直流系统瞬时接地故障危害和处理

杨浩 1，杨乐 1，艾则孜巴克 1，苏峰 1，杨正 1，李祥辉 1，袁焕炯 2

1国网阿克苏供电公司，新疆，阿克苏， 843000； ； 2.广州市仟顺电子设备有限公司，广东，广州， 510000

摘要：变电站直流系统是一个不接地的独立系统，它为站内继电保护、自动装置和事故照明等装置能提供电能，是站内非常重要的组成部分。当系统内出现两点及以上的接地故障，有可能导致保护装置误动和拒动，进而引发更严重的电力系统故障和事故。瞬时接地是一种较难监测的一种接地故障，尽管它的发生概率较小，但依旧是不可忽略的一个安全隐患。本文主要介绍瞬时接地带来的安全隐患及处理方法。

关键字：电力安全；直流系统；瞬时接地

1引言

直流系统为站内自动装置、继电保护、事故照明等装置提供稳定电源，是电力系统安全稳定运行的重要保证。直流系统接地是危害电力系统安全的故障之一，当系统存在两点以上接地，就会导致保护误动和拒动，严重影响电力系统安全。

瞬时接地是一种发生概率较小，危害相对较小的直流接地故障，但由于直流系统的重要性，瞬时接地的危害不可忽视。尤其是电力系统的自动化发展，自动装置将越来越复杂，直流屏柜种类也变得更多更繁杂，瞬时接地的发生概率也会随之增长。监测和排除瞬时接地故障的意义重大。

2背景

当前主流绝缘监测装置不满足瞬时接地检查和选线要求。主流的绝缘监测装置监测和计算接地故障响应时间较长。国家电力行业标准DL/T1392-2014中规定，对于直流系统对地绝缘故障报警响应时间应不大于100S，对于规定支路选线响应时间不大于180S。对于持续的时间特别短的瞬时接地，一般为100毫秒至几秒内，绝缘监测不能告警或者有告警记录不能选线。

某核电厂核岛直流系统使用了施耐德品牌Vlgllohm系列XM300C型绝缘检测仪，发生接地电阻高于设定值10s后才出发告警。后由于支路巡检未完成时接地故障归复，未能选出故障支路。此后绝缘监测仪多次告警且未能选线，有没有良好的办法排除故障，严重影响了系统的安全可靠性。

目前市场上缺少能够监测记录瞬时接地的设备和研究。能够查找瞬时接地的手段极少，能够监测记录瞬时接地的设备极其匮乏，相关研究和论文也是少之又少。

3瞬时接地故障的起因和危害

3.1瞬时接地故障形成原因

导致瞬时接地的原因是直流系统绝缘下降部分与接地体不稳定接触引起的。而引起这些不稳定接触的原因大体可以分为以下几种因素：

（1）系统因素，如系统机械振动、高温、外部压力、绝缘老化，液体腐蚀等，都会造成局部绝缘下降，与接地体不稳定接触。

（2）环境因素，如雨水侵入，潮湿空气灰尘堆积等原因，导致系统裸露部分或者腐蚀的局部与接地体不稳定接触。

（3）人为因素，因施工人员或检修人员的不恰当操作引起的连接松动、线皮磨损、线体裸露等，再与接地体不稳定接触导致瞬时接地。

导致瞬时接地故障和导致可靠接地故障的原因大体相同，都是由于绝缘下降引起的。但由于瞬时接地的瞬时性、随机性等不确定因素，使得监测和查找瞬时接地故障变得困难起来，对监测瞬时接地的技术要求也相对较高。

3.2瞬时接地的危害

（1）导致电压波动

瞬时接地发生时，直流母线对地电压发生偏移，导致电压波动。较大的电压波动严重影响直流系统运行的可靠性。国家电力行业标准DL/478-2011《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》规定，继电器动作电压应控制在额定电压的55%～70%。当瞬时接地导致电压波动超过55%标称电压，而系统出现另一个接地故障点时，将导致保护装置拒误动作，导致电力事故发生。

2020年12月5日至6日，广东电网某供电公司一220kV变电站出现多次瞬时接地故障，故障导致直流系统负极母线对地电压波动值达40%。

图3.1 广东汕头某220kV变电站母线瞬时接地母线电压波形

（2）可能导致两点接地

出现阻值较低的两点接地会直接导致保护装置误动作，危害极大。瞬时接地因其不确定性因素，其排除工作难度较大，排除周期较长。出现另一点接地故障点，就会导致两点接地故障。因此瞬时接地需要及时排除，消除隐患。

国网辽宁电力有限公司某500kV变电站内，Ⅱ段直流系统存在10s-120s电压波动，站内绝缘装置压差告警，但并未选出故障支路。由于波动时间持续较短，发生频率较低，未能及时排除故障。只能通过后续监测查找故障点。

图3.2 辽宁电力公司某500kV变电站瞬时压差告警情况

（3）可能发展为可靠接地故障

瞬时接地故障发生即说明系统存在绝缘下降情况，由于机械振动、压力、潮湿、腐蚀等情况导致与接地体不稳定接触。弱故障长期不能解决，故障会随振动、压力、潮湿、腐蚀等原因逐渐深化和扩大，接触时间和频率增大，就有可能发展成为稳定的接地故障。

杭州市电力局某500kV变电所110V直流Ⅱ段母线频繁出现瞬时接地故障。经排查，故障原因是由于2号主变一个开关操作机构箱盖板脱开，雨水侵入导致直流系统瞬时接地。当出现大雨天气时，直流系统出现1-3分钟接地故障。好在及时排除了故障，阻止了雨水对操作机构的侵入和腐蚀。

4 瞬时接地故障的处理方法

4.1 如何规避瞬时接地故障的发生

在根本上避免瞬时接地的发生，通过分析瞬时接地故障形成的原因，对容易引起瞬时接地区域加强监管。

（1）对系统内存在机械振动、机械运动、重物、高温附近等容易引起磨损线路区域进行定期检查，可以大程度避免此类原因引起的绝缘下降。

（2）积累经验，总结引起绝缘下降的各种原因，对潮湿、淋雨、积尘等地方定期排查，消除隐患。

（3）检修或施工人员加强技能训练，培养认真的工作态度和积极性，杜绝麻痹大意、操作不当，特别注意闸门、电机、端子、接口，高热等容易造成绝缘下降或接线松动的地方的。

（4）严格验收施工改造，保证系统安全可靠性。

4.2研究瞬时接地监测技术和设备

在发生瞬时接地故障时，接地支路漏电流会存在明显变化，并且由于接地电阻和系统电容的存在，电压变化会有一个缓慢上升和缓慢下降过程。大致图像如下图，图中k为接地电阻变化值，V₊正极接地支路电流变化值。

图4.1 瞬时接地支路电流变化情况

通过给每个支路接入一个高灵敏度的开口CT，监测每个支路电流变化情况，在接入一个高速数据采集装置进行数据采集和录波，高速采集装置时为了保证可以监测记录100毫秒以上的瞬时接地故障波形。通过对各支路波形的分析，找出出现瞬时接地故障的支路。

图4.2 瞬时接地监测示意图

但由于不发生瞬时接地支路也会存在对地电容，当母线存在电压波动时，支路也会因为电容充放电引起电流变化。怎样区分接地支路波形和不解地支路波形成为这项技术的一个关键点。

5总结

瞬时接地也是一种发生频率相对较小的接地故障，但其带来的危害仍然不可忽视，为了保证直流系统安全可靠性需要及时排除瞬时接地故障。但瞬时接地故障因其瞬时性、偶然性、隐秘性等不确定等定因素，给故障排除工作带来很大难度，对故障的监测技术要求也相对很高。目前市场对瞬时接地检测记录技术的研究极少，论述资料也很少，需要引起相关技术人员重视和研究。

参考文献：

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[2]陆燕锋. 直流系统接地危害及处理[J]. 现代国企研究, 2018, 000(008): 127-127.

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[4]丁建.110V直流系统负极瞬时接地故障分析[J].科学创新与应用，2011（19）：88-89.

作者简介：

杨浩（1990），男，汉族，新疆阿克苏，大学本科，工程师，在电力系统交直流系统故障及异常分析方面有所专长。