国网河南电力公司超高压公司王彬、王莉 等：某500kV变电站直流接地叠加多点窜电故障分析

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针对某500kV变电站直流接地叠加多点窜电典型故障，阐述直流系统多重复杂故障查找过程。国网河南电力公司超高压公司的王彬、王莉、李小春、王雷、张孝顺在2024年第8期《电气技术》上撰文，根据系统拓扑结构和绝缘监测原理，利用等效电路法和回路电流法对异极窜电进行建模分析，为直流系统缺陷分析提供理论参考。通过归纳直流系统接地、窜电隐患点的典型特征，为直流系统故障分析及运维检修供支撑。

作为变电站保护、控制、测量等二次设备的核心电源，直流系统的安全稳定运行是保障全站保护装置正确动作、控制系统完备可靠的重要支撑。安全高效地排除直流接地、窜电等故障对保障电力系统安全稳定运行至关重要。目前，关于直流接地、窜电等故障已有相关研究，但由于系统拓扑的差异性和工程现场的多变性，同类故障在不同工况下的现象复杂多变。本文针对一起500kV变电站直流接地叠加多点窜电的故障案例进行分析与总结，以期为直流系统运检验收提供参考。

1 故障概述

某500kV变电站直流系统为三充两蓄双母接线方式，如图1所示。两段母线独立运行，均配置绝缘监测主机，各保护小室配置绝缘监测从机，用于监测母线电压及对地绝缘，直流系统标称电压为220V。

图1 站用直流系统接线

夏季某日，站内两段母线绝缘监测装置均报正极接地，告警信息见表1。告警前站内连日阴雨，无其他工作。

表1 直流接地告警信息

2 故障查找

2.1 接地点查找

由表1可知，两段母线正极对地电压均下降至0，对地绝缘电阻低至0.21kW，初步判断系统正极接地，且两段母线间可能存在正极互窜。

根据监测装置支路选取信息：Ⅰ段系统选出5013断路器操作回路接地，Ⅱ段系统选出66kV中母东段母线间隔公用回路接地。查阅图纸发现，5013断路器操作回路有室外部分，连日阴雨可能导致回路绝缘性能降低；同时，66kV中母东段母线间隔公用回路中多个交换机由双电源供电，存在正极互窜的可能。

因此，先对5013断路器操作回路进行接地检查。拆除绝缘监测装置平衡桥接地点后，用直流接地查找仪以注入信号法查找接地点。经排查，定位接地点为5013第一套智能终端501367接地开关分位辅助触头。检查发现该触头老化锈蚀，受连日阴雨影响，锈蚀触头受潮接地。更换辅助触头后，直流系统绝缘恢复正常。

2.2 窜电点查找

结合两段母线正极接地同时告警、同时复归现象，考虑66kV中母东段母线间隔公用回路中多个交换机双电源供电的设计，判断两段母线间存在正极互窜可能。检查回路发现，66kV中母东段间隔PT智能柜内交换机双电源接入点两个正极和两个负极短接，即两段直流系统正极、负极同时互窜，如图2所示。

将66kV中母东段间隔PT智能柜交换机短接连片拆除，恢复两套绝缘监测装置平衡桥接地点后，装置显示两段母线电压和对地绝缘均出现异常，判断直流系统内仍存在缺陷，异常告警信息见表2。

图2 交换机双电源窜电原理

表2 直流系统异常告警信息

由表2可知，Ⅰ段母线电压负向偏移，Ⅱ段母线电压正向偏移。结合接地点恢复前后的电压变化进一步检查，仅拆除Ⅱ段平衡桥接地点，两段绝缘监测装置显示电压和对地绝缘均恢复正常；采用万用表实测Ⅰ段对地电压正常，Ⅱ段正极对地电压为351.2V，负极对地电压为117.6V，Ⅱ段系统电压正向偏移1个标称电压。

以同样方法仅拆除Ⅰ段平衡桥接地点，两段母线绝缘监测装置显示母线电压和对地绝缘正常，实测Ⅱ段母线电压正常，Ⅰ段正极电压为-121.4V，负极对地电压为-347.9V，此时Ⅰ段系统电压负向偏移1个标称电压。母线电压偏移情况见表3。

表3 母线电压偏移情况

由表3可知，当拆除Ⅰ段平衡桥接地点时，Ⅰ段电压负向偏移1个标称电压；当拆除Ⅱ段平衡桥接地点时，Ⅱ段电压正向偏移1个标称电压；当两平衡桥接地点同时存在时，Ⅰ段母线电压负向偏移，Ⅱ段母线电压正向偏移。

图3 智能终端异极窜电示意图

3 故障分析

3.1 绝缘监测原理

直流系统绝缘监测装置是用于监测直流系统绝缘电阻降低或接地，具有支路选线和报警功能的电子装置。绝缘监测示意图如图4所示。

图4 绝缘监测示意图

3.2 现象分析

图5 异极窜电原理

表4 元件参数

图6 异极窜电等效电路转换

图7 异极窜电简化电路

结合图7，可得回路电流方程为

式1-3

上述母线电压计算结果与表2中的故障数据对比见表5。

由表5可知，母线电压的计算结果与故障数据吻合。进一步分析，对于Ⅱ段平衡桥接地点拆除，Ⅰ段平衡桥接地时，两段系统的窜电连接情况：两个系统间不构成闭合回路，即Ⅰ段接地仅为Ⅱ段提供参考点，如图8所示，此时Ⅱ母负极和Ⅰ母正极等电位，故Ⅱ段系统电压正向偏移1个标称电压；绝缘监测装置以平衡桥电阻两端电压表征母线电压，参考点变化不影响电阻端电压，故绝缘监测装置显示电压正常，实测结果异常。

表5 母线电压计算结果与故障数据对比

图8 异极窜电Ⅰ段接地原理

同理，对于Ⅰ段平衡桥接地点拆除，Ⅱ段平衡桥接地时，Ⅰ段对地参考点变化，Ⅰ母实测电压负向偏移；平衡电阻端电压不变，故绝缘监测装置显示Ⅱ母电压正常。

综上所述，两段直流系统异极互窜时，两段平衡桥同时接地，装置显示系统电压一个正向偏移、一个负向偏移；当仅一段接地点拆除时，拆除接地点的系统实测电压偏移，若正向偏移则负极窜电，若负向偏移则正极窜电。

4 结论

针对某500kV变电站直流系统接地叠加多点窜电的案例，结合故障现象及分析结果，总结如下：

1）本案例涉及直流接地、同极窜电、异极窜电三种故障。在多重复杂故障下，故障现象混杂不易判断，宜从特征突出的故障入手，并结合回路设计和运行工况判断。

2）异极窜电时，两段电压出现对称性偏移，可通过拆除平衡桥接地点，并结合电压偏移方向判断窜电极，以便快速锁定窜电位置。

3）基建验收及日常运检巡视过程中，针对交换机、测控装置、监控系统通信电源等双电源供电装置，应着重检查电源回路的直流窜电情况；对箱体、柜体、罐体等密封设备做好封堵；外露仪器仪表宜加装防雨罩，线缆波纹管采取防潮、防水及防损伤等措施，避免施工阶段留下隐患。

本工作成果发表在2024年第8期《电气技术》，论文标题为“某500kV变电站直流接地叠加多点窜电故障分析”，作者为王彬、王莉、李小春、王雷、张孝顺。

中国电工技术学会

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