陳瑞珍，謝智浩，高體攀，王曉，陳智龍

(國網(wǎng)湖南省電力有限公司檢修公司，湖南 長沙410004)

0 引言

變電站直流電源系統(tǒng)作為保護、信號、控制裝置的供電電源，其供電可靠性影響著繼電保護裝置的可靠動作[1-5]。若發(fā)生直流接地而未及時排查，可能造成保護裝置誤動、拒動，影響電力系統(tǒng)的安全運行，甚至造成大范圍的停電事故[6-10]。

某換流站500 kV 1號繼電器室在進行2號蓄電池組容量試驗時，發(fā)生直流電源母線負極金屬性接地故障，最終發(fā)現(xiàn)故障原因為2號蓄電池組負極接地。本文針對此次故障進行了詳細分析，對直流電源系統(tǒng)的竣工驗收、例試檢修提出了建議。

1 運行方式與故障簡述

該繼電室110 V直流系統(tǒng)采用兩電三充方式運行，每段直流母線各接一組蓄電池與一段充電機，正常運行時兩段母線之間母聯(lián)開關(guān)斷開，母線分段運行。備用充電機可在兩段母線切換，正常/檢修方式下備用充電機均不投入運行，如圖1所示。2段直流系統(tǒng)接線原理如圖2所示，其中ⅡLK1、ⅡDK1開關(guān)位于直流聯(lián)絡(luò)屏內(nèi)，ⅡCK1開關(guān)位于充電屏內(nèi)并直接接至饋線屏母排。

故障發(fā)生時正在進行2號蓄電池組核容試驗，檢修時將2號充電機與2號蓄電池組退出(合上圖1中母聯(lián)開關(guān)、斷開圖1(放大后見圖2)中ⅡCK2開關(guān)、ⅡLK1開關(guān))。在進行2號蓄電池組核容試驗的過程中，放電約2 h后發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)發(fā)“直流母線負接地”告警。實測母線負極對地電壓為0，正極對地電壓為116.5 V，判斷為直流母線負極金屬性接地。為防止保護裝置誤動作并縮小接地范圍，現(xiàn)場考慮盡快將兩段母線分段運行，計劃停止蓄電池放電工作并等蓄電池充滿電后再將母線分段，但實施時發(fā)現(xiàn)將蓄電池放電儀退出后，“直流母線負接地”告警消除，實測母線負極對地電壓為-58.2 V，正極對地電壓為58.3 V，母線恢復(fù)正常運行。

圖1 500 kV 1號繼電器室110 V直流系統(tǒng)

圖2 500 kV 1號繼電器室110 V 2段直流系統(tǒng)

2 故障排查過程

根據(jù)現(xiàn)象判斷直流母線接地為2號蓄電池組相關(guān)工作引起，根據(jù)圖1與圖2分析，檢修工作的安全措施為斷開圖2中2號充電機輸出開關(guān)ⅡCK2、斷開2段聯(lián)絡(luò)開關(guān)ⅡLK1，且3號充電機輸出開關(guān)處于斷開狀態(tài)。此時2號蓄電池組已經(jīng)與直流母線隔離，蓄電池與直流母線之間已不存在直流的電氣聯(lián)系，相關(guān)工作不應(yīng)影響到直流母線。但故障時的現(xiàn)象表明，直流母線接地是由蓄電池核容試驗引起，因此判斷此時蓄電池與直流母線之間在某處仍存在連接。

正常情況下，若蓄電池組與直流母線隔離，蓄電池組本身已不存在對地參考點，無法測量正負對地電壓[11-13]，但現(xiàn)場測量2號蓄電池組負對地電壓為-58.1 V，正對地電壓為49.5 V，且結(jié)果顯示蓄電池負對地電壓與直流母線負對地電壓一致，可進一步判斷連接點在直流負極產(chǎn)生。

1)沿圖2中箭頭所示路徑，從蓄電池側(cè)開始逐步檢查。斷開路徑中經(jīng)過的開關(guān)，通過測量每個開關(guān)的上下端正、負對地電壓來判斷故障位置。在測量ⅡLK1開關(guān)(此時處于分位)上下端極對地電壓時，測量結(jié)果為上端(母線側(cè))、下端(電池側(cè))負對地電壓均為-58.1 V，正對地電壓均為0，可以判斷連接點在ⅡLK1開關(guān)負極的上下兩側(cè)形成?？赡苡袃煞N原因造成此現(xiàn)象，一是ⅡLK1開關(guān)內(nèi)部故障導(dǎo)致其負極無法形成斷開點，二是ⅡLK1下端連接的接線、儀表、裝置存在問題。

2)由于開關(guān)內(nèi)部故障無法直觀判斷，對ⅡLK1開關(guān)多次分、合后故障仍未消失，故先對接線、儀表、裝置進行排查。ⅡLK1開關(guān)上、下端接有蓄電池電流表和電壓變送器，并有3根電纜分別接至2號直流充電機、3號直流充電機、電池放電開關(guān)。逐一拆除每根接線后再次測量ⅡLK1開關(guān)上下端負極對地電壓，最終在拆除至ⅡCK2開關(guān)的接線(記為接線1)后，發(fā)現(xiàn)ⅡLK1開關(guān)下端負極對地電壓為0，而測量接線1對地電壓為-58.1 V，可以確定故障由接線1引起。在電纜溝檢查電纜走向，發(fā)現(xiàn)接線1終點為直流饋線屏，而非2號直流充電屏。

3)確定接線1錯誤，而測量ⅡCK2開關(guān)下端(此時處于分位)負對地電壓為-58.1 V(正常應(yīng)為0 V)，正對地電壓為0 V，判斷ⅡCK2開關(guān)負極接線(記為接線2)直接與直流母線負極相連，接線也存在錯誤。此時推測此次故障現(xiàn)象可能由該接線與接線1接反導(dǎo)致。使用鉗形表測量電流作進一步確認。如圖3所示，正常情況下，圖中圈出部分兩根負極電纜(接線2與接線3)共同接至直流饋線屏負極母排，兩根電纜為并聯(lián)關(guān)系。正常時，合上母聯(lián)開關(guān)后，兩根電纜流過的電流之和應(yīng)為2段母線負載電流(約為31.7 A)，且兩根電纜的電流值應(yīng)大致相等，但實測結(jié)果為接線3中電流為31.7 A，接線2中電流為0。至此，確認接線1與接線2接線錯誤，接線1終點實際為直流饋線屏，接線2終點實際為ⅡCK2開關(guān)下端，接線1與接線2接反。

圖3 整改前屏內(nèi)接線

3 接線整改及驗證

3.1 接線整改

由于直流母線一直處于運行狀態(tài)，無法停電，且屏內(nèi)正負極母排之間距離較近，整改時可能造成直流母線接地甚至短路。為將整改風(fēng)險降到最低，從以下幾方面考慮并針對性地制定了整改方案。

1)減小電纜拉扯等大的機械動作防止設(shè)備誤動。觀察接線1與接線2，屏內(nèi)長度基本一致，可利用原電纜及原接頭進行整改，松開螺栓接線互換后再次緊固即可。

2)減小發(fā)生直流短路時可能影響的設(shè)備范圍。將2號蓄電池充滿電后，將兩段直流母線分段運行，然后對2段直流系統(tǒng)接線進行整改。

3)保障2段直流系統(tǒng)供電的可靠性。圖1中，2號蓄電池組通過ⅡLK1開關(guān)與母線相連，解開接線必定會在短時間內(nèi)造成直流母線脫離蓄電池組運行，不符合規(guī)程要求[8]?，F(xiàn)場利用饋線屏上的大容量備用空開，從2號蓄電池組至2段饋線屏另敷設(shè)一根臨時電纜，使2號蓄電池組通過備用空開直接與2段直流母線相連。

4)保障人員安全。斷開圖1中ⅡLK1開關(guān)與ⅡDK1開關(guān)，確保任何情況下接線1與接線2中均無電流流過。

3.2 驗證

接線整改后，兩段直流系統(tǒng)均恢復(fù)正常運行方式，然后對接線結(jié)果進行驗證。

1)接線1驗證:合上母聯(lián)開關(guān)并降低2號直流充電機輸出電壓，測量接線1中流過電流約為16 A，接線3中流過的電流約為16 A，與理論情況一致。

2)接線2驗證:接線1驗證合格后，調(diào)整直流系統(tǒng)運行方式，將2號蓄電池組退出運行并放置20 min使蓄電池自放電。然后合上ⅡCK2開關(guān)對蓄電池組進行充電，測量接線2電流與2號蓄電池電流一致，并再次測量蓄電池組正負極對地電壓，此時極對地電壓無法測量，與理論情況一致。

4 故障分析

此次故障的根本原因為施工單位施工錯誤導(dǎo)致接線1與接線2接反，直接原因為蓄電池放電儀絕緣狀況不良，進而發(fā)生放電儀接地引起的直流母線接地。

正常運行時，接線接反并不會直觀影響直流系統(tǒng)的正常運行，即使蓄電池處于檢修狀態(tài)，由于蓄電池組充電時可通過“接線2—饋線屏—接線3—2號蓄電池”回路進行充電，充電功能正常，無法直觀表現(xiàn)出來。但處于檢修運行方式時，接線接反將影響直流系統(tǒng)的運行與檢修。

1)2號蓄電池組、2號直流充電機與直流母線無法做到完全隔離，檢修人員安全存在隱患，不符合相關(guān)規(guī)程要求[9]。而且在蓄電池檢修時，若發(fā)生蓄電池負極接地會直接造成直流母線的負極接地。

2)蓄電池組檢修時，為將蓄電池組退出，應(yīng)合上直流系統(tǒng)的母聯(lián)開關(guān)，使兩段直流系統(tǒng)中的平衡橋電阻并聯(lián)運行。并聯(lián)后直流系統(tǒng)對地電阻減小，會導(dǎo)致兩段直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置發(fā)出“母線接地”告警(此接地為平衡接地，直流正負對地電壓均衡)。此現(xiàn)象屬于蓄電池檢修時的正常告警，且一組蓄電池的檢修持續(xù)時間通常為24 h左右。因此，通常蓄電池檢修時會將直流系統(tǒng)的接地告警視為正?，F(xiàn)象。在此次檢修中，若檢修人員將接地告警視為正常，未及時進行觀察并確認直流系統(tǒng)運行狀態(tài)，將使直流母線長期處于負極金屬性接地的狀態(tài)，在檢修期間若再次發(fā)生某一點負極接地，將有可能造成保護裝置的誤動。

3)接線3中流過的電流翻倍，與設(shè)計初衷不符，負載較大時可能造成該電纜過熱、加速絕緣老化。該小室110 V直流系統(tǒng)在設(shè)計時采用兩根電纜并接作為聯(lián)絡(luò)屏內(nèi)直流母線至饋線屏的輸出電纜，接線接反造成直流母線至饋線屏之間只有一根電纜直接相連，導(dǎo)致合上母聯(lián)開關(guān)時所有負載電流只能通過接線3流過。

5 結(jié)語

本文針對某換流站在進行蓄電池組檢修時發(fā)生的直流母線負極金屬性接地現(xiàn)象，逐步排查并確定問題所在，針對直流電源系統(tǒng)的特殊性(無法停電)制定了整改措施，為此類問題的排查與整改提供了經(jīng)驗。

此次故障暴露出直流電源系統(tǒng)施工、驗收及檢修時存在的一些問題，針對這些問題提出以下建議:

1)加強投運前驗收，驗收時應(yīng)對接線進行復(fù)核，不應(yīng)只通過現(xiàn)象、功能來判斷，盡量在設(shè)備未上電前進行驗收，以方便對直流系統(tǒng)接線的正確性進行驗證。

2)進行檢修工作前，應(yīng)檢查試驗儀器絕緣是否良好，防止儀器內(nèi)部絕緣不良產(chǎn)生直流接地。

3)進行蓄電池檢修時，若合上母聯(lián)開關(guān)會導(dǎo)致直流系統(tǒng)產(chǎn)生接地告警，應(yīng)退出其中一套絕緣監(jiān)測裝置的平衡橋，使直流系統(tǒng)處于無告警狀態(tài)，才能引起現(xiàn)場人員足夠的重視，以便及時開展故障排查。