有優(yōu)點，我們應根據(jù)情況合理使用。同時，我們應做好事前控制，做好防止直流接地的措施，盡可能減少直流接地的發(fā)生，提高電網(wǎng)安全運行的可靠性。

參考文獻：

[1] 吳建忠.直流電源系統(tǒng)監(jiān)控裝置的研制[J].計算機應用，2003，29(10)：10-12.

作者簡介：

林立鵬(1973-)，男，高級工程師，從事繼電保護維護工作。

禹超(1987-)，女，從事繼電保護維護工作。