直流系统接地的排除与防范

变电站常用的直流系统有220V和110V两种。当绝缘正常时，直流系统正负极对地电压平衡;而当发生一点接地时，由于直流系统本身是不接地系统，正负极电压正常，二次设备运行仍然可以运行，但因为电容电流的存在，即使是一点接地，也可能造成开关误动。当发生第二点接地时，开关误动或者是直流回路短路的几率更大。在日常的工作中应做好防止发生直流接地故障的措施，发生直流接地故障时应尽快排查，消除故障。

一、直流监测仪的工作原理

传统的直流系统接地监测是利用不平衡桥原理来检测接地故障，如图1所示。正常时，正负极对地电压平衡，继电器不会动作;假设负极接地，通过大地连通，使继电器动作，发去接地信号。

目前大多数绝缘监测仪分成常规监测和支路监测两个阶段工作。常规监测是实时监测直流母线对地电压，当绝缘下降到相应定值时发信报警，同时启动支路监测，向外发去低频信号，若为支路接地，其支路上的互感器应感应到低频信号，将此信号送回监测仪计算出接地阻抗，再分离出阻性和容性电流，即可计算出该支路的接地电阻和接地电容值。

二、直流接地故障的排查方法

1. 工作前准备

首先准备好以下仪器，能确保安全和提高排查的速度。万用表(内阻不少于2kΩ/V)、绝缘摇表(1kV)、变电站直流系统网络图、钳表、直流接地故障查找仪。

直流接地故障查找仪的工作原理是在直流母线上与大地间加入高频交流电压，使高频电流经接地点。

钳表用来测量各分支回路，如检测到有高频信号，即该回路是接地回路，沿回路跟踪即可找出故障点。

变电站直流系统网络图绘出了直流各个分支的走向、环网刀闸的具体位置和环网状态等，为继保人员、运行人员提供直观的、清晰的直流系统网络情况，对于提高事故抢修效率，快速排除故障，以及运行人员的正确快速的事故处理十分重要。

2.排查方法

(1)排除思维

查找过程始终采用排除思维，首先确定故障的大范围，然后逐步缩小范围进行排查。

可以根据现场的天气情况、变电站内是否有其他班组工作、变电站监控信息、运行人员反映信息等情况进行排查。如果是雨雪天气，就可考虑故障是否存在于户外设备，包括户外端子箱、接线盒、户外的仪表。监控系统的信息也可以作为判断信息。比如接地故障发生的时间正好与某开关合闸(或分闸)的时间相差很近，则该开关控制回路应重点检查。目前采用最多的是拉路法和使用直流接地查找仪排查的方法，两者也是排除思维。使用直流接地故障查找仪，比较简单方便，但是直流接地故障查找仪有时会因为接地电容过大造成误判，另外其输出信号过强也使直流波纹系数超标，影响保护和自动装置的运行，在一些特殊情况下可能会造成开关误动。我们在使用直流接地故障查找仪应检查仪器是否会影响运行中的保护，才能使用。否则建议还是使用拉路法。因为拉路法是最基本、最经济的方法，其安全性也是可控的。有些接地故障采用拉路法，效率会更高。因此下面将对拉路法的使用和注意事项做详细介绍。

(2)拉路法介绍.

拉路法的原则是先拉非重要负荷，比如事故照明、信号电源、通讯电源等，再拉重要的负荷，如保护控制电源、切换电源、遥控电源、自动装置电源等。切换蓄电池组来排除是电源屏接地还是外部回路接地也属于拉路法。

将拉路法分为逐一拉路法和全部拉路法。

传统的逐一拉路法是逐个将馈线开关退出(退出时间不得超过3秒)，判断后立即恢复馈线开关，但也不能太快，太快了会造成对回路元件的冲击，造成元件损坏。该法优点是对重要设备停电时间少，缩短了设备失去保护的时间;缺点是不能排除某些接地故障，如故障回路存在寄生回路、不同间隔发生多点接地、环路供电回路发生接地等情况。

全部拉路法是将馈线开关逐个拉开，暂时不恢复，直到切除故障点使系统正常后，才逐个恢复馈线开关，这样可以排除因为寄生、多点接地、环路供电方式造成判断困难的问题，同时也能区分是电源屏接地还是其外部回路接地的故障。实际操作时，先将非重要负荷的馈线开关逐个退出，如果故障还未排除，不再恢复，再切重要负荷的馈线开关，直到系统电压恢复正常。恢复时，先恢复重要负荷馈线开关，在恢复过程继续检测系统电压，如果系统又接地，说明刚恢复的馈线间隔也存在接地点。这方法既可以排除寄生问题、多点接地故障以及环路供电方式的回路故障，也清楚判断是电源屏接地还是外部回路接地。缺点是设备失去保护的时间比逐一拉路法的时间长。

(3)确定间隔后的排查方法

确定某个馈线间隔存在接地点，采用拉路法，可以分别切开其分路开关来排除。以220kV线路开关间隔为例，在正常情况下，1M、2M直流母线都供给线路保护屏，这两路直流电压是相互独立的，不应有寄生，我们需拉开有接地故障的直流母线上的分路空开(信号电源、操作电源、保护装置电源)来排除。根据负荷的重要性来选择，所以可优先拉掉信号电源，如果接地故障还存在，接地点可能在保护及控制回路上。对控制回路进行排查，就要评估二次回路检修的影响，必要时申请将一次设备转冷备用或检修。根据间隔的情况布置安全措施后，可以用带电拆除接线的方法进行排除，也可以通过断开控制电源后、使用绝缘摇表测量回路绝缘的方法进行排除。一般建议采用后者，因为带电拆线排除法具有一定风险，容易造成两点接地，也存在人身伤害风险，需格外小心，一般不要采用。

对控制回路的查找，首先确定故障点是在保护屏还是在开关侧，可以将保护屏到开关场地的二次电缆解开，用摇表测量两部分的绝缘，缩小故障范围。需要解开那些电缆，因根据回路确定，拆开的二次线，应能够将回路分成独立的部分，甚至几个对立回路，这样排除，对于判断是十分有效的。

如果接地点在保护屏上，拔出插件，检查操作插件外观，再测量屏内所有二次回路绝缘，如果绝缘好，那接地点就在插件上。如果屏内回路仍然存在接地故障，那就应对该屏内接线及端子排进行排查。

如果接地点在开关场地方向，应到开关端子箱排查，根据接地的回路，逐一解开端子上电缆芯，分别测量绝缘进行排除，缩小故障范围。开关场地的接地点很多，有可能是二次电缆、开关机构内部的辅助接点、计数器、继电器、电路板，也可能是刀闸机构箱内部。

3.注意事项

(1)使用合格仪器。使用电子式绝缘电阻表前，应检查电池是否足够，因为电量不足会影响其输出功率，致使测量数据存在误差;采用高阻万用表，避免造成直流系统第二点接地。

(2)使用直流接地故障查找仪时应退出绝缘监控装置，避免绝缘监控装置的接地点对接地查找仪发出的信号分流，影响测量准确度。

(3)使用接地查找仪前应检查其输出功率。通过接地查找仪查找接地具有无需对二次回路进行改动、无需退出保护工作电源等优点，十分方便，但是由于其工作原理是对直流母线发出交流信号，若信号太强会对二次设备造成影响，对本来故障的直流系统造成更大的损害。所以接地查找仪的输出功率对直流母线的波动影响应控制在5%以内。

(4)使用拉路法时，应通知调度值班人员，经批准后执行;要做好防止保护误动、监控失电的安全措施;要对解开的电缆芯，断开的电源空开、保险等进行记录，避免恢复接线时错误或遗漏。

(5)如果是电缆芯接地，更换电缆芯时，除了测量对地绝缘外还要测量电缆芯之间的绝缘，以判断电缆是否存在线间绝缘下降缺陷。

三、防止直流接地发生的措施

1.设备元件绝缘老化尽快更换。直流接地故障较多发生在运行时间长的变电站，如二次电缆接地、二次设备元件老化、电容器爆裂漏液、指示灯座绝缘下降等。绝缘老化的设备隐患只有通过更换的方法处理。

2.拆除一些不必要存在的二次回路及设备。有些二次回路及设备虽已停用，但却没有退出直流电源，日常缺少维护，容易造成绝缘下降。比如已实现无人值班的变电站保留的一些公用信号回路、光子牌、闪光回路、屏顶直流母线、端子排上遗留的接线头、甚至旧的二次电缆也没有拆除，留下接地隐患，也是接地故障产生的主要原因。建议将这些回路全部拆除。

3.做好防潮措施。户外端子箱、户外开关的机构箱、CT与PT上的接线盒、主变的瓦斯继电器、温度表、油位计等户外设备因为在户外长期受阳光照射，以致密封胶老化，容易受潮，造成内部元件接地。建议对这些设备定期进行防水检查，增加防雨罩，和使用密封材料封漏。同时做好加热器的管理维护，定期检查温控器以及加热板，特别施工期间，加强对加热器电源停用的户外端子箱巡视管理，和做好防潮措施。一些分相开关的机构箱、刀闸机构箱没有安装加热器也应改造。

4.加强工程施工管理，避免遗留隐患。比如电缆头制作时电缆芯受损;电缆芯与柜门的位置过近致使关门时夹伤电缆芯;电缆芯与户外端子箱的外壳太近，暴晒使得端子箱外壳发热，电缆芯受热使得绝缘下降接地;粗暴施工造成电缆绝缘层损伤等。这些隐患不一定立即显现，有可能待天气炎热、下雨、受到震动时才会造成绝缘下降，发生直流系统接地。消除这些隐患，这需要在工程施工时加强验收管理，文明施工，避免留下隐患。

四、结束语

因为直流系统在变电站的重要性，直流系统接地故障作为紧急缺陷处理往往消耗继电保护工作人员大量精力，也严重影响电网设备的安全稳定运行。本文介绍的直流接地排查方法为继保工作人员进行直流接地排查提供参考。直流接地查找的方法各有优点，我们应根据情况合理使用。同时，我们应做好事前控制，做好防止直流接地的措施，尽可能减少直流接地的发生，提高电网安全运行的可靠性。

参考文献：

[1] 吴建忠.直流电源系统监控装置的研制[J].计算机应用，2003，29(10)：10-12.

作者简介：

林立鹏(1973-)，男，高级工程师，从事继电保护维护工作。

禹超(1987-)，女，从事继电保护维护工作。