变电所交直流系统接地故障的处理分析

摘要：变电所是电力系统的重要组成部分，其安全稳定运行对电力供应的可靠性至关重要。交直流系统作为变电所的重要组成部分，其接地故障的处理是确保变电所安全运行的关键。本文首先对变电所交直流系统接地故障进行了概述，然后分析了接地故障的原因、现象及危害，最后详细探讨了接地故障的处理方法和预防措施。

关键词：变电所；交直流系统；接地故障；处理方法

一、引言

变电所是电力系统中变换电压、控制和分配电能的场所，它通过变压器将电网中的高压电能转换为适合用户使用的低压电能。交直流系统是变电所的重要组成部分，其中直流系统主要用于供给继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明和交流不间断电源等，对供电的可靠性要求极高。直流系统的可靠性是保障变电所安全运行的决定条件之一。然而，由于直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多且长，容易受尘土、潮气的腐蚀，导致某些绝缘薄弱元件绝缘降低甚至绝缘破坏，从而造成直流接地故障。交直流系统接地故障不仅会影响设备的正常运行，还可能对整个电力系统的安全构成威胁。因此，对变电所交直流系统接地故障的处理分析具有重要意义。

二、变电所交直流系统接地故障概述

变电所交直流系统接地故障是指交直流回路中的正极或负极与设备的大地之间出现电气联系，导致交直流回路中出现回流电流及其他异常现象。接地故障主要分为电缆接地、元件接地、蓄电池接地以及绝缘监测装置故障引起的接地故障等几种类型。电缆接地可能是由于端子箱与操作机构箱之间的电缆破损、主控室到蓄电池室的直流电源正负极电缆破损或金属转角及穿孔处的控制电缆、合闸电源电缆破损等原因引起的。元件接地则可能是由于中间继电器、出口继电器的绝缘降低或保护装置内部元件烧损等原因引起的。蓄电池接地可能是由于单体电池因故障渗液引起的。绝缘监测装置接地则可能是由于平衡桥故障引起的。

三、变电所交直流系统接地故障的原因分析

变电所交直流系统接地故障的原因多种多样，主要包括以下几个方面：

1. 设备绝缘老化：变电所交直流系统的设备如整流变压器、直流屏柜等，长时间运行后，其绝缘材料可能会因老化、电弧放电等因素导致绝缘性能下降，从而引起接地故障。

2. 设备受潮：由于变电所的环境条件较差，设备容易受潮，导致绝缘性能降低，甚至发生绝缘破坏，从而造成接地故障。例如，二次回路及设备严重污秽和受潮、接地盒进水等，都会使直流对地绝缘严重下降。

3. 设备振动：变电所的设备在运行过程中可能会产生振动，导致电缆接头松动、元件损坏等，从而引起接地故障。

4. 电缆接头问题：电缆接头是变电所交直流系统中常见的故障点之一。由于电缆接头处容易受潮、腐蚀和松动，导致绝缘性能下降，从而引起接地故障。

5. 制造缺陷和施工质量问题：设备制造过程中可能存在部件质量不符合标准、接触不良、材料老化等问题，导致设备制造缺陷。同时，在变电所交直流系统的建设和运行过程中，可能存在施工工艺不规范、材料质量不达标等问题，这些都会影响系统接地的质量和稳定性。

6. 电力线路异常：电力线路存在过电压、过电流等异常情况，可能导致系统接地故障。

7. 小动物爬入和小金属零件掉落：如老鼠、蜈蚣等小动物爬入带电回路，或某些元件有线头、未使用的螺丝、垫圈等零件掉落在带电回路上，都可能造成直流接地故障。

四、变电所交直流系统接地故障的现象及危害

变电所交直流系统接地故障的现象主要包括以下几个方面：

1. 直流电压值下降或消失：当变电所交直流系统发生接地故障时，与系统接地的极性在整个系统中变成了一个分压接地电阻，从而导致直流电压值下降或消失。

2. 直流电流异常：接地故障点与负地点间将形成一条电路，从而造成异常的直流电流情况。

3. 直流设备正常运行指示灯熄灭或异常：如直流设备的正常运行指示灯熄灭或异常，可以说明系统中发生了接地故障。

4. 直流保护动作：当变电所交直流系统发生接地故障时，直流保护装置将会检测到异常的直流电流或电压，从而引起保护动作。

变电所交直流系统接地故障的危害主要表现为以下几个方面：

1. 保护误动和拒动：直流系统接地会引起直流电源正、负极对地电压的偏移，导致控制回路中分、合闸线圈两端电压的变化，进而出现保护误动和拒动现象。这直接威胁到变电所内设备稳定、可靠运行的能力。

2. 设备损坏：接地故障产生的异常电流和电压可能会对设备造成损坏，严重时甚至会导致设备报废。

3. 电网事故：接地故障可能导致电网事故的发生，如短路、断路等，给电力系统的安全稳定运行带来严重威胁。

五、变电所交直流系统接地故障的处理方法

变电所交直流系统接地故障的处理方法主要包括以下几个方面：

1. 快速隔离故障：一旦发现直流系统出现接地故障，应迅速切断接地点的连接，以隔离故障点，避免故障扩大范围。这可以通过断开相关设备的电源或操作开关来实现。

2. 排除故障原因：在排除故障之前，需要先检查故障点周边设备的工作状态，判断故障原因。可以通过观察设备的运行状态、测量电压和电流等参数来进行分析和判断。避免盲目处理，导致问题加重。

3. 处理故障点：对于直流系统接地故障点，首先需要对其进行局部处理。这包括将故障点进行修补或更换损坏的元件和电缆等。在处理过程中，需要注意安全操作，避免触电和短路等危险情况的发生。

4. 检查相关设备：处理故障点后，还需要对相关设备进行检查。这包括检查设备的绝缘性能、接触情况和运行状态等。以确保其他设备没有受到影响或损坏。如果发现有异常情况，应及时进行处理和修复。

5. 处理后续问题：直流系统接地故障的处理通常伴随着后续问题。在处理故障点的同时，还需要进一步分析故障原因，及时采取措施，避免类似的问题再次发生。例如，可以加强设备的维护和管理，提高设备的绝缘性能和运行可靠性等。

在实际操作中，可以采用以下具体步骤来查找和处理变电所交直流系统接地故障：

1. 分清接地故障的极性：首先，需要分清接地故障的极性，即判断是正极接地还是负极接地。这可以通过观察绝缘监测装置的指示情况来进行判断。

2. 停止相关工作：若站内二次回路有工作或有设备检修试验，应立即停止，并拉开其工作电源，看信号是否消除。这有助于缩小故障范围，提高查找效率。

3. 用分网法缩小查找范围：将直流系统分成几个不相联系的部分，通过断开相关开关或刀闸来隔离故障区域。注意不能使保护失去电源，操作电源尽量用蓄电池带。

4. 利用瞬时停电法查找故障：对于不太重要的直流负荷及不能转移的分路，可以利用瞬时停电法来查找故障。即依次断开各分路的电源，观察绝缘监测装置的指示情况，从而确定故障点所在位置。

5. 利用转移负荷法查找故障：对于重要的直流负荷，可以采用转移负荷法来查找故障。即依次将各分路的负荷转移到其他电源上，观察绝缘监测装置的指示情况，从而确定故障点所在位置。

6. 使用专业仪器查找故障：在复杂情况下，可以使用专业仪器如直流接地快速查找仪等来查找故障点。这些仪器可以快速地检测出接地故障的位置和性质，提高查找效率和准确性。

六、变电所交直流系统接地故障的预防措施

为减少变电所交直流系统接地故障的发生，可以采取以下预防措施：

1. 加强设备维护和管理：定期对变电所交直流系统的设备进行维护和检查，及时发现和处理设备的缺陷和故障。同时，建立完善的设备管理制度和档案，对设备的运行情况进行记录和跟踪。

2. 提高设备绝缘性能：选用质量优良、绝缘性能好的设备和材料，确保设备的绝缘性能符合标准要求。同时，对设备的绝缘性能进行定期检测和测试，及时发现和处理绝缘性能下降的问题。

3. 加强防潮和防腐蚀措施：对变电所交直流系统的设备和电缆进行防潮和防腐蚀处理，减少设备和电缆受潮和腐蚀的可能性。例如，在设备和电缆上涂抹防潮涂料、安装防潮装置等。

4. 加强施工质量和工艺控制：在变电所交直流系统的建设和运行过程中，加强施工质量和工艺控制，确保设备和电缆的安装质量符合标准要求。同时，对施工过程中出现的问题进行及时处理和整改，确保系统的接地质量和稳定性。

5. 加强监测和预警：建立完善的监测和预警系统，对变电所交直流系统的运行状态进行实时监测和预警。一旦发现异常情况，及时进行处理和修复，避免故障的发生和扩大。

七、结论

变电所交直流系统接地故障是电力系统中常见的故障之一，对电力系统的安全稳定运行构成严重威胁。通过对接地故障的原因、现象及危害进行分析，可以采取有效的处理方法和预防措施来减少故障的发生和扩大。本文提出的处理方法包括快速隔离故障、排除故障原因、处理故障点、检查相关设备和处理后续问题等步骤，可以为变电所交直流系统接地故障的处理提供有益的参考。同时，加强设备维护和管理、提高设备绝缘性能、加强防潮和防腐蚀措施、加强施工质量和工艺控制以及加强监测和预警等预防措施的实施，也可以有效地减少接地故障的发生和扩大，提高电力系统的供电质量和可靠性。

八、参考文献

1. 刘有为，李光范，高克利，等. 变电站设备带电检测技术及实施案例[M]. 北京：中国电力出版社，2017。

2. 国家电网公司运维检修部. 变电站直流电源系统运行维护现场处置方案[M]. 北京：中国电力出版社，2015。

3. 张全元. 变电站现场事故处理及典型案例分析[M]. 北京：中国电力出版社，2014。

4. 李建基. 高压开关设备实用技术[M]. 北京：中国电力出版社，2013。