變電站直流系統(tǒng)接地故障新型查找方法

王龍，楊凱，秦川，黎月泰

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100)

1 問題的提出

變電站直流系統(tǒng)為各種控制、自動(dòng)裝置、繼電保護(hù)、信號裝置、斷路器分合閘等設(shè)備提供可靠的工作電源，同時(shí)也可作為所用電的備用電源[1]，是變電站的一個(gè)重要組成部分，因此，直流系統(tǒng)的可靠性，對變電站的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

直流系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)分布廣，涉及回路眾多，外露部分較多，易受外界環(huán)境因素影響引起直流接地報(bào)警，造成直流系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行。直流系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，直流電源中性點(diǎn)存在于直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置，利用電橋平衡原理，使得正極和負(fù)極對地的電阻值大致相同，對地電壓平衡。如果直流系統(tǒng)發(fā)生接地，電橋平衡被打破，接地極對地絕緣電阻值下降到臨界值，引起接地極對地電壓降低，非接地極對地電壓升高[2]。

1.1 直流接地產(chǎn)生原因

(1)直流系統(tǒng)連接設(shè)備眾多，回路復(fù)雜，長期運(yùn)行時(shí)，二次回路及設(shè)備容易老化，對地絕緣性能下降，易引發(fā)直流接地故障[3-4]。

(2)安裝施工工藝不良、非人為機(jī)械力的破壞等，造成電纜絕緣受損，與設(shè)備外殼接觸，發(fā)生接地現(xiàn)象。

(3)受環(huán)境氣候影響，尤其是在下雨潮濕環(huán)境下，戶外端子箱和機(jī)構(gòu)箱密封不嚴(yán)進(jìn)入水分，使得二次直流回路受潮而造成接地[5]。

1.2 直流接地故障分類

(1)按照接地極性劃分，可以分為正接地和負(fù)接地[6]。對于220 V直流系統(tǒng)，當(dāng)正極完全接地后，正極對地電壓降為0，負(fù)極對地電壓升為-220 V。

(2)按照接地種類劃分，可以分為直接接地和間接接地。對于220 V直流系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生直接接地時(shí)，接地極對地電壓降為0，非接地極幅值升至220 V；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生間接接地時(shí)，根據(jù)絕緣下降程度不同，接地極對地電壓幅值在0～110 V之間變化。

(3)按照接地?cái)?shù)目劃分，可以分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地。通常情況下，系統(tǒng)單點(diǎn)接地雖然不影響系統(tǒng)整體運(yùn)行，但為了防止多點(diǎn)接地，工作人員也需要盡快排除故障。

1.3 直流接地故障危害

(1)直流系統(tǒng)多點(diǎn)接地會(huì)造成斷路器誤跳閘[7]。圖1為直流系統(tǒng)接地模擬，A、B兩點(diǎn)直流完全接地，繼電器KA觸點(diǎn)被短接，跳閘線圈TQ兩端電壓達(dá)到動(dòng)作值，造成斷路器誤跳閘。

(2)直流系統(tǒng)多點(diǎn)接地會(huì)造成斷路器拒動(dòng)[8]。如圖1所示，當(dāng)B、C兩點(diǎn)直流完全接地時(shí)，跳閘線圈TQ兩端被短接， TQ失電無法動(dòng)作，造成斷路器拒動(dòng)。

圖1 直流系統(tǒng)接地模擬

(3)直流系統(tǒng)多點(diǎn)接地會(huì)引起熔斷器熔體熔斷。如圖1所示，當(dāng)A、C兩點(diǎn)直流完全接地時(shí)，直流正負(fù)極短路，引起熔斷器熔體熔斷。

1.4 直流接地故障傳統(tǒng)查找方法及優(yōu)缺點(diǎn)

直流接地故障傳統(tǒng)查找方法有兩種：

(1)瞬間拉路法[9]。即依次拉合電源空開，查找原則為先戶外，后戶內(nèi)；先斷非重要回路，后斷重要回路；先斷新投運(yùn)設(shè)備，后斷其它設(shè)備。

(2)絕緣監(jiān)測裝置查找法。微機(jī)型絕緣監(jiān)測裝置在直流系統(tǒng)中已得到普遍使用，能實(shí)時(shí)監(jiān)測直流母線和各饋電支路的絕緣狀況。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生直流接地故障時(shí)，可以實(shí)時(shí)記錄故障信息，及時(shí)上傳調(diào)度中心，同時(shí)顯示接地回路編號，將故障范圍縮小到具體某一支路，為檢修人員查找節(jié)省一定時(shí)間[10]。

以上2種故障查找方法均有一定的缺點(diǎn)，瞬間拉路法雖操作簡單，無需其它輔助設(shè)備，但盲目性比較大，沒有明確范圍，在反復(fù)進(jìn)行拉合試驗(yàn)時(shí)，易造成設(shè)備損壞，存在安全隱患；絕緣監(jiān)測裝置雖能在母線支路上鎖定有效故障范圍，但無法監(jiān)測支路以下回路故障范圍，仍給檢修人員造成一定困難。同時(shí)，此類裝置抗分布電容干擾性差，造成誤報(bào)，存在檢測精度不高等問題。

鑒于傳統(tǒng)故障查找方法查找用時(shí)長、精準(zhǔn)度低，變電站引入了一種新型直流接地故障定位儀，該定位儀可以精準(zhǔn)查找接地故障點(diǎn)，有效消除故障，確保變電站直流系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行。

2 直流接地故障新型查找方法

2.1 新型直流接地故障定位儀工作原理

該故障定位儀由2臺裝置組成：1臺為直流母線監(jiān)測與信號發(fā)生器；另1臺為支路檢測或接地點(diǎn)查找信號接收器(電流鉗)。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，信號發(fā)生器產(chǎn)生超低頻直流檢測信號，電流鉗可在接地點(diǎn)處接收超低頻直流檢測信號，達(dá)到接地故障點(diǎn)查找目的，接地電阻越小，電流鉗接收檢測信號輸出幅度越大。

具體使用方法：在支路檢測中，首先利用儀器判別接地極性，若為正接地，可在正極與地之間裝設(shè)信號發(fā)生器；若為負(fù)接地，可在負(fù)極與地之間裝設(shè)信號發(fā)生器。信號發(fā)生器裝設(shè)完畢后，可在直流各分支回路移動(dòng)電流鉗以查找故障接地點(diǎn)。檢測信號的強(qiáng)弱與接地電阻成反比，電阻越小，電流鉗接收到的檢測信號越強(qiáng)。

2.2 現(xiàn)場案例

2018年4月12日，某110 kV變電站報(bào)“直流接地”信號，直流絕緣監(jiān)測裝置顯示：“直流系統(tǒng)正極接地；101Z支路發(fā)生接地故障”。該變電站直流系統(tǒng)接線如圖2所示，直流母線引出8條支路，其中101Z支路為110 kV I段控制電源，且110 kV I段設(shè)備屏頂小母線又引出8條支路，直流絕緣監(jiān)測裝置雖報(bào)101Z支路發(fā)生接地故障，但無法確認(rèn)具體支路回路的故障點(diǎn)，給查找?guī)硪欢ǖ睦щy。

現(xiàn)場檢修人員利用新型直流接地故障定位儀后，在15 min內(nèi)便查到了故障點(diǎn)，具體過程如下：

(1)根據(jù)故障信號提示，檢修人員用萬用表測直流母線正極對地電壓0 V，負(fù)極對地電壓-230 V電壓。確定正極接地后，檢修人員將信號發(fā)生器接至正極母線與地之間，手持電流鉗夾在101 Z支路正極線路上，電流鉗顯示19，證明101 Z支路存在接地現(xiàn)象。

圖2 某110 kV變電站直流系統(tǒng)分配

(2)確定101 Z支路后，檢修人員利用電流鉗從201 Z至208 Z支路依次查找，201 Z至207 Z均顯示2，證明這7條回路正常。

(3)在208 Z 1號保護(hù)測控屏內(nèi)，繼續(xù)上述方法，最終查到戶外1號主變有載調(diào)壓端子箱內(nèi)1根濾油機(jī)線路正極接地，故障消除后后，直流接地信號消失。

3 效果評價(jià)

(1)經(jīng)過實(shí)踐檢測，采用新型直流系統(tǒng)接地故障定位儀后，變電站直流系統(tǒng)查找故障時(shí)間由原來2 h縮短至30 min。從2018年4月至2019年6月，寧夏吳忠地區(qū)共發(fā)生直流接地36起，利用新型直流系統(tǒng)接地故障定位儀快速準(zhǔn)確查找故障成功率為100%。

(2)新型直流系統(tǒng)接地故障定位儀產(chǎn)生的是低頻直流信號，對直流系統(tǒng)分布電容及電磁干擾抑制能力較強(qiáng)，不會(huì)發(fā)生誤報(bào)，同時(shí)采用微電腦進(jìn)行軟件濾波算法，精度高，定位準(zhǔn)確性大大提高。

(3)采用新型直流系統(tǒng)接地故障定位儀，不需要對直流系統(tǒng)中各負(fù)荷進(jìn)行停電處理，只需電流鉗監(jiān)測電流即可，大大提高了直流供電的可靠性，降低了安全隱患。

4 結(jié) 論

(1)對直流系統(tǒng)故障產(chǎn)生原因、故障類型及故障危害進(jìn)行了分析，直流系統(tǒng)對于變電站安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要，應(yīng)及時(shí)處理，避免影響變電站直流系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行。

(2)介紹了傳統(tǒng)和新型直流接地故障查找原理及方法，并對2種方法進(jìn)行比較，通過實(shí)際案例驗(yàn)證了直流接地故障新型查找方法的優(yōu)越性。

(3)新型直流系統(tǒng)接地故障定位儀在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中，性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確率高，為檢修人員查找直流接地故障提供了技術(shù)支持，保證了變電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行。