一起直流系统母线绝缘下降故障实例分析

国网金华供电公司变电检修室的研究人员董升、陈文通、郑晓东、刘松成、高寅，在2015年第3期《电气技术》杂志上撰文，直流系统发生接地时，会引起保护装置拒动或误动；文章探究了直流系统接地故障产生的原因及其带来的危害，并归纳了国内大部分变电所采用的直流系统绝缘检测方法。

结合某个220kV变电所一起直流系统绝缘下降事故，通过电压变化特性判断绝缘产生的原因，确认是由于直流II段母线上的支路绝缘下降所引起，且是主要由电容、电感等组成的电源录波器，导致直流母线正极对地电压下降。

直流系统是为电力设备提供直流电源的电源设备。当外部交流电发生中断时，直流系统中的蓄电池作为后备电源，保证继续提供直流电源。

目前，国内外关于直流系统绝缘下降的实例研究较少，所以有必要对变电所现场直流系统绝缘下降的实例进行分析。

1直流系统接地故障的原因探究

由于变电站直流系统易受气侯、环境、设备自身等因素影响，使得一些绝缘薄弱元件的绝缘性能下降，不可避免发生直流系统接地故障，其原因有如下：

（1）直流接地易受环境因素影响。（2）控制电缆线损坏及二次回路电缆老化、绝缘性能低。（3）蓄电池级柱漏液造成绝缘下降。（4）设备安装不合理，如电缆有接头，交、直流共用一根电缆现象，造成绝缘下降。（5）因工作人员疏忽造成的接地。

2 直流系统绝缘检测方法

2.1平衡电桥法

平衡电桥法检测优点是检测速度快，能实时检测正、负母线对地电压；缺点是检测相对误差大，且不能检测正、负母线绝缘同时等同下降的情况。

2.2不平衡电桥法

不平衡电桥法检测原理（见下图1）：正负母线电压超过投切电压时，通过绝缘主控盒主机内部控制软开关S1、S2的分合，形成不平衡桥。先正投切，断开S2，合上S1，测出此时正对地电压U1+，负对地电压U1-；再负投切，断开S1，合上S2，测出此时正对地电压U2+，负对地电压U2-。

不平衡电桥法优点是检测精度高，且能实时检测正、负母线绝缘同时等同下降的情况；缺点是受接地电容影响大，监测速度慢。

图1 不平衡电桥法检测原理图

3 实例分析

某220kV变电所在运行过程中，发生直流母线电压异常情况，现场直流系统绝缘巡检装置显示：正负母线对地电压平衡（U+=99.5V，U-=125.3V），正负母线对地绝缘电阻（R+=1.0K，R-=2.3K），低于系统对地绝缘下限为25K的要求。

3.1环网测试检查

采用不平衡电桥法检测此变电所直流系统I、II母线是否存在环路，以此推测直流系统是否因为存在环路导致直流系统绝缘水平下降，仪器检测结果显示系统无环路。通过模拟接地试验，使II段正、负母线对地电压偏移，但I段正、负母线对地电压未发生变化，验证了检测仪测量结果的正确性。

3.2正常情况下的直流母线电压

技术人员将一台电压监视器接入直流II段母线，连续监测绝缘故障发生时直流II段正-地、负-地，正-负电压变化（见下图2），通过电压变化特性判断绝缘产生的原因。

图2 正常情况下的直流母线正负极间电压

图3、图4为正常情况下直流母线正负极、正极对地、负极对地间电压有效值趋势图。正常时直流母线正负极间电压维持在224V左右；正极对地电压则在105V~117V间上下变动并具有周期性；负极对地电压则在107V~118V间上下变动并具有周期性。

图3 正常情况下的直流母线正极与地间电压

图4 正常情况下的直流母线负极与地间电压

3.3直流母线电压异常现象

图5为测试期间连续5天7小时（12日0：00至17日7：00）直流母线正负极间电压、正极对地电压以及负极电压的变化趋势。图6、图7分别为此段时间内正极对地电压、负极对地电压的变化趋势。

图5 直流母线电压电压变化趋势

图6 直流母线正极对地电压变化趋势

图7 直流母线负极对地电压变化趋势

图8、图9分别为单次直流母线电压异常前后正极对地、负极对地电压变化情况。

图8 直流母线电压异常前后正极对地电压

图9 直流母线电压异常前后负极对地电压

将I、II段直流母线并列运行，分别退出2#充电机全部充电模块及蓄电池进行观察，绝缘故障并未消失。因此可以排除充电模块（整流滤波）、蓄电池对直流母线电压异常带来的影响。

将I、II段直流母线分列运行，监视母线对地电压，观察发现I段对地电压比较稳定。II段母线电压在直流系统绝缘下降时正对地和负对地电压波动非常大，基本可确定为直流II段母线上的支路绝缘下降引起。

对II段母线正、负电压进行监测，用绝缘监测仪查找II段直流母线各条支路，结果显示，各支路电容量不平衡由多条支路绝缘不理想累加而成，导致直流母线电压异常。

4结论

（1）测试期间每次电压异常均为正极对地电压降低，但电压降低幅度不等；电压异常现象的发生主要集中在中午。

（2）直流母线电压异常前后正负极间电压无明显变化；正极对地电压在异常发生时突然降低而后逐渐恢复，但电压平稳后相对于异常前有微小下降。

（3）观察记录的波形图，发现直流母线电压异常后正极对地电压有一个明显的下降并逐渐恢复的过程。该电压波形与电容短时击穿时的波形较为相似。因此我们判断绝缘故障产生时存在电容特性，确定直流母线电压异常是由于支路电源滤波器引起的，它属于容性负载。而采用该电源录波器的保护装置有6条支路。

5 防范措施

1）严禁小母线供电方式；

2）直流系统设计和施工过程中应确保设计回路可靠，无寄生回路存在。

3）新设备及改造设备验收时，仔细核对图纸接线的正确性；在整组试验基础上应独立验证各操作回路、信号回路及测控回路，保证各回路的独立、清晰。

4）对于早期投运的变电所，可能存在交直流混合情况以及直流电源一、二段操作与控制直流混用的情况，应根据规程规定，使交、直流完全分开．操作和控制直流完全分开。