2020年11月10日第37卷第21期Telecom Power TechnologyＮｏｖ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ２１ doi：10.19399/j.cnki.tpt.2020.21.063运营探讨直流系统接地故障查找方法翟祥祥（南水北调东线江苏水源有限责任公司 宿迁分公司，江苏 宿迁 223800）摘要：直流系统承担着为厂站控制装置、保护装置以及信号装置提供可靠电源的责任，可以保障电网的平稳安全运作。直流系统出现接地故障，将会导致保护装置误动作，诱发电力系统解列和设备停工等不良后果。因此，以几例直流系统接地故障为依据，阐述直流系统接地故障的典型表现，并进一步探析直流系统接地故障的查找方法及其应用优化。关键词：直流系统；接地故障；变电站；浮充电；万用表；电压测量法Analysis on the Method of Finding Grounding Fault in DC SystemZHAI Xiangxiang（Suqian Branch of Jiangsu Water Source Co.，Ltd.，East Route of South to North Water Diversion Projec，Suqian 223800，China）Abstract：DC system is responsible for providing reliable power supply for station control device，protection device and signal device，which can ensure the stable and safe operation of power grid.However，the occurrence of DC system grounding fault will lead to the misoperation of protection device，which will lead to the disconnection of power system，equipment shutdown and other adverse consequences.Therefore，based on several cases of DC system grounding fault，this paper expounds the typical performance of DC system grounding fault，and further analyzes the search method of DC system grounding fault and its application optimization.Keywords：DC system；grounding fault；substation；floating charge；multimeter；voltage measurement method0 引 言当前，我国电网内多数发电站点均设置了站端直流系统。随着变电站出线端口尤其是高电压等级主接线量的不断增加，保护装置、信号装置以及控制装置被大量运用，导致为装置提供电源的厂站直流系统复杂度不断攀升。高度复杂的厂站直流系统极易因直流接地而导致断路器错误跳动或拒绝跳动，从而威胁整个电网系统的平稳运行。因此，本文重点探析厂站直流系统接地故障查找方法。或端子箱电缆进线保护金属管内积水遇冷结冰冻裂，从而导致电缆接地。二是安装失误，因设备安装失误，大力拖拽电缆沟内电缆诱发二次电缆线芯绝缘层局部损害，导致二次电缆直流接地。三是绝缘层遭烧毁破坏，因断路器分合闸线圈绝缘层遭烧毁破坏，导致断路器直流接地。四是更换操作不当，因断路器分合闸指示灯更换操作不当，导致断路器分合闸灯座直流接地。五是防水胶圈老化，因户外加热器损坏或端子箱防水胶圈老化，致使箱内湿气凝结成露，进而导致系统直流接地。1 直流系统接地故障及典型情况一般来说，浮充电为变电站内直流系统常用方式，其中电源正母线和负母线均对地绝缘，但是在某一条支路或母线绝缘电阻下降至整定值最低限值时，系统内会产生接地故障[1]。厂站直流系统发生一点接地对系统正常运行无干扰，但在直流系统出现两点或多点故障时，就会引发整个厂站设备保护误动或拒动，进而引发二次装置开关误跳闸、拒跳闸。变电站内直流系统典型接地故障包括以下5点。一是金属管内积水遇冷，因户外变电场电缆、机构箱收稿日期：2020-10-23作者简介：翟祥祥（1987-），男，江苏宿迁人，本科，工程师，主要研究方向为大型泵站机电设备管理。2 直流系统接地故障查找方法及应用实例2.1 万用表电压测量法万用表电压测量法是一种常见的直流系统接地故障查找方法，具有简单便捷和查找快速的特点。它主要是依据直流一极接地时对地电压降低而另一极对地电压升高的原理，切除某一部分直流负荷后，经万用表测定剩余直流负荷对地电压变化，获知直流系统接地故障点位置。万用表电压测量法在查找直流系统接地故障中的应用原则为明晰走向、由大到小、逐一否定以及最终排除。考虑到变电站直流系统分布范围较广，涵盖了全部的二次设备，因此在直流接地故障查找时，工作人员应全面分析现有直流布置线路走向。一般直流系 2020年11月10日第37卷第21期翟祥祥：直流系统接地故障 查找方法Telecom Power TechnologyＮｏｖ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ２１ 统布置规律为将直流屏输出直流电源划分为两路，分别运送至控制母线和合闸母线位置。前者分两路，一路经开关与信号小母线相连为全厂信号回路提供电力能源，另外一路则经开关、小母线以及主厂房公用屏引至每一台机组自动化屏，为各台机组的二次设备提供电力能源，如励磁柜、调速器、油压装置以及自动装置等。后者则为事故照明装置和高压断路器提供电力能源。在明确整个长期直流分布情况后，变电站运行维护技术人员可以利用万用表3档测量控制母线正负对地电压获知接地极性。假定为负极接地，则可以瞬时切除合闸电源总开关，利用万用表测量直流屏上对地电压。若电压值下降幅度较大，则表明合闸回路为接地点，进而测量事故照明装置和高压断路器；若电压值不变，则表明接地点位于控制回路内，需要进一步区分判定接地点（蓄电池组、励磁柜以及油压装置等），逐步缩小范围，确定接地点[2]。需要注意的是，在检修阶段，若查找直流一极接地故障，应注意控制各端子开关拆除时间，避免引起另一点接地而导致继电保护误动、自动装置拒动或者短路烧毁系统保险丝等情况。具体检修流程如图1所示。直接接地 判断接地极性 判断合闸回路/控制合闸回路故障 控制回路 合闸回路 控制室/厂房 断路器、事故照明装置机组/设备 图1 万用表电压测量法应用程序2.2 微机绝缘监测仪微机绝缘监测仪主要是利用电桥原理判定直流系统是否接地，具体示意图如图2所示。如图2所示，R1和R2为微机绝缘监测仪测量电阻，Ks为信号继电器，R+和R-则分别为直流正母线、负母线对地绝缘电阻，其上方所对应的分别为C1和C2，是厂站直流系统的正母线和负母线对地等效电容。在厂站直流系统正常运作过程中，微机绝缘监测仪测量电阻R1=R2，即电桥平衡，且信号继电器Ks中没有电图2 微机绝缘监测仪直流系统示意图流通过，处于不动作状态。而在系统发生直流接地故障时，直流正母线R+或者直流负母线R-的阻值会发生一定幅度的变化，破坏电桥平衡状态，信号继电器Ks内有电流通过，会出现动作并发出信号，进而在某条馈线支路出现直流接地情况时发出声音告警信号并将信号传输至后台机，提醒值班人员进行故障处理[3]。一般触发微机绝缘监测仪报警条件有低电阻和低电压两种。以某变电站为例，其直流系统电阻和电压整定值分别为25 Ω和15 V，正常运行时对地电阻为999 kΩ，装置面板显示主屏主页包括控母一段电压（110 V）、控母二段电压（110 V）、正控母对地电压（55 V）、负控母对地电压（55 V）、正控母对地电阻（999 kΩ）以及负控母对地电阻（999 kΩ）。2020年09月22日，该站台后台机报“#2直流系统故障”，经查看监控后台机可知#2直流分屏内二段母线正对地电压和电阻分别为3.2 V和2.85 kΩ，为典型#2直流+KM2接地，此时利用微机绝缘监测仪可以获知负控母对地电压和电阻分别为55.0 V、 999 kΩ，点击故障键显示支路5故障。由该变电站内支路定义可知，支路5为主变及35 kV继电保护小室，即直流接地故障发生地为主变及35 kV继电保护小室内的#2直流分屏下级馈线。在获知故障发生位置后，变电站运行维护人员可以直接判定直流接地故障所在馈线支路故障原因，有的放矢地查找处理，从而保证直流接地故障查找效率[4]。2.3 便携式直流接地定位装置微机绝缘监测仪所显示的结果并非百分之百准确，尤其是对于支路数量繁多和关系复杂的直流系统，如500 kV变电站直流系统（含环网），极易出现判断结果误差或显示无“支路查找”结果。此时，变电站运行维护人员就需要选择一种精确度更高的直流系统接地故障查找仪器作为辅助。便携式直流接地定位装置是当前变电站应用频率较高的装置，主要依据模糊控制理论精确核算直流系统接地点位置和接地电阻数值，并以波形+绝缘指数的形式表示被检测支路绝缘程度[5]。 2020年11月10日第37卷第21期Telecom Power TechnologyＮｏｖ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ２１ 在便携式直流接地定位装置应用过程中，变电站运行维护技术人员需要在检查并确定装置电池无误的前提下，将钳表和检测器连接后启动检测器。在钳表上电源灯亮起后，利用三芯电缆连接信号发生器和直流系统母线（靠近蓄电池侧），启动信号发生器，观察分析显示屏中显示的系统绝缘观测结果。同时经检测器逐一检测各支路，直至获知直流系统接地点为止。以某110 kV电站为例，其在2020年05月14日发生直流系统故障，直流系统微机绝缘检测仪显示为#1直流系统的-KM接地，但未显示#1直流负母的具体接地馈线支路。此时，可以退出微机绝缘检测仪，将便携式接地定位仪连接到#1直流系统，启动信号发生器电源开关，获得系统绝缘情况，同时利用检测器的快速检测功能，逐一检测发生故障风险较大的支路。若检测器显示屏显示钳表正向接地，则表示直流系统接地故障点与钳表标示箭头方向相同；若检测器显示屏显示钳表负向接地，则表示直流系统接地故障点与钳表标示箭头方向相反。依据上述方法可定位到全部直流系统接地故障点[6]。3 直流系统接地故障查找方法应用成效反思利用上述直流系统接地故障查找方法，可以一次排查厂站直流系统接地故障位置，形成完整的接地故障查找机制，消除系统现存安全隐患。但是，由于直流系统在运行阶段出现的接地故障多属于非金属接地和间接接地，可随自然环境变化而不断变化，因此查找难度较大[7]。再加上存在直流系统接入点、回路复杂度较高以及双路供电回路隔离二极管的问题，导致回路形成了环路，在不断开环路的情况下查找直流系统接地点难度较大，甚至会出现微机绝缘监测仪不显示发生故障的直流电源模块报警信息的情况。因此，在应用微机绝缘监测仪和便携式直流接地定位装置的基础上，可以利用传统拉路法再次检查，即设置双路电源负荷，由直流供电电源开关逐一断开，观察绝缘监测屏幕[8]。若报警始终未发出，则可以断开负极联络刀闸，在无信息编号的情况下，将直流断开电源开关逐一闭合后依次断开另外一路直流供电开关。若整个过程中系统母线绝缘监测装置报警信息始终未发出且另一路报警信息仍然存在，则可以推断故障接地点在另外一路所连接的回路上，进而恢复系统正常运行方式，由另外一路直流系统供电，暂时断开直流变换器电源负荷，并依据编号依次执行断开－观察、闭合－观察操作。在检测到某一模块发现报警信息消失且阻值恢复正常水平后，可以利用万用表，测量直流两极对地电压。若对地电压正常，则可以更换对应电源模块，使直流系统恢复正常运作，查找结束后，对直流系统各模块进行再次检查[9,10]。4 结 论变电站的直流系统极易受各种因素干扰而发生直流接地故障，造成控制装置、信号装置以及保护装置出现错误启动或不启动、系统短路以及熔断器熔断等恶劣后果。因此，在发现厂站直流系统接地故障苗头时，技术人员应及时根据厂站直流系统特点及故障表现，选择传统万用表电压测量法、概率判断法、拉路法或者现代便携式直流接地定位装置和微机绝缘检测仪，在短时间内准确找到接地故障位置并将故障消除，促使厂站直流系统正常发挥功能。参考文献：[1] 孔凡华，尚艳菲.直流系统接地故障分析及缓解措施[J].电工技术，2019（22）：86-87，90.[2] 张保同，冯 平.二极管正向特性的万用表测量法[J].电工技术，2019（22）：174-175.[3] 杨 奇，王冬冬，陈建忠，等.ATC绝缘监测仪原理及常见故障分析[J].电工技术，2019（13）：78-80.[4] 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