变电站直流系统绝缘接地故障检测及处理

王 军，胡松华，王瑞虎

（云南电网有限责任公司保山供电局，云南 保山 678000）

1 变电站直流系统绝缘接地故障概述

1.1 直流系统绝缘接地故障分类

在实际运行过程中，直流系统分布范围广，连接的负荷较多，且面临复杂的自然环境条件，这些都会对直流线路和设备产生不利的影响。此外，设备问题和人为因素的干扰也可能导致线路绝缘受损、端口开裂等问题，从而导致绝缘度下降，引发接地故障的发生。直流接地故障分类如图1所示[1-3]。

图1 直流系统接地故障分类

1.2 直流系统绝缘接地故障的原因

直流绝缘接地故障的因素有许多，可以分为自然因素、设备因素和人为因素类[4-5]。

自然因素。（1）遇到连续大雨、大雪的潮湿天气会引起二次设备内凝露或积水，破坏对地绝缘性能。太阳暴晒和高温气候会加速电缆老化和开裂，从而引发直流接地故障。（2）变电站内防小动物封堵材料破损，控制柜、接线盒等二次设备防护不严，都会导致小动物爬入，造成导电部件脱落，甚至发生动物啃噬设备的现象。这有可能直接引起绝缘电阻明显下降，产生直流接地故障。

设备因素。（1）二次设备本身的质量低下，例如一些厂家在设计生产户外端子箱和机构箱时存在漏洞，导致内部易受潮、积水，绝缘监测装置平衡桥电阻阻值较低等问题，也易发生直流接地故障。（2）设备使用时间太长，例如防雷元件在使用一段时间后容易被击穿，从而导致绝缘失效引发接地故障。（3）交流充电机故障，引起设备过热，对通信设备造成干扰，导致系统发生故障，对系统内部绝缘产生损坏。

人为因素。（1）设计和基建验收时工作人员失误引发故障，比如设计错误造成寄生回路的产生，施工不当造成交直流系统接线错误等问题。（2）检修工作不到位造成故障。如工作人员个人操作疏忽，电缆二次接线绝缘包扎不完整，备用芯线外露误碰金属外壳导致接地故障等，并且此类故障缺陷很难排查。

1.3 直流系统绝缘接地故障的危害

变电站直流系统中发生单点接地现象，通常是指系统中某一个点出现对地的电路短接，而其他部分设备电路不受影响，这种情况不会对设备运行产生致命的伤害，回路中也不会出现短路现象，相关的熔断器也不会动作，系统在表面看来依旧是正常运行。但监测设备会告警，提醒设备具有绝缘电阻下降引起接地故障风险，如果不能在一定时间内彻底解决直流接地故障问题，则会导致故障发展为2点甚至多点接地故障，引起断路器误动作跳闸、直流熔断器烧坏、保护跳闸出口二次短接和负荷损失等。因此，一旦直流系统发接地故障后，必须要立即处理查找接地点，排查故障，采取有效措施切除，使直流系统恢复正常绝缘。

2 直流系统绝缘接地故障检测方法

2.1 经验判别法

根据以往的直流故障处理经验，发现绝缘接地故障在新投入运行或改造完成后的二次设备和回路中，以及在室外暴露在潮湿或烈日下的设备中比较常见。这类故障频率较高且占比较大，因此一旦发生故障，可以通过经验推断，快速确定接地位置。这种方法直接快速，但存在一定的盲目性。

2.2 拉路法

这种方法通常只适用于可以短时间断电的非重要回路。其操作流程为：对各直流支路熔断器或空气开关逐个拉试，若断开分路之后，原本的直流接地告警信号消失、绝缘恢复到正常状态，则说明这条支路就是接地点所在的地方。这种方法须注意的是：采取拉路寻找、分路处理的办法，且支路断电时间不能超过3 s。这种方法简单直观，只适用于检测单点接地故障，若发生多点接地，则不能有效锁定接地故障点，同时这种方法会使对应一次设备暂时失去保护，增加了电网安全运行风险[6]。

2.3 平衡电桥法

平衡电桥法原理如图2所示，该方法主要是通过检测系统中正负极母线对地的绝缘情况来实现故障检测。R1和R2是人为设定的阻值相等的电阻，R+和R–分别对应正极和负极对地的绝缘电阻。当系统绝缘正常时，电桥保持平衡，信号继电器KS中是无电流的。而如果直流系统正极或负极发生接地故障时，电桥的平衡被破坏，继电器线圈中流过的电流增大，继电器会动作，并发出报警信号[7-8]。

图2 平衡电桥法原理图

2.4 交流检测法

交流检测法分为低频信号注入法和变频信号注入法。

低频信号注入法是一种在接地故障发生后使用低频信号发生器向直流系统内注入低频信号的方法，通过对各支路电流量的采集和分析，确定故障所在的接地支路。该方法也存在一些缺点，比如向直流系统中注入低频分量后，可能会对系统的稳定运行产生影响，同时容易受各类谐波、互感器噪声的影响，从而降低其检测精度和可靠性。

变频信号注入法是注入2个幅值相同但频率不同的低频信号，使其交替出现，并通过2次信号注入后采集支路电流的方式，计算出接地绝缘电阻的大小。该方法具有更高的检测精度和可靠性，可以减少谐波干扰和互感器噪声干扰等问题的影响。但变频注入法无法在系统对地电容和接地电阻较大时准确检测出故障。

2.5 漏电流检测法

漏电流检测法须在主电路各个支路中装设直流电流传感器，通过传感器检测出漏电电流值，最终计算出接地电阻的阻值。这种方法的局限性在于在主电路的各个支路都要装设传感器，成本较高。而且检测电阻大小设定不合适也会有影响，若检测电阻偏大，则传感器的漏电电流值相对较小，测量精度不够；若检测电阻偏小，则会造成正负母线对地电压发生偏移，对安全运行造成危害[9]。

3 直流系统绝缘接地故障处理方法

为确保直流系统的良好绝缘性能，技术人员应根据实际运行环境制定科学合理的排查方案。该方案应包括保持干燥整洁的环境，并尽量减少自然因素对系统的不利影响，以有效提升系统的绝缘性能。

故障发生后，按照由内向外的顺序逐一排查，根据检测方法定位故障点后，重点检查元器件、机构箱、电缆线路等位置，特别注意有无封堵不严、进水受潮、腐蚀漏电等现象，并及时处理，做好漏洞封堵、清灰扫尘、绝缘包裹完善等工作[10]。

4 220 kV保山变电站直流系统绝缘接地故障处理

4.1 案例一

因直流系统Ⅰ、Ⅱ段母线均不完全接地导致告警缺陷。2021年8月18日，保山调度通知220 kV保山变后台频发“直流系统Ⅰ段故障”和“直流系统Ⅱ段故障”信号，检修人员对其进行现场检查，用漏电流检测法查找各段母线直流馈线支路接地情况如下：Ⅰ段负母对地电压为129.7 V，正母对地电压为105.8 V，Ⅰ段直流系统#1馈电柜3#馈线（110 kV保护电压并列装置）正接地电阻为10.6 kΩ，#2馈电柜11#馈线（35 kV Ⅰ段母线测控装置）正接地电阻为10.6 kΩ。Ⅱ段负母对地电压为129.6 V，正母对地电压为104.7 V，Ⅱ段直流系统#4馈电柜1#馈线（110 kV母联112断路器操作电源）正接地电阻为10.5 kΩ，3#馈线（110 kV计量电压并列装置）负接地电阻为12.6 kΩ，#6馈线柜11#馈线（35 kVⅡ段母线测控装置）负接地电阻为12.3 kΩ，以上电阻均低于告警值（告警值为25 kΩ，正常值为999.9 kΩ），直流系统Ⅰ、Ⅱ段母线均不完全接地。

该案例故障产生原因经初步判断，是由于二次控制电缆已投运16年，部分电缆绝缘情况不良，连续多天下雨后，导致多支路存在绝缘接地故障的可能，使得馈线柜馈线接地电阻低于警告值，进而导致直流系统Ⅰ、Ⅱ段母线均不完全接地告警。

检修人员用直流接地查找仪查找各段母线直流馈线、支路接地情况，发现各直流支路均无接地，因此分析可能原因是变电站综自改造导致新老直流系统并列运行，平衡桥位置设置不合理，不同厂家的新老直流系统绝缘监测回路电阻计算方法不一致，因此出现正负接地电阻低于告警值情况。更改直流系统接地平衡桥，将直流接地平衡桥由老系统接地更改至新直流系统平衡桥接地，如图3所示。

图3 更换直流系统平衡桥接地

更换直流系统平衡桥后，接地电阻值恢复正常，后台直流母线数据信息恢复正常，故障消除。由上述过程可以看出在变电站综自改造过程中须重点对新敷设电缆进行绝缘检查，对拆过的接线盒、电缆孔洞应进行密封性检查验收，做好干燥措施，防止因封堵不严造成电缆受潮接地。须定时更换老旧设备，在综自改造可研阶段，分析变电站二次电缆运行情况，如电缆运行情况良好，则不更换二次电缆；若根据历史运行情况分析二次电缆绝缘较差、接地频发，综自改造时应同步考虑更换二次电缆。

4.2 案例二

因施工人员在电缆敷设、接线等施工过程中没有认识到端子箱金属尖锐部分可能对电缆绝缘产生的影响，导致电缆绝缘外皮破损引发直流接地。110 kV公用测控告警直流系统Ⅰ段直流接地故障，经检查#1直流屏控制母线对地绝缘电阻降低为5.52 kΩ，#2直流屏控制母线对地绝缘电阻降低为0.72 kΩ。

具备开工条件后，现场检修人员查看直流监测装置告警信息，发现接地告警支路为220 kV兰保Ⅱ回线275断路器测控装置遥信电源支路，检修人员利用拉路法依次在直流馈线屏，220 kV兰保Ⅱ回线275断路器测控装置、275断路器端子箱、275断路器汇控柜查找，并确定了直流接地点在端子箱至汇控柜间。

确定接地点的大概位置后检修人员通过观察（此时220 kV兰保Ⅱ回线275断路器间隔已带电运行，无法通过拉路法或者拆线来明确具体接地芯线）发现回路电缆芯线绝缘外皮有破损，如图4所示，初步判断是由于该芯线绝缘外皮破损并通过端子箱金属部分接地导致直流接地。

图4 破损芯线

检修人员佩戴绝缘手套，对破损芯线进行绝缘包裹，对端子箱内金属部分进行绝缘包裹，实现对接地点的隔离，如图5所示，处理后直流监测装置、后台均显示直流系统接地告警复归，缺陷消除。

图5 后期处理措施

该案例是由于施工人员在电缆敷设、接线等施工过程中，电缆绝缘外皮破损引发的直流接地。因此技术人员应重点关注敷设接线施工工艺，对端子箱金属尖锐部分进行包裹，同时做好停电间隔绝缘电阻测试工作，对绝缘电阻低的回路及时隔离并更换电缆，检查开关场端子箱、机构箱。

5 结束语

直流系统绝缘接地故障是一种常见故障，且随着变电站投入运行的年限越长，发生的概率越大。本文针对故障进行深入分析，同时总结故障检测处理的方法优点与不足。结合实际工程实际需要，采取多方案相结合的办法，快速检测定位故障点，并消除故障，确保变电站直流系统的稳定运行，为变电站直流系统绝缘接地故障处理提供参考。