变电站直流系统接地故障查找方法评述

梁永欣，田志瑞，范艳芳

（晋城供电分公司，山西 晋城 048000）

1 引言

目前，中、大型变电站的控制回路、继电保护装置及其出口回路、信号回路，皆采用由直流电源供电。对上述回路及装置供电的系统称之为直流系统。[1]为确保变电站的安全稳定运行，完善而可靠的直流系统非常必要。但由于被操作和被保护的主设备众多，直流系统分布面广，几乎遍布变电站的各个角落，在长期运行中因环境气候的变化、电缆绝缘的老化以及所接设备本身的问题等，会不可避免的发生直流系统接地。而直流供电网络由于分支多、联接设备多等因素，客观上增加了查找接地故障的难度，加之有关直流接地的资料、文献等有限，目前为止，还没有系统、全面介绍直流接地方面的书籍，直流接地故障大都凭借个人经验来处理，不同人员处理的时间、结果相差很大，有的甚至还处理不了。因此，查找直流接地成为困扰运行维护人员的一大难题。

一般来说，直流系统一点接地故障，不会引起严重的后果，但要求运行维护人员及时处理，以免发生两点或两点以上接地故障。发生多点接地，可能导致保护装置的误动或拒动，影响电力系统的安全稳定运行。更为严重的是，两极都发生接地故障，可能使直流系统的母线发生短路，烧毁供电电源和供电网络。

文中首先简要阐述了变电站直流系统的构成、工作原理以及接地故障，然后在此基础上，较详细地评述了目前查找直流系统接地的方法，以期与同行商榷，达到提高故障处理的速度，减少保护、控制回路误动或拒动的目的。

2 变电站直流系统及其接地故障

变电站的直流系统，主要由直流电源、直流母线及直流馈线、空气开关以及接地保护用的直流绝缘检测装置、负载等组成，其接线简图见图1。

由图可知，直流电源包括蓄电池和充电装置，蓄电池的输出与充电装置的输出并接在直流母线上。直流母线汇集直流电源输出的电能，并通过各直流馈线输送到各直流回路及其他直流负载。为了在直流系统某一支路发生短路故障时，能快速而有选择性地切除故障馈线，使用具有切断直流负载能力的、不带热保护的小空气开关。为了在直流系统对地绝缘严重降低或出现一点接地后能及时处理，设置直流系统对地绝缘的检测装置。直流绝缘检测装置是根据电桥平衡原理构成的，其检测原理见图2，简述如下：正常工况下，直流系统正、负两极对地的绝缘电阻相等，由于装置内正、负极桥电阻相等，因此由构成的四臂电桥中，满足电桥平衡条件。当某一极对地的绝缘电阻下降或直接接地时，电桥平衡被破坏。注意到绝缘检测装置的电压表及信号继电器的一段是接地的，就使得直流系统通过该仪表及信号继电器与大地连接。实际上，变电站的直流系统是经高阻接地的接地系统。

图1 直流系统接线简图

图2 直流绝缘检测装置原理图

由上述直流系统绝缘检测装置的原理，可以得出直流系统发生一点接地故障时的现象：接地极对地电压降低，而非接地极对地电压升高。国家电网公司《直流电源系统运行规范》第28条对接地故障作出了规定：220 V直流系统两极对地电压绝对值差超过40 V或绝缘降低到25 kΩ以下，48 V直流系统任一极对地电压有明显变化时，应视为直流系统接地。直流系统接地后，应立即查明原因，根据接地选线装置指示或当日工作情况、天气和直流系统绝缘状况，找出接地故障点，并尽快消除[2]。

3 直流系统接地故障查找方法

如前所述，直流系统在发生接地故障后，直流检测装置发告警信号。运行维护人员到现场后，应尽快确定直流系统发生接地的位置，才能予以消除，因此，如何快速准确的查找接地故障的具体位置，是接地故障处理成功与否的关键。

目前，根据查找直流接地点的方式不同，直流系统接地故障的查找方法主要有以下3种。

3.1 拉路法

既然负载通过直流馈线获得电能，人们很自然地想到依次短时切断直流系统中各直流馈线来确定接地点，即所谓的“拉路法”。这是电力系统查直流接地故障一直沿用的1个简单方法，在发现直流系统接地后，先断开某一直流馈线，观察直流接地现象是否消失，若接地现象消失，说明接地点在被拉馈线回路中，如果接地现象未消失，立即恢复对该馈线的供电，再断开另1条馈线进行检查，直至确定出接地点的所在馈线。

用拉路法查找接地时，一般先从信号回路、照明回路查起，再查操作回路、保护回路。因此，拉路法受现场实际条件的影响较大，如有的变电站由于施工和改造中遗留的种种问题，使信号回路、控制回路和保护回路没有严格区分，有的还形成一些非正常的闭环回路，增大了拉路法查找接地故障的难度。在下雨导致全直流系统对地绝缘降低时，拉路法甚至失效。现场往往还需要根据运行方式、天气状况判断接地点可能所在的范围，在尽量少拉路的情况下迅速确定接地位置并予以消除，而这取决于运行维护人员对现场的熟悉程度和自身的技术水平、经验等。另外，在所拉回路中接有输电线路的纵联保护装置时，拉路前还需要与调度员联系，同时退出线路两侧的纵联保护，而这有时是不被允许的。

综上，虽然拉路法有简单直接的优点，但由于受现场实际以及运行维护人员自身工作经验的影响较大，再加上实际的直流系统越来越复杂，馈线层层分布，在实际中仅依靠拉路法来查找直流接地显然是不可取的。

3.2 在线检测法

目前直流系统的绝缘检测主要采用微机型直流电源检测装置，不但可以监测全直流系统对地绝缘状况，还可以判断出接地的极性，检测出具体发生接地的直流馈线。该装置内部有一低频电压信号发生器，该信号发生器产生的低频电压加在直流母线与地之间。当直流系统中某一馈线回路出现接地故障时，该馈线上将流过一低频电流信号。该低频电流信号经电流互感器传递给检测仪，经计算判断出接地馈线及接地电阻的大小。

与拉路法相比，在线检测法的优点在于无需断电就可以将故障定位到具体的直流馈线回路，可节省大量时间，提高了故障处理速度，但在线检测法也存在明显的缺陷。

文献[3]提出了目前在线检测装置存在的问题：①产品的技术指标参数不够好，如选线灵敏度太低、抗分布电容能力不够等。②运行维护不到位，如互感器的零点发生漂移，没有定期校验，选线电阻门坎值设置不合适等。③直流供电网络接线不合理，如双回路、多分支等。由于上述问题的存在，导致了检测装置存在误报或漏报，这使得运行维护人员对检测装置不信任，甚至不去查看装置的选线情况，因此，不能充分发挥其应有的作用。

另外，在线检测法只能检测到发生接地的直流馈线，而具体接地点仍需现场运行维护人员去查找。如有些变电站的直流馈线层次较多，而在线检测装置只能将故障定位到首层。针对这一问题，近年来开始出现便携式的直流接地故障定位装置，该装置可以带电查找直流接地，而且可以将接地故障定位到具体的点。目前生产此类产品的厂家较多，但同样存在检测精度不高、抗分布电容干扰差、误报较多的问题。

3.3 自动隔离定位法

隔离定位法是在变电站有两个及以上直流电源的条件下，将发生接地的直流系统各个馈线支路逐回切换到另一电压相同的正常直流系统，通过观察接地是否转移来判断该馈线支路是否接地[4]。这种方法其实是拉路法的延伸，主要优点在于查找接地过程中能保持各直流馈线支路不断电，特别适用于多支路同时接地的情况。

鉴于隔离定位法与拉路法一样操作繁琐，文献[5]介绍了1种接地故障自动隔离定位的方法。该方法能在不断电的情况下，利用直流屏现有资源实现接地电阻的实时监测，并实现多故障点的自动定位，并能对故障点进行隔离。其具体做法简述如下：首先是另配备一独立隔离电源，系统中每一馈线支路能在原电源与独立隔离电源之间切换。配置监控中心，利用在线监测法的原理，当某一或多个馈线支路发生接地故障时，通过电源切换，有序隔离可能发生故障的支路。当某一支路切换到隔离电源后，整个直流系统工作正常表明该支路是唯一故障支路，反之还存在其他故障点。如果在馈线支路上设置电源切换点，可将支路进一步分段，能将故障点定位到该支路中的较小范围。

由上述过程可以看出，自动隔离定位法将拉路法与在线检测法有机地结合起来，既缩短了直流接地查找的时间，又实现了故障的不断电定位，使得接地故障的查找实现了自动化，减少了因直流接地产生的影响，这也是前两种方法所无法比拟的。另外，自动隔离定位法对多馈线支路同时接地的故障有很好的排查能力，解决了多年来传统方法对多点接地故障查找困难的技术难题。但同时也应注意到，由于利用了在线检测的原理，该方法同样存在误报以及抗分布电容干扰差的缺点。

4 结束语

本文评述了目前有关直流接地故障查找的3种方法，每种方法有各自的特点和适用场合，应根据现场实际并结合起来使用。但就实现自动化查找以及缩短故障时间来说，自动隔离定位法显然优于拉路法和在线检测法。究其原因，自动隔离定位法的提出得益于将传统方法有机结合起来。另外，值得注意的是，直流系统在线检测装置的正确选线率还有待提高，应进一步从原理上完善装置性能，从而提高选线灵敏度和抗分布电容的能力，最终实现直流接地故障快速、准确的自动隔离。

1 国家电力调度通信中心编著.国家电网公司继电保护培训教材（下册）[M].北京：中国电力出版社，2009

2 国家电网公司人力资源部组编.直流设备检修[M].北京：中国电力出版社，2010

3 尹星光、何铭宁、徐玉凤等.直流接地巡检装置误、漏选线问题分析[J].继电器，2008（10）：83～85

4 王柯、韩高飞、杨志义.直流系统接地故障的形成与处理[J].中国电力教育，2010（35）：262～264

5 蔡骏峰.解决直流接地故障的新思路[J].湖北电力，2011（1）：5～6