刘伟东
广东电网有限公司河源供电局 广东河源 517000
摘要：随着电力系统供电网络的不断扩大，变电站直流系统的安全稳定运行受到越来越多研究人员的重视。本文主要总结几起变电站直流系统接地故障，分析了导致直流接地故障的原因，根据现场运行经验及分析出的原因，归纳总结出能有效避免直流接地的几种防范措施，为日后减少变电站直流系统接地及快速查找接地故障提供了依据。
关键词：直流系统、接地、绝缘、爬电
1、引言
直流系统是变电站二次系统的重要组成部分，变电站几乎所有保护及自动化设备均采用直流系统供电，一旦直流系统失效，将导致整个变电站失去保护，因此，直流系统的安全稳定运行是保证变电站乃至整个电网安全稳定运行的关键。在电网实际运行过程中，直流系统故障引起的保护误动或拒动严重影响到电力系统的安全稳定运行。近年来如何快速查找直流系统故障及防范措施成为直流系统研究的热点问题。
变电站直流系统是一个对地绝缘系统，也就是整个系统除了平衡桥部分是接地外，其他任何部分都是对地绝缘的。直流系统对地绝缘是防止保护拒动及保护误动的关键，直流系统接地将可能导致保护设备误动或拒动。变电站由于设备的老化、天气、设备设计不合理或人为等因素可能造成直流系统正极接地或者负极对地绝缘下降，若绝缘下降到一定程度将严重威胁变电站保护设备的安全稳定运行。因此，为了保证电力系统的安全稳定运行，在发生直流接地时必须快速查找原因并排除故障。假若变电站发生直流接地时，需要停止一切工作，待接地点查找出并消除直流接地缺陷时方可恢复工作。本文分析了变电站发生的几起直流接地故障的原因，总结了一些防范直流接地的措施，为日后减少直流接地风险及快速查找直流接地故障提供了依据。
2、直流接地的种类及危害
2.3.1直流接地的种类
变电站直流接地故障总结起来可以分为以下几种类型：按极性分为正极接地和负极接地；按照接地类别分直接接地和间接接地。此外按接地情况还可以分成单点接地、多点接地、环形接地、交流半绝缘接地。
2.3.2正极接地的危害
当变电站直流正极接地时，可能会造成断路器误跳闸。由于断路器跳闸线圈有一端连接至控制电源负极，当系统发生正极接地的情况下，如图1所示，控制回路正极A处接地，若此时控制回路C点再发生接地，当接地电阻能使通过跳闸线圈的电流满足条件时，将造成断路器误跳闸，影响电网的安全稳定运行。
2.3.3负极接地的危害
当变电站直流负极接地时，可能会造成断路器拒动。由于断路器跳闸线圈有一端连接至控制电源负极，当系统发生负极接地的情况下，如图1所示，若此时控制回路C点再发生接地，当接地电阻满足条件时，将对流经跳闸线圈TQ的电流起到分流作用，造成流经TQ的电流达不到分闸的条件，将造成断路器拒动，影响电网的安全稳定运行。
2.3.4正负极同时接地的危害
若正负极同时接地，如A、B点同时接地，将可能造成直流系统短路，严重时可能造成某段直流母线失电，造成系统失去保护，对电网的安全稳定运行影响极大。若直流系统在运行过程中发生某段母线正接地故障，另外一段母线负接地故障，这时将不能将两套直流系统并列，防止并列时造成直流母线短路故障。
3、直流接地的原因
由于变电站绝大部分设备均采用直流供电，导致直流系统的分布范围广，因此直流接地故障时有发生。由于高压场设备长期处在长期风吹日晒的环境，高压场的设备绝缘损坏将是造成直流接地的主要原因，也可能由于产品设计不合理或者设备老化等原因造成直流接地，主要有以下几个方面：
（1）由于端子箱或机构箱设计不合理，导致其内部容易受潮，造成接线端子生锈或发霉，导致信号回路或控制回路对地绝缘下降。
（2）直流系统绝缘老化，由于直流系统经过多年运行，直流回路及元件受到灰尘、湿气及腐蚀气体的侵蚀，造成元件或直流回路对地绝缘下降。
（3）由于施工人员操作不当，由于变电站经常会有技改工程，需要对二次回路进行拆接线，经常会由于施工人员的误拆接线造成直流系统接地。
（4）产品设计不合理。当直流系统中的绝缘监视设备、端子箱及机构箱、及一些使用直流供电的设备设计不合理时，将导致在受到外力作用时，导致直流接地。或者装置的继电器或接线端子直流回路与交流回路设计的太靠近，由于交流是接地系统，由于长时间运行的爬电作用，造成直流接地。
图1直流接地原理图
图2刀闸电机热继电器
4、几起变电站直流接地故障分析
4.1刀闸回路设计不合理导致直流接地故障
2014年7月，某500kV变电站发生正对地绝缘下降到告警值以内，通过接地查找仪检查后发现，某500kV线路西门子刀闸位置信号回路有接地现象。经进一步检查后发现西门子隔离开关热保护继电器的“马达过负荷”信号接点与刀闸控制回路接点之间出现绝缘偏低，造成直流系统正对地电压降低、正对地绝缘电阻下降。如图3、图4所示，由于热继电器95、96接点串联在刀闸控制回路中，对电机起到保护作用，另外一付接点用来发送马达过负荷信号至测控装置，电机控制回路采用交流供电，信号回路是直流电，由于继电器使用一段时间后两付接点绝缘下降，造成对地绝缘的直流与接地的交流爬电，导致直流接地。
图3刀闸过热保护原理
4.2刀闸机构箱受潮导致直流接地
2018年06月07日，某220kV变电站发生直流正极对地绝缘下降现象，该站为220V电压等级直流电，绝缘下降后正极电压下降至57V。通过接地查找仪检查后发现某110kV线路间隔遥信回路对地绝缘下降，通过拉路法断开该遥信回路后，绝缘恢复正常，经进一步检查后发现该间隔的刀闸由于传动轴位置进水受潮，造成刀闸辅助触长满铜绿，导致刀闸位置遥信回路对地绝缘下降。
4.3直流防雷器击穿造成直流接地
某站验收时发现绝缘监测装置报母线接地故障，经检查后发现#2直流系统母线避雷器损坏击穿导致母线绝缘下降，经更换避雷器后母线绝缘恢复正常。
5、直流系统接地故障的防范措施
针对西门子刀闸机构热继电器控制辅助触点与信号辅助触点爬电导致绝缘下降的问题，取消西门子刀闸“马达过负荷”信号回路，以达到消除该类问题可能导致直流接地的隐患。为了避免该类问题导致的直流接地，避免交直流回路出现在同一元件相邻位置上。该类问题需要在设计阶段严格把关，排除隐患。
针对刀闸机构箱受潮导致直流接地的问题，需要在运维时确保端子箱除湿器工作正常，防止端子箱、机构箱进水受潮，端子箱、机构箱需要增加防雨水措施，以达到消除该类问题可能导致直流接地的隐患。
针对防雷器损坏导致直流接地的问题，需要在运维阶段关注元件的使用年限，特别是元件出现异常时需要及时更换，避免元件损坏导致直流系统对地绝缘下降。
图4 刀闸机构辅助触头
6、总结与结论
通过分析研究了几起直流系统接地故障，总结了导致直流系统接地的具体原因。直流系统接地主要有端子箱或机构箱设计不合理、直流系统元件老化、产品设计不合理等原因造成。根据具体的原因制定相应的防范措施，实践证明，以上措施能有效减少直流接地故障，为快速查找接地故障提供了依据。
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论文作者:刘伟东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/9
标签：变电站论文; 系统论文; 回路论文; 故障论文; 正极论文; 母线论文; 负极论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;