高 林，邱世超，李 萌

（国网德州供电公司，山东 德州 253000）

变电站直流系统包括蓄电池、母线、充电模块、直流监控装置、绝缘监控装置等，主要为遥信回路、保护装置、安全自动装置等二次设备供电，是二次设备的“心脏”，为二次系统提供源源不断的“血液”，保障直流系统的可靠运行对变电站安全稳定运行十分关键。直流系统发生故障时可能造成保护或安全自动装置拒动或误动，给电网的稳定运行带来极大的威胁。在直流系统各类故障中，接地故障是最常见的也是最难排查的故障之一，认真分析直流系统接地故障的原因和处理方法，并提出改进措施，以便快速定位故障点消除缺陷，对电力系统正常安全稳定运行有重要意义。

1 直流系统接地故障原因

变电站直流系统的负荷线路长、分布广、各级各类负荷多，还可能存在环网和寄生回路，有承担直流大负荷的主干支路，还有像人体中的毛细血管一样的小负荷遍布变电站的各个角落。因此导致直流接地故障的因素是多种形式的，总体上可以分为人为因素、设备因素、环境因素三类。

（1）人为因素。一是设计、基建验收等前期工作失误，主要包括设计错误导致寄生回路产生，施工工艺不良造成交直流系统串接等其他接线错误。如220 kV间隔保护两套控制回路共用同一压力继电器接点造成误并列；电缆二次接线未进行校线，二次接线一端接入直流电源系统另一端当作备用芯，并且没有进行保护处理，一旦备用芯线的裸露金属部分碰触到设备金属外壳，容易引起接地故障，这种缺陷不宜被发现。二是检修工作疏忽造成的故障。如二次回路检修时带电线芯误碰其他设备外壳，施工后遗留二次电缆线头零部件造成直流接地，两套电源并列运行未退出一套接地报警装置导致人工两点接地等。

（2）设备因素。一是二次设备本身就存在一些缺陷，比如某些厂家直流绝缘监控装置的平衡桥电阻值较低导致的接地。二是设备功能失效引起接地，比如说防雷元件被击穿或因质量问题绝缘降低造成接地。三是蓄电池制造工艺不良，如蓄电缆材料不合格、绝缘降低，老化严重、损伤，或蓄电池长期运行导致漏液引起接地等情况。

（3）环境因素。一是如雨天、高温天气等气象因素。比如太阳暴晒、冰雪冻裂等会造成电缆老化网裂，连续大雨、大雪的潮湿天气等恶劣气候会引起二次设备进水，如端子箱、电缆沟、汇控柜等。如果正好端子箱、汇控柜的密封性不好，端子排覆盖较多尘土，混合较大湿度水汽会具有一定的导电能力，这些因素会导致直流系统对地绝缘的严重下降，进而引发直流接地。随着投运时间延长，发生直流接地的概率越大。二是小动物外力干扰引起的接地。比如鸟类在瓦斯或压力释放阀接线盒里筑巢，筑巢材料湿润或含有金属导线使得接线端子和防雨罩导通，造成直流接地故障；电缆的绝缘层可能会被老鼠等一些小动物咬破时，引起直流接地。

2 直流接地故障的分类

（1）金属性接地和非金属接地。直流系统接地故障按照故障性质共分为两大类，金属性接地和非金属性接地。金属性接地又称小电阻直接接地，这种方式的接地电阻小，一般都小于几十欧姆。非金属性接地的接地电阻较大，接地特征呈现非线性变化，比如通过半导体材料发生的接地故障、二次接线带电裸露铜线接触金属外壳漆面、天气变化导致直流系统的绝缘电阻值往复波动，绝缘监控装置较难正确选出支路，对于这种接地的查找比金属接地要困难。

（2）电源互串接地。电源互串接地是指与其他电源(直流或交流)产生电气联系发生接地，分为交流系统的一端窜入直流系统接地、直流互串接地。直流系统通过交流电源与地发生连接，称为交流窜入直流接地；通过一点的互联使两套不同蓄电池供电的直流系统连接到一起而造成的接地故障，称为直流互串接地故障。

（3）绝缘监控装置误报的假性接地。绝缘监控装置以电气量（漏电流）作为判据，但是除接地故障外，还有其他电气量因素影响判据。比如说负荷电流变化产生不同频率的感应电流会影响绝缘监控装置，导致绝缘监控装置无法判断正确；具有长电缆线路直流系统的对地电容，在加入的信号波长较短时，会产生较大的接地电容电流，使得绝缘监控装置误判为接地支路；永久接地点断开，使绝缘监控装置失去参考地电位，测量到的母线对地电压不是正常意义下的对地电压，从而误发接地报警信号。

3 直流接地故障的危害

在变电站直流系统检修过程中最常见的故障就是接地故障，根据故障点数量，可以分为单点接地和两点及以上的多点接地。直流系统发生只有一点的接地时，一般情况下不会造成事故跳闸，但是如果没有在短时间内消除直流接地故障，时间一长就可能发展成多点接地。直流系统发生两点及以上的接地时，会产生严重的后果，相同极性的接地可能会引起断路器误动作跳闸，不同极性的接地可能造成直流熔断器的烧坏、保护跳闸出口的回路二次接线短接，如果这时恰好对应电力系统一次设备发生故障该断路器有拒动的可能，那么这时候只能由上一级的保护动作切除故障，扩大了最终的事故停电范围。因此直流系统发生一点接地后应尽快确定接地故障点位置并采取有效措施，使直流系统恢复正常绝缘。

4 直流接地故障的处理

一般来说，直流绝缘监测及接地选线装置，理论上可以较好地识别金属性接地，灵敏度较高、判断结果比较准确。但对于非金属性接地等其他的接地故障，误选、漏选的概率较大，常常不能准确定位接地支路，这时需要进行人工选线。人工检测方法主要分为经验判断、拉路法、暂代电源法。

（1）经验判别法。根据以往直流故障消除经验，接地故障往往发生在新投运或改造的二次设备和回路以及室外易受潮处、事故照明UPS用直流输入。这些接地故障发生较多，占有较大比例，发生接地时积极联想有时可以迅速锁定接地位置。首先查找直流系统有关的新投运、改造、户外设备和回路，尤其重点查找是否存在端子箱和汇控柜漏雨、封堵不严的地方，先检查这些容易发生直流接地故障的部位，往往能取得事半功倍的效果。汇控柜、端子箱内受潮应开启加热器或除湿器进行除潮处理。再就是检查二次接线经屏柜门的开合出，此处防护不好容易磨损二次线芯造成直流接地。还要检查屏柜内是否有裸露线芯情况，注意做好绝缘或更换新二次线芯处理。此方法的优点是直接、快速，缺点是带有一定盲目性。

（2）拉路法。拉路法是最简单也是现场常采用的一种人工检测方式，多用于能短时断电的非重要回路。逐一短时断开各支路熔断器或空气开关，同时用万用表测量正极或负极对地电压，密切观察直流电压数值的变化。若断开某一支路时，万用表测量的直流正极或负极对地电压迅速恢复正常，接地信号消失，则接地故障点就可锁定在此支路范围内。可以按事故照明、储能、信号、保护、控制回路的顺序依次断开查找，可结合经验判别法首先重点检查二次元器件运行环境，以及在较差的环境状况下容易引起绝缘降低的回路。值得注意的是，直流系统环网供电的应先拉开环网的开关，再按顺序查找。拉路法优点是操作简单，可以快速准确定位故障支路，缺点是负荷支路须短时停电，保护有拒动、误动风险。

（3）暂代电源法。暂代电源法的好处是负载支路不需停电，不需要将保护装置的出口压板停用，拉合直流时避免出现保护误动，克服了拉路法短时断电的缺点，可用于不能断电的重要回路，方便排查出蓄电池、充电机、直流母线的接地等非支路接地的故障情况。缺点是人为的误操作短路存在负荷支路失去电源的风险；对于负载支路接地的情况无能为力，增大直流接地、短路情况的可能性，延长了故障消除的时间。

（4）改进措施分析。一是变电站内检修施工现场重点排查。当出现直流接地故障时，应停止站内的一切工作，全面开展作业地点排查，重点检查检修施工设备及其二次接线的绝缘性。在变电站内进行作业时经常出现接地故障，主要是安全措施执行不严导致的。最常见的原因是：电缆二次接线过程中，一端已与运行直流系统连接，另一端没有做好绝缘包扎，易造成没有包扎好的电缆一头接地，导致接地故障发生。对工作中动过的二次线要及时恢复，不能恢复的要用绝缘胶带等包裹好。注意检查二次电缆薄弱处受力情况，是否因严重受力导致绝缘损坏接地。

二是按照先内后外的顺序排查。在排查接地故障时，应遵循先内部，再慢慢向外部排查的规则。根据直流监测装置等设备确定接地支路，利用便携式直流检测仪确定回路及其二次线。一般来说，如果是室外故障，那么问题多数出现在端子箱、汇控柜。在室外排查时，重点检查元器件、机构箱、电缆线路等位置，重点查看有没有出现封堵不严、受潮、漏电、被腐蚀以及其他绝缘度下降现象。增强平时巡视的端子箱、汇控柜的密封检查，适时进行灰尘清扫、漏洞封堵，保持箱和柜内的干燥、整洁。

5 某110 kV变电站直流接地故障处理过程

110 kV某变电站建成投运以来，随着使用年限的增加，直流系统开始出现各种问题。其中最大问题是直流系统绝缘异常频发，往往等二次检修人员到达现场时又复归了，这个问题一直困扰着检修人员。

某次检修人员到现场排查直流接地告警缺陷，根据装置历史告警记录，查找到是主变保护测控屏支路，根据检修经验判断大概率是主变本体及周围附属二次接线绝缘降低。因为此时直流接地已经复归，检修人员对主变本体端子箱、有载调压机构箱、中性点刀闸机构箱等检查是否封堵不严，是否进水等，未发现明显异常。在等待一段时间后，直流系统接地未再发生，二次人员撤离。

仅过了4个小时后，监控报该站直流系统接地，检修人员重新办理工作票进行检查消缺，到达现场检查绝缘监控装置发现直流系统正接地，接地电阻40 kΩ，负极对地绝缘也有降低，对地电阻160 kΩ，所选支路仍为主变保护测控屏支路。为进一步确认直流系统接地故障点，检修人员申请停用主变本体测控装置、非电量保护装置。在得到运维人员许可并采取安全措施后，检修人员首先断开本体测控装置电源，用万用表测量现场直流系统电压，结果仍然正极接地；再停用非电量保护装置电源时，测量直流系统对地电压恢复正常，继而绝缘监控装置报警恢复。但是在投入非电量保护装置电源时，直流系统接地故障未再发。经分析判断，怀疑非电量回路发生了高阻接地。为进一步确认直流系统接地故障位置，从根源上彻底消除安全隐患，检修人员决定对主变非电量保护二次回路进行全面的绝缘排查。检修人员首先将非电量保护装置的背部接线拆除，以便同非电量保护外部二次回路隔离，防止绝缘测试时损坏装置内部插件。为了防止绝缘测试误加到运行回路中，检修人员选择在主变本体端子箱测试非电量保护回路二次接线绝缘。在用万用表测试非电量二次回路无电后，检修人员用500 V电压档对回路进行测试，发现有载调压油位异常回路绝缘异常，该遥信公共端对地电阻只有几百欧姆，两副接点的另外两端对地电阻在100～200 kΩ之间。在对其进行分段排除检测后，发现有载调压油位异常回路本体端子箱至油位接线盒处之间的绝缘降低。

经申请主变停电后，检修人员最后锁定有载调压油位异常回路本体端子箱至油位接线盒处之间的电缆绝缘降低，检查发现电缆线芯在拐弯处因绝缘层受力发生破损，与外部屏蔽层短接，因为屏蔽层接地进而导致直流系统接地。更换新电缆，并合理规划敷设路径，恢复有载调压油位异常二次回路后，用绝缘摇表测试非电量回路绝缘满足要求，非电量回路上电后直流系统运行正常，未再出现直流接地情况。这是一起典型的室外非金属性接地故障，接地初始虽有电压降低，但是接地电阻下降不多，且在投退相关回路电源后迅速恢复正常绝缘，直流绝缘检测仪未再报接地，现场人员无法进一步核实确定接地回路。待第二次接地发生后，作业人员通过测试相关回路绝缘电阻的方法最终确定对应非电量回路，由主变停电敷设新电缆解决。

6 结束语

目前，一般通过查阅绝缘监控装置与选线装置，金属接地可以准确找出故障点，而其他的接地故障尤其是非金属接地等，现在还没有较快较准确的查找方式方法。对于非金属接地故障，首先要结合故障告警信号上送情况，再根据符合现场实际的二次控制回路图并通过检修人员手动进行排查。但是，根据运维检修经验这些报警信号往往频繁上送复归，这对现场的检修人员提出了更高更细致的要求，检修人员需要具备丰富的直流消缺经验并结合相关仪器仪表的信号，才能迅速而准确地排查到故障点。所以要充分利用便携式直流检测仪来进行验证和寻找支路中接地回路，根据图纸或相关回路指示信号逐线细致排查。直流系统接地的消除工作比较复杂，只有切实了解现场实际运行条件和接地情况，灵活地综合使用不同方法，才能准确快速地定位故障点以消除缺陷。