變電站直流系統(tǒng)接地故障研究及處理

李華 趙忠梅 王洪彬

摘 要：變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和重要組成部分，變電站的核心是DC供電系統(tǒng)，直流接地是系統(tǒng)中一種常見(jiàn)故障。一旦發(fā)生接地故障，操作維護(hù)人員需要快速準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)，及時(shí)排除故障，確保電網(wǎng)安全。本文設(shè)計(jì)一種接地故障模擬箱，方便變電站運(yùn)維人員進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：變電站;接地故障;直流系統(tǒng)

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

0 前言

近幾年，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)張，每年有幾百座變電站進(jìn)行改造，一千多座新電站投入建設(shè)。直流電源系統(tǒng)是變電站中的核心電源，給變電站內(nèi)各種設(shè)備和采集裝置以及開(kāi)關(guān)控制機(jī)構(gòu)提供電源，在變電站斷電的事故發(fā)生后提供應(yīng)急備用電源。因?yàn)橹绷麟娫聪到y(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所接設(shè)備繁多等原因，容易產(chǎn)生接地等故障，因此加強(qiáng)變電站運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)變電站直流系統(tǒng)的認(rèn)知和管控，提高工作人員故障定位和排查能力是保證電網(wǎng)穩(wěn)定工作的一項(xiàng)重要手段。

1 變電站直流系統(tǒng)介紹

我國(guó)直流系統(tǒng)供電主要有110V、220V、48V幾種類(lèi)型，主要采用裝置的整個(gè)地線(xiàn)系統(tǒng)和大地之間絕緣的浮懸浮接地技術(shù)，這樣能有效避免交流地線(xiàn)的干擾。

變電站直流電源系統(tǒng)不僅是變電站內(nèi)各種采集設(shè)備和監(jiān)控監(jiān)測(cè)裝置的主要電源，還是變電站事故失電后的重要后備電源。為變電站的檢測(cè)裝置、采集單元、信號(hào)電路、通信單元等關(guān)鍵設(shè)備提供操作電源，并為系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制機(jī)構(gòu)提供操作電源。可以說(shuō)，直流系統(tǒng)是變電站供電系統(tǒng)的核心部分。

直流電源系統(tǒng)不僅線(xiàn)路結(jié)構(gòu)龐大而且接入設(shè)備復(fù)雜，變電站內(nèi)的自動(dòng)控制設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備、信號(hào)采集監(jiān)控裝置、以及配電裝置的端子箱和機(jī)構(gòu)箱等重要電源都會(huì)接入直流電源系統(tǒng)。在復(fù)雜的環(huán)境和龐大的線(xiàn)路布設(shè)的條件下，很容易發(fā)生線(xiàn)路對(duì)地短接，破壞系統(tǒng)的對(duì)地絕緣性。當(dāng)系統(tǒng)中有僅僅只有一處接地點(diǎn)時(shí)，往往不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。但是系統(tǒng)接地點(diǎn)超過(guò)兩處時(shí)，往往會(huì)改變系統(tǒng)的回路設(shè)計(jì)，造成保護(hù)機(jī)構(gòu)誤動(dòng)拒動(dòng)，甚至燒壞設(shè)備破壞回路。因此，直流電源系統(tǒng)中只要有接地故障發(fā)生，就要盡快進(jìn)行檢查處理，及時(shí)排除。

2 接地故障的危害分析和常見(jiàn)處理方法

直流供電系統(tǒng)接線(xiàn)復(fù)雜，設(shè)備連接多，電纜設(shè)備布置環(huán)境復(fù)雜多樣，容易發(fā)生直流接地故障。

2.1 直流系統(tǒng)接地的危害

直流電源系統(tǒng)給變電站中的通信設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、控制單元等提供電源，因此，是變電站中十分重要的一個(gè)組成部分。由于直流電源系統(tǒng)的復(fù)雜性，很容易產(chǎn)生支路接地等問(wèn)題，如果系統(tǒng)只有一點(diǎn)接地，通常情況下，危害不大。但是如果不及時(shí)排除一點(diǎn)接地故障，一旦有兩點(diǎn)或者多點(diǎn)接地，很容易對(duì)微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制回路造成破壞，進(jìn)而危及變電站電力系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。

如圖2示意圖，如果正極A、B兩點(diǎn)接地，會(huì)造成開(kāi)關(guān)J1短路，從而錯(cuò)誤觸發(fā)ZJ動(dòng)作。若是正極B和負(fù)極C兩點(diǎn)接地，則跳閘線(xiàn)圈ZJ短路。當(dāng)ZJ需要發(fā)生動(dòng)作時(shí)，會(huì)因?yàn)榫€(xiàn)圈不能及時(shí)跳開(kāi)而引起事故進(jìn)一步擴(kuò)大。如果正極A和負(fù)極C兩點(diǎn)接地，則會(huì)造成正負(fù)母線(xiàn)間的短路，這將會(huì)燒毀保險(xiǎn)FU1和FU2，進(jìn)而造成中間多個(gè)設(shè)備失電，甚至?xí)龤е绷鞴╇娫丛O(shè)備擴(kuò)大事故范圍。

2.2 接地故障常見(jiàn)原因分析

直流系統(tǒng)接地故障的原因很多。接地故障有以下幾種常見(jiàn)原因：

（1）設(shè)備以及線(xiàn)路老化原因。系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行，部件老化損壞，間接線(xiàn)路和設(shè)備松動(dòng)或移位，線(xiàn)路絕緣皮老化脫落，都會(huì)造成直流漏電接地。

（2）天氣環(huán)境原因。復(fù)雜的環(huán)境和氣候，如雨雪浸入、灰塵堆積、環(huán)境潮濕等都容易造成戶(hù)外二次接線(xiàn)盒的接線(xiàn)樁頭和外殼導(dǎo)通，從而引起接地。

（3）線(xiàn)路的磨損原因。當(dāng)支路線(xiàn)纜靠近開(kāi)關(guān)柜門(mén)等運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)部件時(shí)，容易造成線(xiàn)纜絕緣皮磨損，造成直流接地。

（4）接線(xiàn)錯(cuò)誤原因。在二次接線(xiàn)系統(tǒng)中，由于線(xiàn)纜線(xiàn)束眾多，如果施工不細(xì)致，造成電纜芯的一頭接在端子上，另一頭懸空的現(xiàn)象。如果懸垂頭未經(jīng)處理和絕緣，一旦接觸到設(shè)備或者線(xiàn)纜，就會(huì)引起接地。

（5）外物破壞。異物掉落、蜜蜂筑巢或者老鼠啃咬線(xiàn)纜的絕緣包皮等，都會(huì)造成絕緣的破壞，引起接地。

2.3 查找接地故障的基本原則和方法

直流接地故障將給整個(gè)變電站的穩(wěn)定安全運(yùn)行帶來(lái)極大的危害。一旦發(fā)生，必須立即發(fā)現(xiàn)并消除。但是由于直流系統(tǒng)的復(fù)雜性，要做到安全、準(zhǔn)確、快速的找出故障點(diǎn)，并進(jìn)行排除并不容易。

直流接地的檢測(cè)方法按照檢測(cè)手段有如下幾種：在線(xiàn)式絕緣監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)方法、便攜式絕緣監(jiān)測(cè)定位裝置檢測(cè)方法、拉線(xiàn)式瞬停回路檢測(cè)方法等。便攜式絕緣監(jiān)測(cè)定位法，檢測(cè)結(jié)果不夠精確，檢測(cè)結(jié)果錯(cuò)誤較多。絕緣監(jiān)測(cè)裝置在線(xiàn)檢測(cè)法，絕緣監(jiān)測(cè)裝置巡視時(shí)間很長(zhǎng)影響故障排查的及時(shí)性，也會(huì)存在漏選錯(cuò)選的問(wèn)題。瞬?；芈贩ㄅ袛鄿?zhǔn)確且速度快，但是目前微機(jī)保護(hù)已經(jīng)普及，為了繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不允許隨意斷電。如果使用瞬停回路法則需要向調(diào)度申請(qǐng)，其工作流程會(huì)影響故障檢測(cè)的及時(shí)性，有操作不方便等問(wèn)題?；诮拥毓收蠙z測(cè)的復(fù)雜性和困難性，實(shí)際檢測(cè)中多是使用多種手法綜合查找。

除了提高檢測(cè)設(shè)備的性能，變電站運(yùn)行維護(hù)人員的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和業(yè)務(wù)水平也非常重要。在實(shí)際工作中需要加強(qiáng)對(duì)員工的電氣理論培訓(xùn)、提高對(duì)變電站內(nèi)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和了解，注重對(duì)工作人員實(shí)際查找經(jīng)驗(yàn)和查找手法的培養(yǎng)。本文從提高運(yùn)維檢修人員技術(shù)水平的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出一款便攜式接地故障模擬箱，用于在變電站投運(yùn)前給運(yùn)行維護(hù)人員培訓(xùn)練習(xí)使用。

3 一種便攜式接地故障模擬箱

根據(jù)變電站的實(shí)際設(shè)計(jì)和配置布線(xiàn)情況，以及變電站運(yùn)行檢修實(shí)際操作狀況，設(shè)計(jì)出一種便攜式直流接地故障模擬箱如圖3。利用接地故障模擬箱人為制造回路接地情況，模擬變電站可能發(fā)生的各種接地故障，用于運(yùn)維檢修人員對(duì)站內(nèi)直流回路中的接地故障進(jìn)行學(xué)習(xí)分析。經(jīng)過(guò)人為設(shè)置接地故障進(jìn)行實(shí)際演練，工作人員對(duì)接地故障產(chǎn)生后各個(gè)設(shè)備信號(hào)工況有個(gè)直觀(guān)了解，可以加強(qiáng)變電站運(yùn)維人員對(duì)變電站系統(tǒng)的理解。在以后的變電站檢修運(yùn)維中，對(duì)變電站系統(tǒng)的深入理解和各種故障工況的熟悉，可以使工作人員能夠及時(shí)檢測(cè)異常情況、快速定位接地點(diǎn)、準(zhǔn)確排查故障。

3.1 模擬箱內(nèi)部原理圖

箱內(nèi)設(shè)置8只20千歐電阻，可將直流電源設(shè)備的8處回路做接地故障模擬點(diǎn)（見(jiàn)圖4）。箱體內(nèi)設(shè)接地元件用來(lái)接站內(nèi)地，電阻一端接地，另一端通過(guò)各自的開(kāi)關(guān)從端子引出電纜，接至直流系統(tǒng)任一電源回路故障模擬點(diǎn)。

3.2 實(shí)際應(yīng)用原理圖

工作時(shí)將隨機(jī)選用的故障點(diǎn)的開(kāi)關(guān)閉合，該回路通過(guò)電阻接地導(dǎo)通，直流電源系統(tǒng)發(fā)生接地故障，母線(xiàn)絕緣降低，對(duì)地電壓變化，直流絕緣監(jiān)察裝置啟動(dòng)巡檢并報(bào)警，以此來(lái)模擬此回路的直流接地故障（見(jiàn)圖5）。

4 便攜式接地故障模擬箱優(yōu)點(diǎn)

用該方法設(shè)計(jì)的接地故障模擬箱有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）模擬箱接線(xiàn)簡(jiǎn)單，操作方便。采用鳳凰壓線(xiàn)式端子作為接線(xiàn)接口，接線(xiàn)方便安全性高。

（2）故障模擬箱體積小，不需要復(fù)雜的接線(xiàn)，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

（3）配置靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)：具有8個(gè)線(xiàn)纜接口，可以同時(shí)模擬多路接地。

（4）可靠性高：故障模擬器與外部系統(tǒng)之間沒(méi)有復(fù)雜的電氣連接，不影響直流電源電路。

（5）操作方便：模擬任一處電氣設(shè)備接地故障，不需要進(jìn)行復(fù)雜的線(xiàn)路布設(shè)工作，只需在該模擬箱本體操作開(kāi)關(guān)，操作簡(jiǎn)單安全性高。

（6）較以往在電氣設(shè)備上直接安裝電阻的故障模擬方法，采用故障模擬箱電氣設(shè)備沒(méi)有外置電阻和接地線(xiàn)，接地故障模擬點(diǎn)接線(xiàn)隱蔽，適用于教學(xué)模擬排查。

5 結(jié)束語(yǔ)

變電站的穩(wěn)定安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全。加強(qiáng)對(duì)變電站運(yùn)行維護(hù)人員的培養(yǎng)和訓(xùn)練，提高變電站工作人員對(duì)變電站線(xiàn)路系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，提高檢修人員的故障定位和排查能力非常關(guān)鍵。及時(shí)快速地定位和排查變電站系統(tǒng)故障，可以有效減小變電站故障影響面，防止事故擴(kuò)大，有效提高電網(wǎng)安全水平。

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