李華 趙忠梅 王洪彬

摘 要：變電站是電網系統(tǒng)的基礎和重要組成部分，變電站的核心是DC供電系統(tǒng)，直流接地是系統(tǒng)中一種常見故障。一旦發(fā)生接地故障，操作維護人員需要快速準確地定位故障點，及時排除故障，確保電網安全。本文設計一種接地故障模擬箱，方便變電站運維人員進行學習和訓練。

關鍵詞：變電站;接地故障;直流系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.138

0 前言

近幾年，隨著國家經濟的發(fā)展，國家電網規(guī)模迅速擴張，每年有幾百座變電站進行改造，一千多座新電站投入建設。直流電源系統(tǒng)是變電站中的核心電源，給變電站內各種設備和采集裝置以及開關控制機構提供電源，在變電站斷電的事故發(fā)生后提供應急備用電源。因為直流電源系統(tǒng)結構復雜，所接設備繁多等原因，容易產生接地等故障，因此加強變電站運行維護人員對變電站直流系統(tǒng)的認知和管控，提高工作人員故障定位和排查能力是保證電網穩(wěn)定工作的一項重要手段。

1 變電站直流系統(tǒng)介紹

我國直流系統(tǒng)供電主要有110V、220V、48V幾種類型，主要采用裝置的整個地線系統(tǒng)和大地之間絕緣的浮懸浮接地技術，這樣能有效避免交流地線的干擾。

變電站直流電源系統(tǒng)不僅是變電站內各種采集設備和監(jiān)控監(jiān)測裝置的主要電源，還是變電站事故失電后的重要后備電源。為變電站的檢測裝置、采集單元、信號電路、通信單元等關鍵設備提供操作電源，并為系統(tǒng)的開關控制機構提供操作電源?？梢哉f，直流系統(tǒng)是變電站供電系統(tǒng)的核心部分。

直流電源系統(tǒng)不僅線路結構龐大而且接入設備復雜，變電站內的自動控制設備、繼電保護設備、信號采集監(jiān)控裝置、以及配電裝置的端子箱和機構箱等重要電源都會接入直流電源系統(tǒng)。在復雜的環(huán)境和龐大的線路布設的條件下，很容易發(fā)生線路對地短接，破壞系統(tǒng)的對地絕緣性。當系統(tǒng)中有僅僅只有一處接地點時，往往不會對系統(tǒng)的運行造成影響。但是系統(tǒng)接地點超過兩處時，往往會改變系統(tǒng)的回路設計，造成保護機構誤動拒動，甚至燒壞設備破壞回路。因此，直流電源系統(tǒng)中只要有接地故障發(fā)生，就要盡快進行檢查處理，及時排除。

2 接地故障的危害分析和常見處理方法

直流供電系統(tǒng)接線復雜，設備連接多，電纜設備布置環(huán)境復雜多樣，容易發(fā)生直流接地故障。

2.1 直流系統(tǒng)接地的危害

直流電源系統(tǒng)給變電站中的通信設備、檢測設備、控制單元等提供電源，因此，是變電站中十分重要的一個組成部分。由于直流電源系統(tǒng)的復雜性，很容易產生支路接地等問題，如果系統(tǒng)只有一點接地，通常情況下，危害不大。但是如果不及時排除一點接地故障，一旦有兩點或者多點接地，很容易對微機保護和自動控制回路造成破壞，進而危及變電站電力系統(tǒng)的正常安全運行。

如圖2示意圖，如果正極A、B兩點接地，會造成開關J1短路，從而錯誤觸發(fā)ZJ動作。若是正極B和負極C兩點接地，則跳閘線圈ZJ短路。當ZJ需要發(fā)生動作時，會因為線圈不能及時跳開而引起事故進一步擴大。如果正極A和負極C兩點接地，則會造成正負母線間的短路，這將會燒毀保險FU1和FU2，進而造成中間多個設備失電，甚至會燒毀直流供電源設備擴大事故范圍。

2.2 接地故障常見原因分析

直流系統(tǒng)接地故障的原因很多。接地故障有以下幾種常見原因：

（1）設備以及線路老化原因。系統(tǒng)長期運行，部件老化損壞，間接線路和設備松動或移位，線路絕緣皮老化脫落，都會造成直流漏電接地。

（2）天氣環(huán)境原因。復雜的環(huán)境和氣候，如雨雪浸入、灰塵堆積、環(huán)境潮濕等都容易造成戶外二次接線盒的接線樁頭和外殼導通，從而引起接地。

（3）線路的磨損原因。當支路線纜靠近開關柜門等運動或轉動部件時，容易造成線纜絕緣皮磨損，造成直流接地。

（4）接線錯誤原因。在二次接線系統(tǒng)中，由于線纜線束眾多，如果施工不細致，造成電纜芯的一頭接在端子上，另一頭懸空的現象。如果懸垂頭未經處理和絕緣，一旦接觸到設備或者線纜，就會引起接地。

（5）外物破壞。異物掉落、蜜蜂筑巢或者老鼠啃咬線纜的絕緣包皮等，都會造成絕緣的破壞，引起接地。

2.3 查找接地故障的基本原則和方法

直流接地故障將給整個變電站的穩(wěn)定安全運行帶來極大的危害。一旦發(fā)生，必須立即發(fā)現并消除。但是由于直流系統(tǒng)的復雜性，要做到安全、準確、快速的找出故障點，并進行排除并不容易。

直流接地的檢測方法按照檢測手段有如下幾種：在線式絕緣監(jiān)測裝置檢測方法、便攜式絕緣監(jiān)測定位裝置檢測方法、拉線式瞬?；芈窓z測方法等。便攜式絕緣監(jiān)測定位法，檢測結果不夠精確，檢測結果錯誤較多。絕緣監(jiān)測裝置在線檢測法，絕緣監(jiān)測裝置巡視時間很長影響故障排查的及時性，也會存在漏選錯選的問題。瞬停回路法判斷準確且速度快，但是目前微機保護已經普及，為了繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定運行不允許隨意斷電。如果使用瞬?；芈贩▌t需要向調度申請，其工作流程會影響故障檢測的及時性，有操作不方便等問題?；诮拥毓收蠙z測的復雜性和困難性，實際檢測中多是使用多種手法綜合查找。

除了提高檢測設備的性能，變電站運行維護人員的專業(yè)素養(yǎng)和業(yè)務水平也非常重要。在實際工作中需要加強對員工的電氣理論培訓、提高對變電站內系統(tǒng)的認識和了解，注重對工作人員實際查找經驗和查找手法的培養(yǎng)。本文從提高運維檢修人員技術水平的角度出發(fā)，設計出一款便攜式接地故障模擬箱，用于在變電站投運前給運行維護人員培訓練習使用。

3 一種便攜式接地故障模擬箱

根據變電站的實際設計和配置布線情況，以及變電站運行檢修實際操作狀況，設計出一種便攜式直流接地故障模擬箱如圖3。利用接地故障模擬箱人為制造回路接地情況，模擬變電站可能發(fā)生的各種接地故障，用于運維檢修人員對站內直流回路中的接地故障進行學習分析。經過人為設置接地故障進行實際演練，工作人員對接地故障產生后各個設備信號工況有個直觀了解，可以加強變電站運維人員對變電站系統(tǒng)的理解。在以后的變電站檢修運維中，對變電站系統(tǒng)的深入理解和各種故障工況的熟悉，可以使工作人員能夠及時檢測異常情況、快速定位接地點、準確排查故障。

3.1 模擬箱內部原理圖

箱內設置8只20千歐電阻，可將直流電源設備的8處回路做接地故障模擬點（見圖4）。箱體內設接地元件用來接站內地，電阻一端接地，另一端通過各自的開關從端子引出電纜，接至直流系統(tǒng)任一電源回路故障模擬點。

3.2 實際應用原理圖

工作時將隨機選用的故障點的開關閉合，該回路通過電阻接地導通，直流電源系統(tǒng)發(fā)生接地故障，母線絕緣降低，對地電壓變化，直流絕緣監(jiān)察裝置啟動巡檢并報警，以此來模擬此回路的直流接地故障（見圖5）。

4 便攜式接地故障模擬箱優(yōu)點

用該方法設計的接地故障模擬箱有如下幾個優(yōu)點：

（1）模擬箱接線簡單，操作方便。采用鳳凰壓線式端子作為接線接口，接線方便安全性高。

（2）故障模擬箱體積小，不需要復雜的接線，便于現場實施。

（3）配置靈活，可擴展性強：具有8個線纜接口，可以同時模擬多路接地。

（4）可靠性高：故障模擬器與外部系統(tǒng)之間沒有復雜的電氣連接，不影響直流電源電路。

（5）操作方便：模擬任一處電氣設備接地故障，不需要進行復雜的線路布設工作，只需在該模擬箱本體操作開關，操作簡單安全性高。

（6）較以往在電氣設備上直接安裝電阻的故障模擬方法，采用故障模擬箱電氣設備沒有外置電阻和接地線，接地故障模擬點接線隱蔽，適用于教學模擬排查。

5 結束語

變電站的穩(wěn)定安全運行關系到整個電網的安全。加強對變電站運行維護人員的培養(yǎng)和訓練，提高變電站工作人員對變電站線路系統(tǒng)的認識和理解，提高檢修人員的故障定位和排查能力非常關鍵。及時快速地定位和排查變電站系統(tǒng)故障，可以有效減小變電站故障影響面，防止事故擴大，有效提高電網安全水平。

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