广东电网有限责任公司韶关供电局 广东韶关 512000
摘要：本文主要针对变电站直流系统故障及处理对策进行研究分析，通过结合具体实例，对故障种类及起因进行了阐述，并提出了相应的对策措施，以期能为变电站故障的解决提供参考借鉴。
关键词：变电站；系统；故障；对策
0 前言
直流系统是变电站电力系统中的重要部分，其不仅是独立的一个电源系统，更为信号装置、继电保护及自动装置、断路器等部件提供电源。直流系统对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证。一般情况下，直流系统是十分安全稳定的，但由于个别维护人员对变电站的管理疏忽以及相关的设计缺陷，都会导致变电站故障的发生，因此，我们要密切关注直流系统可能出现的故障问题，对变电站直流系统常见的故障，及时进行分析和处理，保证变电站的安全运行。
1 故障危害分析
近几年，伴随着我国经济发展，35kV变电站建设数量不断增多。由于经验缺乏、技术限制等原因，二次设备直流系统当中出现了不少问题。直流系统是整个35kV变电站电力系统的重要组成部分，且由于所有继电保护装置都使用直流电源，因此其也是继电保护控制的核心。从最近几年来看，很多较大的电网安全事故都是由变电站直流系统故障导致的，这主要是因为传统的变电站设计都采用了单极供电的方式，而随着电网负荷的增加，改造采用双极供电后，原来的直流电系统却没有改变，而是成为了一个故障闭合系统，一旦其出现故障，就会导致整个变电站保护装置也出现故障，从而影响到整个变电站甚至是电网的运行。
当前，在传统的35kV变电站设计中，主要是采用一段蓄电池向全站二次设备提供电源。运行过程中，系统不断开展直流整治活动，直流系统不断得到更新。为了增强供电能力，现在很多35kV变电站由一段蓄电池改为两段独立的蓄电池，虽然解决了供电能力不足的问题，但却导致继电保护二次回路接线错误，其结果就是接地、停止供电，可能会使整个二次供电设备陷入瘫痪。若短路导致的明火比较大，则可能会引起更严重的事故。由于目前变电站都是无人值守的，一旦出现直流故障，就需要对整个变电站进行故障检查和排除，且需要重新调度，造成大量的人力物力浪费。
2 共极运行故障分析与排查
2.1 故障分析
35kV变电站直流环网是两段直流系统共正极或共负极运行。由于两段直流正极和负极均连接在一起，如果二次回路存在寄生回路，导致共极运行发生，那么就会出现环网故障。比较常见的有断路器跳合闸回路，其会导致其它线不通电，而一旦通电，则在跳合闸处断开，导致故障发生。此外，有的35kV变电站直流系统采用两段直流母联开关断开的运行方式。在电网运行过程中，任一段出现接地故障都会导致整个直流供电系统的接地故障。
另一种情况是对于直流供电的两个母线，如果其中一个直流小母线的某间隔线路保护当中，第一组跳闸线圈负极与第二组跳闸线圈负极出现了寄生回路，也就是两组直流负极直接连接在了一起，则将导致两个独立的蓄电池共正负极环网故障，这时一段直流接地也会导致另一段的接地。
2.2 故障排查
对于共极运行导致的环网故障排查，可先模拟一段直流系统发生高阻接地，根据经验查找判断，或者使用便携式直流系统接地故障定位装置对故障地点进行准确定位。这两种方法比较适合查找二次回路中共极寄生回路导致的环网故障，但对于直流母线并列共极运行则不太适用。因为在此类故障当中，两组蓄电池出口电压不同，从而在内部形成环流，虽然暂时不会影响蓄电池功能，但是时间一长则会导致蓄电池故障。如果两段母线没有严格分开，此时共正极和共负极会从一段母线扩展到另一段母线，这时可先使用便携式直流系统接地故障定位装置判断一段母线是否存在故障，然后再检测另一段母线，测量两个蓄电池的正负极电压，如果不一致就需要及时更换蓄电池。
以上方法得益于便携式直流系统接地故障定位装置的工作原理。该装置由信号发生器和故障检测器两部分组成。在工作时，信号发生器在直流母线电源端向直流系统注入直流检测信号，信号的强度不会对直流系统产生影响；故障检测器则在直流负荷端各回路检测对地直流信号漏电流，从而快速检测出接地故障。目前35kV变电站使用的220V直流系统，0～70kΩ的电阻都能够检测出。
对于第二种情况，可以在II段母线上模拟电阻端直流负极节点，然后使用便携式直流接地测试仪进行故障定位，测量各支路是否接地，以及接地的具体位置。假如在某支路的A点上发现直流接地信号，而在其它支路上没有发现，则可以确定在该支路对应的某间隔内存在直流共极运行现象。紧接着，在II段直流系统当中重复上述步骤，如果在某支路当中也能检测到类似信号，则可确定在该间隔中的回路上存在将两段直流共极环网的寄生回路。最后，使用便携式直流接地仪检测直流回路上的接线错误。解决故障的过程中，要以恢复两组直流供电系统的独立运行为目的，通过断开共正极和共负极，或者重新布线、安装等方式解决。
3 二次回路改动不当问题分析与排查
3.1 问题分析
在一些新建的35kV变电站当中，为了保证继电保护装置的供电需要，一般采用两组蓄电池供电，如图1所示。其中有一种情况是I段直流正极与II段直流负极，或者I段直流负极与II段直流正极通过电阻、线圈等连接环网的问题。
图1 两组蓄电池供电示意图
如图2所示，在35kV变电站当中，两段直流电源系统是独立运行的，两者所带的负荷之间一般没有任何电气联系。一旦按照上述两种方式连接在一起，两段直流系统的正负极对地电位都是零。如果在某间隔进行二次回路改动时出现保护中心安全警告，或指示灯正负极的供电电流分别来自两个不同的直流电源，也会引起环网故障。在运行过程中，若两段直流之间存在正常励磁线圈或信号指示灯亮，则是由供电不足导致的线圈和指示灯的电压过低。由于环网故障有明显的提示，因此在运行过程中一般比较容易发现，当然有时也需要借助一些设备才能够进一步确定故障位置及原因。
若二次回路改动不当导致环网故障，要根据如图3所示的具体单元进行检测、排除。如果是I段直流正极与II段直流负极混在一起，此时两个直流系统中都会发直流接地信号；如果两个蓄电池连接的两段测试电阻为零，就可以判断是直接连接，根据叠加法，两个点的对地电位都是零，此时两个蓄电池都会出现直流接地故障。但是在实践当中，两个蓄电池之间由不定阻抗的电阻连接，此时比较复杂，主要分为两种情况：
第一种，某间隔保护当中，线圈或信号指示灯的正负极分别来自两段直流电源。如果在改造之前使用一组蓄电池供电，而改造后使用两组蓄电池供电，没有改造线圈或指示灯的直流供电就会出现故障，也就是出现不正常励磁或信号指示灯不能正常指示。例如，我公司在2010年的35kV变电站改造当中，对原来的直流电系统进行了升级，结果发现信号指示灯不亮，通过排查发现蓄电池改造后依然是一组蓄电池供电，实际上信号灯只是接了一根线。这个故障相对比较简单，可以围绕蓄电池很快找到原因，即在排查时断开两组蓄电池连接，使用其中的一个蓄电池对间隔中的线圈或指示灯进行供电，从而避免此类故障的发生。而在较为复杂的情况下，需要先检查是否存在线圈失磁或信号指示灯不能正常显示的情况，并在此基础上使用便携式直流接地测试仪查找故障原因。
第二种，两段都出现直流连接的情况。此时只能使用便携式直流接地测试仪确定故障位置及原因。此外，有时两组蓄电池之间会安装继电保护器，则需要通过试验的方式确定，具体方法是：首先断开一路的直流电源，判断在接点闭合后是否会引起故障，此时继电保护器不动，使用便携式直流接地测试仪测出直流接地信号，然后顺着运行方向，在两段直流环网回路上查找。找到后，断开电源，使用通路法或摇测绝缘的方法，即可排查出环网问题。
4 结语
总之，直流系统的安全运行是保证变电站安全工作的前提，因此，加强变电站直流系统安全运行的研究极为重要，这就要求维护管理人员提高安全意识，规范操作流程，做好设备的维护及改造，结合科学合理的管理措施保证整个变电站的安全运行。
参考文献
[1]耿星.变电站直流系统接地故障查找与处理方法思考[J].广东科技.2013（14）
[2]孙金标、詹红.变电站直流系统接地故障分析及查找办法[J].科技风.2011（02）
论文作者:郑晨炜
论文发表刊物:《电力技术》2017年第2期
论文发表时间:2017/6/28
标签：变电站论文; 故障论文; 蓄电池论文; 系统论文; 回路论文; 负极论文; 母线论文; 《电力技术》2017年第2期论文;