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摘要：变电站直流系统连接设备多，二次电缆接线复杂，并且有较多裸露金属部分，在运行过程中容易受环境、设备本身等因素影响，导致直流接地故障是最常见的故障之一。本文对直流接地故障种类进行了总结，分析了发生直流接地故障的危害，并对其常用查找方法进行了研究。
关键词：金属接地；非金属接地；拒跳；误跳；拉路法；摇绝缘
1引言
随着设备运行年限变长，发生直流接地故障的概率越大。分析直流接地故障主要原因，包括二次回路电缆或接头在安装时就存在磨伤或扭伤等缺陷、更容易老化、二次回路受到严重受潮或污染、蓄电池漏液、小动物爬入或金属零件掉落到带电部分以及某些元件绝缘降低等。本文对直流接地故障的危害及其查找方法进行了深入研究。
2直流接地故障种类
2.1直接金属接地故障
直接金属接地指的是直流电源的正负极直接与地接触，导致正极或负极电源对地电阻变为0，电位明显偏移。此时若出现两点同时金属接地，则可能导致保护误动或拒动，以及空开跳闸等风险。
2.2间接非金属接地故障
间接非金属接地故障指的是直流电源的正负极对地绝缘电阻降低到某允许值。此类间接非金属接地故障造成的危害则需要看具体的情况，其与接地故障位置以及保护装置继电器灵敏度相关。
2.3绝缘降低
绝缘降低是指二次电缆或电力设备对地的绝缘电阻值低于标准值，导致直流系统对地绝缘总体上低于允许值。其主要原因包括：第一，二次电缆绝缘层老化，或在施工过程中由于施工工艺不佳而导致二次电缆绝缘层遭受损伤；第二，二是电缆或电力设备使用的绝缘材料质量不达标，导致在使用年限内绝缘加速降低；第三，设备处于长期高温潮湿环境，导致绝缘下降超过正常水平。
3直流系统接地故障的危害
不同直流系统接地故障所造成的危害不一样，本文对直流系统一点接地以及多点接地的情况分别进行分析。
3.1直流系统一点接地故障
当直流系统出现一点接地故障，若不存在短路电流，则对设备的正常运行影响不大。此时直流电压会有一些偏移，但可短时间继续运行，同时必须立即查出准确的接地故障点，并将缺陷消除，防止一点接地故障发展为多点接地故障。
3.2两点正接地
两点正接地可能导致断路器误跳。以图1为例，若A、B两点同时出现直接金属性接地，则直接导通的断路器的跳闸回路，使断路器误跳闸。
图1直流系统接地故障示意图
3.3两点负接地
两点负接地可能导致断路器拒跳。以图1为例，若B、C两点同时出现直接金属性接地，则相当于BC两点直接短接，跳闸线圈两端电压恒为0，保护装置发出跳闸命令后断路器会拒跳。
3.4两点正负极接地
若出现正极和负极同时接地，如图一中A、C两点接地，即出现直流系统的正电源和负电源短路，将导致直流电源空开跳闸，整个直流回路失电。
综合上文所述，直流系统若从一点接地故障发展为多点接地故障，将影响到保护设备的正常运行。因此一旦出现直流接地故障，则需立即查找并排除故障。
4直流接地故障查找方法
为了能够及时发现直流接地故障，变电站内一般配置了直流绝缘在线监测仪。根据运行经验，直流系统接地故障查找流程一般如下。当出现直流接地故障时，在线监测仪将发出告警信号，并对故障支路进行选线。初步确定故障支路后，通过拉路法迅速定位接地支路。在查找过程中，可利用万用表或手持直流接地故障查找仪进行辅助测量。
4.1绝缘在线监测
绝缘在线监测仪原理如图2所示，支路正负两根电缆穿过小互感器，交流小信号流过负载，正负电缆上交流小信号的幅值相等而方向相反，则互感器上没有感应电动势。若直流支路出现接地故障时，交流小信号从接地电阻处分流，流进互感器的交流信号不等于流出互感器的交流信号，互感器感应出电动势，则判断该支路绝缘异常，上报该支路直流接地。
图2绝缘在线监测仪原理图
4.2拉路法
当初步确认直流接地支路时，通过拉路法进一步确定具体接地故障位置。若将某路空开断开后，直流系统对地电压恢复正常，同时绝缘在线监测仪告警消失，则确定直流接地故障点就在该空气开关下级的直流回路中。该方法比较迅速、可靠的，但其需将相关的直流回路断电。而很多直流供电的回路为重要回路，断电不利于设备安全运行，即使是短时断电也需慎重。所以在采取拉路法进行直流接地故障查找过程中，应注意以下几点事项：
第一，查找接地故障时，拉路断电的时间不宜过长，断电前经需调度许可，通常在3秒左右；
第二，采用拉路法时，须至少两人协作开展，一人断电操作，另一人观察绝缘监测装置的指示以及信号变化；
第三，在使用拉路法之前，需采取必要的措施防止直流失电导致保护装置误动。
第四，拉路断电前，使用万用表测量直流系统正极和负极的对地电压，判断接地故障是正极接地还是负极接地，使得查找范围尽量缩小。
第五，若此时变电站内仍有与二次回路有关的工作，应立即停止，重点排查。
第六，科学安排好断电的顺序，一般先断开信号直流电源空开，后断开操作直流电源空开；先断开室外直流电源空开，后断开室内直流电源空开的原则。
4.3直流接地查找仪
由于拉路法需断开直流电源，其过程对保护装置的正常运行具有一定的影响，所以在有直流接地查找仪的情况下，通常先利用直流接地查找仪尽量精确定位到接地故障点，缩小断电范围。
直流接地查找仪可在不断电的情况下査找接地点，它由信号发生器与故障检测器组成，其工作原理如图3所示。由信号发生器在直流母线上注入低频交流检测信号，该信号对直流系统正常供电没有影响，且适宜接地查找仪检测。通过专用钳表，在负荷端检测各直流支路对地的信号漏电流。若该支路存在接地故障，则可在故障支路检测到相应的信号电流，而绝缘正常的直流支路则不会有信号电流。直流系统中的空气开关为分层分级配置，利用直流接地查找仪，可在不断电的前提下查到最底层，从而尽量缩小了拉路法断电的范围。
图3直流接地查找仪工作原理图
4.4摇绝缘
直流接地故障定位到某空开后，通过解开二次电缆芯，层层分解排除，可将接地故障点确定在某一段简单回路中，即接地故障点就限定在几根二次电缆。用绝缘摇表对每一根二次电缆摇绝缘，即可发现接地点。
5总结
根据直流接地故障处理经验可知，接地故障的原因多为电缆或继电器的绝缘部分破坏，在潮湿天气下发展为直流接地故障。因此运维人员需采取针对性措施，以维护二次设备的安全稳定运行。在变电站施工、设备安装阶段中做好质量监控，保证设备安装水平，重视二次回路绝缘验收，施工质量不达标则必须整改。采购及验收过程中，应杜绝不合格产品应用在直流系统中。运行人员巡视过程中重点关注线缆、接线盒等部位的密封性，杜绝雨水或小动物进入。在雨季适当缩短检查周期，发现隐患时及时处理。接地故障排查过程中需规范排查流程，重点检查绝缘状态较差的回路。
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