某220kV站直流系統(tǒng)接地原因分析及防范措施

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局 王化勇

220kV 站的直流系統(tǒng)作為電力設(shè)備的重要組成部分，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響到整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而，實際運(yùn)行中，直流系統(tǒng)的接地問題時常發(fā)生，不僅影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至可能威脅到整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。因此，對直流系統(tǒng)接地原因的深入研究及有效防范對確保電力設(shè)施的安全運(yùn)行具有重要的實際意義。

1 220kV 站直流系統(tǒng)概述

1.1 直流系統(tǒng)的定義和應(yīng)用

直流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)向各種設(shè)備提供直流電能。直流系統(tǒng)主要包括直流電源（如蓄電池組）、電池充電裝置、配電裝置和直流用電設(shè)備。在電力系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)的主要作用是為控制保護(hù)設(shè)備和重要輔助設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電源。在220kV 等高壓電站中，當(dāng)交流系統(tǒng)失電或不穩(wěn)定時，直流系統(tǒng)為斷路器的合分操作、保護(hù)裝置的動作，以及控制裝置和信號裝置的正常工作提供了保障[1]。

此外，直流系統(tǒng)也在應(yīng)急照明、防火設(shè)施等方面發(fā)揮作用，為電力系統(tǒng)在突發(fā)情況下的正常運(yùn)行提供了保障。具備這樣的能力使直流系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，其正常工作直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定，以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.2 某220kV 站直流系統(tǒng)介紹

某220kV 站是一個典型的高壓變電站，承擔(dān)著本地區(qū)電網(wǎng)的重要角色，負(fù)責(zé)向周邊區(qū)域供電，為社區(qū)、工業(yè)和商業(yè)設(shè)施提供穩(wěn)定、可靠的電力。

該站的直流系統(tǒng)主要由直流配電柜、蓄電池組、充電裝置等部分組成，其接線如圖1所示。直流配電柜用于向各種直流負(fù)荷提供電源。蓄電池組作為直流電源的核心，在電網(wǎng)失電或者異常情況下，為控制、保護(hù)和信號系統(tǒng)提供電源，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。充電裝置則是為蓄電池提供充電電源，保證電池組的電量水平。

圖1 某220kV 站直流系統(tǒng)接線圖

在這個高壓變電站中，直流系統(tǒng)的服務(wù)對象主要涵蓋了繼電保護(hù)設(shè)備、自動裝置、通信設(shè)備，以及各種測量裝置。通過這樣高度集成的直流系統(tǒng)，該站得以在復(fù)雜多變的電力環(huán)境中保持高度的可靠性和韌性，有效降低停電事件的發(fā)生頻率，進(jìn)一步確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

2 直流系統(tǒng)接地問題

2.1 接地故障的定義及影響

接地故障，是指直流系統(tǒng)中的正極或負(fù)極與地之間發(fā)生的意外電氣連接。由于直流系統(tǒng)通常是浮動系統(tǒng)，即正極和負(fù)極均與地之間無電氣連接，因此，當(dāng)其中一個極與地電氣連接時，就可能引起接地故障。

接地故障可能導(dǎo)致電氣設(shè)備的性能降低，這對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅。設(shè)備受到意外的接地影響，可能引起電氣參數(shù)的異常變化，進(jìn)而影響設(shè)備的輸出質(zhì)量和性能。在極端情況下，接地故障可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞，加大了電力系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險。接地故障還可能引起電流過載，進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。電流通過不正常的路徑流動，可能導(dǎo)致線路和設(shè)備過載，引發(fā)電線、絕緣材料等的過熱，從而造成火災(zāi)風(fēng)險。在具有爆炸性設(shè)備或材料的環(huán)境中，接地故障可能引發(fā)爆炸事故，對人員的生命安全構(gòu)成威脅[2]。此外，接地故障可能引起電壓異常，影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。電壓的異常變化可能導(dǎo)致設(shè)備的不穩(wěn)定性，進(jìn)而影響設(shè)備的性能和壽命。這對于一些對電壓敏感的設(shè)備來說，可能導(dǎo)致其正常運(yùn)行受到嚴(yán)重影響，甚至提前損壞。

2.2 某220kV 站直流系統(tǒng)接地故障的案例分析

某220kV 站的直流系統(tǒng)突然出現(xiàn)了接地故障。根據(jù)系統(tǒng)的報警指示，故障發(fā)生在直流系統(tǒng)的負(fù)極。運(yùn)維人員通過系統(tǒng)監(jiān)控界面確認(rèn)了報警信息的準(zhǔn)確性，隨后啟動了接地故障的應(yīng)急處理程序。

運(yùn)維人員立即對220kV 站的所有設(shè)備進(jìn)行了全面的視覺檢查，包括電池、直流配電板、開關(guān)等，但沒有發(fā)現(xiàn)明顯的物理故障或損壞。然后，工作人員使用接地故障定位儀對系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的測量，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生在一段連接電池組和直流配電板的電纜上。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，這段電纜的絕緣層出現(xiàn)了破損，導(dǎo)致電纜的銅芯直接與地面接觸，形成了電氣接地。

在確定故障原因后，運(yùn)維人員立即停電并進(jìn)行了故障電纜的更換。在新電纜安裝完畢后，運(yùn)維人員重啟了系統(tǒng)并進(jìn)行了測試。測試結(jié)果顯示，接地故障已經(jīng)被完全消除，系統(tǒng)恢復(fù)了正常運(yùn)行。

3 接地原因分析

3.1 直流系統(tǒng)接地的常見原因

直流系統(tǒng)接地問題是電力系統(tǒng)中的一個重要問題，因為這會導(dǎo)致電力系統(tǒng)設(shè)備損壞、運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至影響供電的可靠性。對于直流系統(tǒng)接地的常見原因，主要可以歸結(jié)為以下四個方面。

第一，設(shè)備故障。設(shè)備故障包括電池組內(nèi)部短路、開關(guān)接觸不良、繼電器動作異常等。這些故障可能由于設(shè)備老化、設(shè)備質(zhì)量差或設(shè)備操作不當(dāng)引起，從而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)接地現(xiàn)象。

第二，線路故障。線路故障可能源于線路的老化、機(jī)械損傷或者線路的絕緣性能下降。例如，電纜的絕緣層破損、接頭故障等，都可能引發(fā)線路的接地故障。

第三，環(huán)境因素。濕度、溫度、灰塵，以及腐蝕等都可能影響設(shè)備和線路的正常工作。特別是在濕度過高或者溫度過高的環(huán)境中，可能會使設(shè)備和線路的絕緣性能降低，從而引發(fā)接地故障[3]。

第四，設(shè)計或安裝問題。設(shè)計或安裝問題也是導(dǎo)致直流系統(tǒng)接地一個不容忽視的原因。如果在系統(tǒng)的設(shè)計或安裝過程中存在問題，例如接地方案設(shè)計不合理，或者系統(tǒng)的設(shè)備或線路的安裝不符合規(guī)范，都可能導(dǎo)致接地故障。

3.2 某220kV 站直流系統(tǒng)接地故障原因的深度分析

在深入分析某220kV 站直流系統(tǒng)接地故障的原因之前，需要首先了解該220kV 站的具體情況，包括設(shè)備種類、設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)營環(huán)境等。

在某220kV 站，直流系統(tǒng)由電池組、開關(guān)設(shè)備，以及監(jiān)控系統(tǒng)等組成。在一次定期檢查中，發(fā)現(xiàn)電池組存在接地現(xiàn)象，導(dǎo)致電壓下降。對于這個問題，進(jìn)行了一系列的排查和分析，具體排查過程如圖2所示。

圖2 直流系統(tǒng)接地故障排查過程

第一，排查設(shè)備故障。通過檢查電池組的性能，發(fā)現(xiàn)其中一只電池存在內(nèi)部短路現(xiàn)象。在深入檢查后，發(fā)現(xiàn)這只電池的絕緣老化，可能是由于電池使用年限過長。此外，還發(fā)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備的絕緣性能存在問題，有可能是設(shè)備質(zhì)量差或者使用不當(dāng)導(dǎo)致的。

第二，排查線路故障。通過線路的檢查，發(fā)現(xiàn)電纜接頭存在腐蝕現(xiàn)象，可能是濕度較大的環(huán)境條件導(dǎo)致電纜接頭的防護(hù)措施失效，使接頭腐蝕。

第三，現(xiàn)場環(huán)境考察。經(jīng)過現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)該220kV 站所在地的濕度較大，這可能加劇了設(shè)備和電纜的腐蝕程度，影響其正常工作。

第四，故障現(xiàn)場分析。對接地故障的具體現(xiàn)象進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在雨天或濕度較大時，接地現(xiàn)象更為嚴(yán)重，這說明濕度對接地現(xiàn)象的影響較大。

4 接地防范措施

4.1 常規(guī)接地防范措施

接地防范是保障電力設(shè)備正常運(yùn)行的重要手段。具體的有效措施包括以下幾方面。

第一，定期進(jìn)行設(shè)備和線路的檢查維護(hù)。定期進(jìn)行設(shè)備的性能測試和線路的完好性檢查，能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備性能下降或線路老化的情況，提早采取措施進(jìn)行維修或更換，避免設(shè)備和線路的故障導(dǎo)致接地。同時，對于電池等特殊設(shè)備，要定期進(jìn)行更換，避免電池老化導(dǎo)致的接地問題。

第二，加強(qiáng)電纜接頭的保護(hù)。電纜接頭是線路中容易發(fā)生故障的部分，應(yīng)當(dāng)采取特殊保護(hù)措施。比如采用防水、防腐蝕的保護(hù)套，增強(qiáng)電纜接頭的防護(hù)效果，避免電纜接頭腐蝕導(dǎo)致的接地問題。

第三，改善環(huán)境條件。對于濕度較大的環(huán)境，應(yīng)設(shè)法改善濕度狀況，比如改善通風(fēng)條件，使用除濕設(shè)備等。同時，對于存在化學(xué)腐蝕風(fēng)險的環(huán)境，應(yīng)當(dāng)避免使用易腐蝕的材料，并定期進(jìn)行防腐處理。

第四，提高絕緣等級。對于直流系統(tǒng)，特別是高壓直流系統(tǒng)，其設(shè)備和線路的絕緣等級要求較高[4]。可以通過提高設(shè)備和線路的絕緣等級，比如使用絕緣性能更好的材料，或者增加絕緣層的厚度，以提高設(shè)備和線路的絕緣能力，防止由于絕緣不良導(dǎo)致的接地問題。

第五，采取適當(dāng)?shù)慕拥胤绞健τ诓煌愋秃蜖顟B(tài)的設(shè)備，可以采取不同的接地方式，如阻抗接地、電阻接地等，以適應(yīng)設(shè)備的特性和工作狀態(tài)，避免不適當(dāng)?shù)慕拥胤绞綄?dǎo)致的接地問題。

4.2 針對某220kV站直流系統(tǒng)接地問題的具體防范措施

第一，重視設(shè)備的日常管理，包括定期進(jìn)行設(shè)備性能的檢測和維護(hù)。對于使用年限較長，可能出現(xiàn)內(nèi)部短路現(xiàn)象的電池，需要及時進(jìn)行更換，防止因電池故障引發(fā)系統(tǒng)接地。同時，定期檢查開關(guān)設(shè)備的絕緣性能也非常必要，一旦發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)立即進(jìn)行處理，減少因設(shè)備故障引發(fā)接地的可能性。

第二，定期檢查電纜線路的狀況，特別關(guān)注電纜接頭的狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)任何腐蝕現(xiàn)象都應(yīng)立即處理，包括更換電纜接頭或增加接頭防護(hù)措施等，防止電纜接頭腐蝕引發(fā)接地現(xiàn)象。此外，電纜的布線方式也需要優(yōu)化，盡量避免電纜在濕度大的環(huán)境中長期運(yùn)行。

第三，注意環(huán)境的影響。由于濕度較大的環(huán)境會對電纜和設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，因此，有必要采取一些措施來改善設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，例如改進(jìn)站房的防潮措施、增加通風(fēng)設(shè)備等，都可以有效降低站房內(nèi)的濕度，進(jìn)而減輕濕度對設(shè)備和電纜的腐蝕影響。

第四，實施現(xiàn)代化的設(shè)備監(jiān)控和管理系統(tǒng)。通過實時監(jiān)控設(shè)備和電力網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，可以及時發(fā)現(xiàn)和處理接地問題。濕度較大或雨天時導(dǎo)致的接地現(xiàn)象，可以設(shè)置預(yù)警機(jī)制，提前采取防范措施，避免或者至少減小接地現(xiàn)象的影響。

第五，加強(qiáng)人員培訓(xùn)和教育。應(yīng)該定期對電力設(shè)備的操作和維護(hù)人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，提高其對電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的理解，使他們掌握正確的設(shè)備操作和維護(hù)方法，防止因操作不當(dāng)導(dǎo)致的設(shè)備故障和接地。

5 結(jié)語

通過對某220kV 站直流系統(tǒng)接地問題的深度分析，可以明確看到，電力設(shè)備的維護(hù)和管理、電纜線路的檢查與優(yōu)化、環(huán)境因素的控制，以及現(xiàn)代化的設(shè)備監(jiān)控和管理系統(tǒng)的實施等都對防止接地故障起到了關(guān)鍵性的作用。此外，人員的專業(yè)培訓(xùn)和教育也能有效地防止因操作不當(dāng)導(dǎo)致的設(shè)備故障和接地?？偟膩碚f，只有通過這種綜合性的防范策略，才能確保直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力供應(yīng)的可靠性。在未來的電力系統(tǒng)運(yùn)維工作中，將更加注重這種全面、系統(tǒng)的防范策略，以適應(yīng)日益復(fù)雜的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，確保電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。