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1、变电站直流系统接地故障的探讨 胜利油田电网是保障油田生产、生活用电的大型区域性企业电网，其容量与规模随着油田原油产能的开发不断发展壮大。自60年代开始建设，电压等级不断提高，电网容量不断扩大，最终形成了以胜利电厂为支撑，220kV网络为骨架，1lOkV网络为输电主网，35kV网络分布各油区，覆盖东营、纯梁、滨州等四个县区，集发电、供电、用电为一体的全国最大的企业电网之一。 胜利油田电网现有35kV及以上变电站181座，其中220kV变电站3座，1lOkV变电站38座，35kV变电站87座，35kV临时变53座。其中既有新型综合自动化变电站，也有70、80年代投产的使用电磁型继电保护的变电站，因
2、此，变电站的直流系统也存在种类繁多，接线情况复杂的实际情况。 而变电站的直流系统又恰是电力系统中非常重要的电源系统，它是一个独立的电源，不受发电机、站用变以及系统运行方式改变的影响，是由蓄电池组与浮充电装置并联供给直流负荷的运行系统。作为变电站二次系统的重要组成部分，主要为控制回路、信号回路、继电保护自动装置、断路器分合操作等提供可靠稳定的不间断电源。随着油田电网的不断发展建设，变电站设备不断增多及更新频繁的实际情况，目前构成了庞大而复杂的直流电源网络，客观上增加了查找直流接地故障的难度。 正常情况下直流系统正负对地均为绝缘的，系统中有一点发生接地时，一般情况下并不影响直流系统运行，但当出现两
3、点及两点以上接地时，就会造成正负极短路，开关和保护回路误动、拒动现象。同时直流系统的故障可能会造成更大故障隐患。所以当发生接地时，及时采用良好的仪器和准确的判定方法查出并消除故障，对胜利油田电网的安全稳定运行具有十分重要的意义。2 直流系统接地的定义、产生与危害21 直流系统接地定义 当直流系统的正极或负极与大地之间的绝缘水平降到某一整定值或低于某一规定值时，称为直流系统接地；当正极绝缘水平低于某一规定值时称为正接地；当负极绝缘水平低于某一规定值时称为负接地。22 直流系统接地产生原因 直流系统是个不间断工作长期带电的系统，支路很多，负荷涉及面广，会因环境改变、气候变化、污染、高温等引起电缆老
4、化、接线端子老化、元件损坏以及设备本身等问题引起绝缘水平下降。一般来说，投运时间越长，其接地的概率越高。具体分类如下： (I)电缆、设备、元器件老化造成绝缘水平下降，特别是遇到大雨、浓雾等特殊天气引发直流系统接地，天气好转时可能会消失； (2)设备检修或改造施工等原因造成直流系统回路线头松动、脱落并碰触金属外壳，造成直流系统接地； (3)变电站二次装置烧毁等情况引起直流系统接地，此类情况常常伴有保护动作，开关拒跳、拒合以及焦糊味等情况。23 直流系统接地的种类与危害231 接地种类 从现实直流系统接地的构成上归纳起来有以下几种：按接地极性分为正接地和负接地；按接地类型上分为直接接地和间接接地；
5、有的称为金属性接地(也称完全接地)和非金属性接地(也称非完全接地、)。此外还有按接地情况可分为单点接地、多点接地、环路接地、绝缘和交流半接地等。由于各地的直接接地情况不一样，所以产生了许多新名字。232 正极接地危害 正极接地可能造成断路器跳闸。由于断路器跳闸线圈均接负极电源，当发生系统正极接地时，正极经过大地，构成回路。如图1所示，当图中的A点和B点同时接地，相当于A、B两点通过大地相连接起来，中间继电器2J 动作生成断路器的跳闸。同理，当图中的A点和c点同时接地，或图中的A点、D点同时接地均可能生成断路器的跳闸。233 负极接地的危害 负极接地可能造成断路器拒跳。如图1所示，当图中的B点，
6、E点同时接地，B、E点通过地构成了回路，即B、E点相接将中间继电器2J，短接，此时，如果系统发生事故，保护动作由于中间继电器2J，被短接，2J 不工作，产生断路器拒动现象，使事故越级扩大。同理，当图中的E点和c点同时接地和图中的E点和D点同时接地均可能生成断路器拒动现象。3 查找、排除直流接地故障的流程与方法31 排查流程 我们从直流接地危害中可以看出，无论是正极接地还是负极接地，只要有一个接地，即对地构成了新的接地回路就要求迅速排除，否则一旦出现二点或多点接地就会发生故障，乃至发生事故。 变电站的直流接地虽然是复杂的，但无论是常规保护还是微机保护，其故障的排除法是一致的。通过总结胜利油田电网
7、多年运行中排查直流系统接地故障的现场情况和经验，其工作流程基本为： (1)根据直流屏故障情况显示或直流接地故障检测装置显示进行判断，分析是否存在误报，确定故障回路及故障种类； (2)采用拉路法、分段查找法对直流接地故障点进行查找，确定故障点并进行处理。32 排查方法 当无法准确判断故障回路时，通常采用的方法称为“拉路法”。直流接地回路一旦从直流系统中脱离运行，直流母线的正负极对地电压就会出现平衡。所以人们通常将直流接地回路瞬间停电，确定直流接地点是否发生在该回路。 直流系统是个不问断电源，基于其特殊性，人们不能随意停电。近年来随计算机的大量使用，微机保护同样也不允许人们随意断开直流电源。现场排
8、除故障时，经常发生非正常的闭环回路，采用双电源供电回路，以及变电站在现场施工、扩建、修试过程中遗留了直流负载的信号回路、控制回路和保护回路之间没有区分等，使直流接地故障查找难度增加。“拉路法”往往造成了控制回路或保护回路跳闸等事故。 因此，在新型直流系统中，各直流回路分类清晰，由专用断路器控制投退，可以通过操作控制开关或保险来进行“拉路”检查；当面对许多直流回路交叉严重，无明确控制开关的旧直流系统时，一般通过打开某直流回路特定电缆接头的“打头法”进行分段排查。“打头法”实际上是拉路法的一种延伸应用。 采用拉路法进行寻找并分段处理时，应遵守先信号和照明部分，后操作部分；先室外部分后室内的原则。根
9、据现场的故障排除经验，对其方法进行整理如下： (1)首先确定是正极接地还是负极接地，测量正负极对地电压，有效区分是正极接地还是负极接地； (2)两段母线之间的区分，使查找的接地不会大范围扩大，确定发生直流接地在哪一段； (3)如果有直流接地选线的装置，不能准确确定，有误报的现象，请退出运行中的直流接地检测仪； (4)如果站内二次回路有在施工的或有检修试验的应立即停止，拉开其工作电源，看信号是否消除； (5)采用分段分部位拉路法，操作电源一定要由蓄电池提供，先停下重要的回路，如信号回路和照明回路等。 应按照下列顺序进行： 断合现场临时工作电源；断合故障照明回路；断合信号回路；断合闸回路；断合附助
10、设备；断合蓄电池回路。33 直流接地故障误报 在变电站直流系统运行过程中，存在接地故障误报的情况。直流屏绝缘监察系统有接地告警，但测量母线电压及直流回路电阻的结果却显示正常，这说明系统并未真的发生系统接地。有可能是线路接线存在错误或绝缘监察模块设置存在问题。 在胜利油田110kV孤东变交工前的自查阶段，曾出现这样一个问题：每当投入操作电源，直流故障灯开始“亮起一熄灭一亮起一报警”，绝缘监察模块显示“负极直接接地”负极对地电阻为OQ，但是通过使用测量工具检测，各回路对地电阻值都正常。通过仔细检查，在接人事故音响的预告信号的电缆线芯后，会触发接地报警，但此线芯对地电阻正常，并未接地。采用拉路法，从
11、110kV I段开始进行逐段拉路操作，最后确定为6kV II母线上的一台电缆出线柜引起直流接地。通过二次查线，发现从电缆出线柜端子排到线路保护模块后的接线中出现问题，本该接到模块后方“事故音响端子排”的三根线芯接到了负责通讯的端子排上，引发了此次直流接地的报警，恢复正确接线后，警报解除。4 直流接地检测装置41 直流接地在线检测装置 目前市场上出现了许多直流接地选线装置。一般以信号注人法、霍尔传感器监测法、磁饱和监测法三种原理设计生产，大致情况是在直流的各分支回路上安装一个穿心式的电流互感器，各互感器感应到的信号经过直流接地选线装置分析判断，确定直流接地的分支回路，其安装在支路回路上的传感器编
12、号和接地检测仪显示部分回路对应编号。其优点是能在线监测实时监测各分支回路的接地状态，检查接地回路时，如全自动的逐路测试法，如果仪器的精确度很高，则是一种不可或缺的自动化设备。但由于其测量精度不高、误报率较大、抗干扰能力差，各现场情况不一致等问题，在使用上出现了一些问题。42 便携式检测装置 使用便携式的直流接地故障查找仪，查找直流接地不失为一种好方法，作为拉路法的辅助测试仪，对接地故障的排除在时间上和安全上都是好帮手。其特点如人为拉路法，不需断开直流回路电源，移动式的采集互感器在各分布回路上测量。如果出现接地回路就报警。 这种设备在使用上十分科学。在原理上基本和在线装置的信号注入法相似。由于其
13、采集传感器可以任意移动，利用其移动的优点还可以更具体地查找到各接地点。但由于目前产品和各直流系统的兼容性和抗干扰能力差，误报率十分高，并没有大量采用和全面推广，仅为查找时作为参考使用。5 直流系统绝缘监测装置 直流系统只能有一个接地点，即绝缘监察继电器的接地点。绝缘监察继电器是利用平衡电桥原理，当直流系统的正极或负极对地绝缘阻抗降低到某一设定值时，正对地电压或负对地电压差使电桥失去了平衡，发生了变化就可判定绝缘。它由信号回路和监察回路(直流绝缘监察继电器KVI，转移开关SM和电压表PV)组成。如图2所示。按其功能又可分为信号部分和测量部分。51 信号部分 图2所示的右部为绝缘监察装置的信号部分
14、，由绝缘监察继电器KVI及信号(音响和光字牌HL)组成， +、R一分别为假设的正、负母线对地绝缘电阻，用虚线连接。R、R：及 +、 一组成电桥接线。KVI中的 的数值要求相等(通常选R =R：=1000)，KD为高灵敏度的干簧管继电器，KC为中间继电器。正常情况下，正、负母线对地绝缘电阻R+、尺一相等，继电器KD线圈中只有微小的不平衡电流流过，继电器不动作。当有一母线对地绝缘下降时，由于尺+JR一，所以电桥失去平衡，继电器KD线圈中只有微小的不平衡电流流过，当次电流达到其动作值时，继电器KVI动作，KD启动，其动合触点闭合启动KC继电器，KC的动合触点闭合，发出“母线对地绝缘电阻下降”的信号(
15、但不能分清是正母线还是负母线电阻下降)。52 测量部分 图2的左半部为由转换开关SM和电压表PV组成的测量部分。当母线对地绝缘降低时，信号部分先发出“母线绝缘降低”的音响和光字牌信号，值班人员将SM开关依次打至“正母线对地电压”和“负母线对地电压”，则SM的21、45接通，58、14接通，分别测出正母线对地的电压值和负母线对地的电压值，电压值低者即绝缘有损坏。然后根据已知的电压表内阻R 及直流母线工作电压 ，通过计算求成正、负极母线的对地绝缘电阻。53 对继电器KD的要求 在图2中有一个人工接地点，是为测量母线对地电压用的，当直流回路中再有任一个短路接地点时，将会形成短路回路。为防止在直流回路中由此短路电流引起其它继电器误动作，则继电器KD的线圈必须具有足够大的电阻值，一般对220V直流系统选用R 。=30kl的线圈，其启动电流为14mA。于是，为防止继电器发生误动作，回路中的其他继电器线圈的启动电流都应大于14mA。所以，在220V直流系统中，当任一母线的绝缘电阻下降至152OkQ时，绝缘监察继电器便会立即发出信号。6 目前国内直流系统绝缘监测仪器测量状态 目前国内直流监测装置都是采用电桥原理，无论是常规的电桥还是微机型的电桥，都是以对地电压为依据，监测装置往往以
