一起直流一点接地误跳500kV线路原因分析

　　直流接地对继电保护及二次回路的正常工作威胁很大，由于直流系统正、负极对地分布电容的存在，直流系统一点接地，同样可能导致开关误跳闸。2009 年9 月25 日某500kV 变电站在处理直流一点接地时发生了误跳一条500 kV 线路的事故。长期以来，在寻找直流一点接地问题时，要做到安全、准确、快捷并非易事。此类问题一直困扰着运行值班人员，甚至一些有经验的继电保护人员也视为畏途。

　　1 事故过程

　　2009 年9 月25 日14 ∶ 20 某500kV 变电站警铃响，主控室“110V 绝缘检测报警”、“110V 直流故障”光字牌亮。现场检查发现： II 段母线正电源为+ 0. 4V，负电源为－ 115V; I 段母线正电源为+ 60V ～ +85V，负电源为－ 27V ～ － 50V 之间。可判断110V 直流II 段母线正接地，直流I 段绝缘电阻下降，母线电压波动。

　　运行人员立即汇报华东网调并开始对110V 直流II 段直流接地进行查找。初步拉路查找没有发现异常。考虑到线路保护拉路检查需要配合，于是先拉直流附属设备。对蓄电池、硅整流进行拉路检查，为了防止拉开蓄电池时硅整流跳闸会造成110V 直流Ⅱ段母线失压，运行人员决定将直流I、II 段并列，然后再拉开II 段蓄电池。17∶ 28 进行110V 直流I、II 段并列操作。17∶ 28 警铃、喇叭响： 500kVΧΧ5Χ04 线5041、5042 开关跳闸，光字牌如下： “5041 开关重合闸闭锁”、“RG41 失灵短线装置异常”、“500kVΧΧ5Χ04 线短线保护动作”。现场检查发现500kVΧΧ5Χ04 线RCS － 901D 方向高频和SEL － 321 高频距离两套主保护均无跳闸信息， 500kV 故障录波器无故障录波信息，500kVΧΧ5Χ04 线路无故障，其所属5041 及5042 开关均为无故障跳闸。在500kVΧΧ5Χ04 线5041 开关保护屏上，第一套短线保护跳闸信号继电器掉牌。运行人员立即处理事故，恢复500kVΧΧ5Χ04 线路运行。查找接地暂停。18∶ 02 恢复500kVΧΧ5Χ04 线路运行后，经华东网调许可，继续查找直流接地点。次日02∶ 38 分查出50532 闸刀机构箱内电缆芯线接地，并消除直流接地缺陷。

　　2 事故分析

　　500kV 短线保护是在一个半开关主接线方式下，当出线停运、出线闸刀断开时，为保持其可靠性而允许其二个开关合环运行，此时为保护开关至出线闸刀之间可能发生的故障，特装设（ 主变） 线路短线保护。短线保护是随着出线闸刀的辅助接点而自动切换的，在线路运行时自动退出。为了防止闸刀的辅助接点切换不正常而导致在线路运行时误投入，现场又加了一道隔离插把（ 见图1） 。所以正常运行时应该不会出口跳线路的。某500kV 变电站500kVΧΧ5Χ04 线路的短线保护跳闸中间继电器型号是RXMS1，瑞士ABB 公司制造。继电器动作值校验为74V（ 直流电源电压的55 ～ 110V 范围内动作） ，返回值为43V，该继电器经检查无异常。

　　当某500kV 变电站直流110V 母线I 段、II 段并列运行时，因为110V 直流II 段母线正极接地，I、II 段直流母线之间存在较大的电压差，直流I 段母线电压出现瞬时波动，从而造成500kVΧΧ5Χ04线5041 与5042 开关第一套短线保护跳闸中间继电器误动作，致使500kVΧΧ5Χ04 线5041 及5042开关跳闸。整个过程可以用图1 来说明： 上半部分是短线保护中间继电器接线图，其中有线路闸刀的辅助接点、隔离插把（ 压板） 、电缆间的绝缘电阻R、出口中间继电器与保护跳闸信号继电器；中间是直流I、II 母线并列刀闸； 下部是直流接地处的接线图。

　　在14 时20 分II 母直流正电源（ 01 点） 发生接地后，运行人员进行直流接地查找。先后查找了控制回路、保护回路后，怀疑蓄电池有接地。

　　根据规程规定，110V 直流母线不得脱离蓄电池组单独只带整流设备运行，以免整流设备突然跳闸而造成直流母线失电。于是先将110V 直流I、II 段电源并列，再准备拉开第二组蓄电池，此时500kVΧΧ5Χ04 第一套短线保护“保护出口中间继电器”由于并接时电位差较大造成充放电的电容效应，致使出口继电器动作。

　　2. 1 故障模拟

　　10 月12 日根据领导批示，运行人员向华东网调申请： 将5041 开关由运行改冷备用，5041开关保护； 重合闸、失灵保护停用（ 500kVΧΧ5Χ04 线第一套短线保护在5041 开关保护屏） ，对500kVΧΧ5Χ04 线第一套短线保护进行检查。先将500kV 直流电源屏上的5041 断路器保护屏电源开关拉开，5041 断路器保护屏上的直流电源空气开关拉开，失灵保护装置电源开关拉开，第一套短线保护的逆变电源拔出。又将第一套短线保护的掉牌信号继电器和跳闸中间继电器的外回路断开后，用500V 摇表对其动作线圈及屏内配线进行对地绝缘测量，发现绝缘瞬时到零，约1s 左右绝缘电阻恢复到6 MΩ ～ 7 MΩ。

　　将第一套短线保护跳闸中间继电器的负电源端与重合闸中间继电器的负电源端断开后，绝缘电阻为2 MΩ 以上。再将重合闸中间继电器的负电源端与失灵跳闸中间继电器的负电源端断开后，第一套短线保护跳闸中间继电器与重合闸中间继电器的绝缘电阻恢复正常，同时发现失灵跳闸中间继电器的负电源端存在电位，用万用表测量后发现有20. 7V 的电压，经5s ～ 6s 后衰减到零。继电保护人员将“保护出口中间继电器”解下后用摇表加压检测，结果正常，对其二次线用摇表加压检测后正常。

　　但将“保护出口中间继电器”与屏内二次线联在一起后用摇表加压检测发现，在最初起表的瞬间，绝缘下降到零值，当摇表达到稳定转速时绝缘又恢复正常。这说明“保护出口中间继电器”与屏内二次线组合在一起时，由于保护电缆长，线间电容大，在受到冲击时在绝缘电阻处产生电容效应而瞬时动作，造成500kVΧΧ5Χ04 线无故障跳闸。这个结果印证了笔者的判断。至此，9月25 日500kVΧΧ5Χ04 线路误跳的原因已基本查清。

　　2. 2 故障分析

　　图2 所示： 直流巡检仪上R1、R2、R +、R － 组成一个电桥，在a、b 二点之间接入继电器KXJ。当任一极绝缘降低时，电桥失去平衡，KXJ 动作，发直流接地信号。C1、C2主要是直流系统所接电缆正、负对地电容以及各静态型继电保护装置的抗干扰对地电容之和，这时的绝缘电阻就可以看成一个电容。

　　综合上述检查信息，初步分析认为： 由于50532 闸刀机构箱内电缆芯线接地，造成110V 直流Ⅱ段母线发生正接地，在拉路检查过程中当将I 段母线与直流II 段母线并列时，直流I 段母线引发电容效应而引起电压波动幅度过大造成5041、5042 断路器第一套短线保护跳闸中间继电器误动作，致使5041、5042 断路器无故障跳闸。

　　2. 3 事故隐患

　　（ 1） 直流母线电源电压异常波动。

　　该变电站两段直流母线利用间断切换的方式共用一套绝缘巡检装置，该装置切换周期约5s，直流母线电源电压波动范围正极为54V ～ 76V，负极为－ 39V ～ － 55V。将该装置解除后正、负极电源电压没有波动（ 正极电压稳定为66V，负极稳定为－ 50V） ，且经专用仪器检测后直流系统绝缘良好，直流系统已不存在其它的直流接地点，正负极对地接地电阻均在2MΩ 以上。

　　（ 2） 从对短线保护装置检查情况来看， 5041、5042 断路器短线保护出口中间继电器支路存在较大的电容，实测约为1μF（ 包括继电器两侧对地的分布电容） 。

　　（ 3） 50532 闸刀机构箱内二次电缆绝缘破损造成直流II 母线正极接地，导致Ⅱ段母线负极电压变为－ 116V，I 段母线负极电压由于绝缘巡检装置不停切换的原因在－ 27V ～ － 50V 的范围内波动。由于在检查接地点过程中怀疑是I 母蓄电池组的问题，需要将Ⅱ母蓄电池组解除，当将Ⅱ段母线并列至I 段母线瞬间，I 段母线负极电压变为－ 116V，而中间继电器左侧暂态电压由于电容效应不能突变，仍在－27V ～ － 50V 的范围内波动，导致中间继电器两端暂态电压差达到66V ～ 89V，造成短线保护中间继电器极有可能在其74V 动作电压下动作断路器跳闸，且动作概率至少达到了65. 2%。

　　2. 4 故障对策

　　（ 1） 二次回路干扰问题仍未根本解决，检查中发现5041 开关保护柜中第一套短线保护的掉牌信号继电器和跳闸中间继电器、失灵跳闸中间继电器和启动重合闸中间继电器的回路中存在较严重的充放电现象，对保护装置的正常运行构成极大威胁，保护生产厂家应重视屏柜内二次线走线布置抗干扰问题的研究，并在实际应用中加以改正； 同时该保护回路设计中将信号继电器直接与跳闸继电器并联，不符合保护应用技术原则，应由跳闸中间继电器接点启动信号继电器。

　　（ 2） 该变电站两段直流母线采用一套绝缘巡检装置，配置不合理，运行中应加强巡视，严格注意直流母线电压变化情况。一段母线的绝缘检测在线设备只允许一个平衡桥接地测量点； 两段母线并列运行时，不允许多台绝缘检测装置同时工作。

　　（ 3） 在直流电源系统存在绝缘接地故障（ 包括绝缘电阻及正负极对地电压差不满足要求） 情况下，严禁母线并联操作。

　　（ 4） 在无法快速判别接地故障点时，应采用便携式绝缘检测设备进行探查。在故障排查时禁止盲目使用拉路法。

　　3 事故经验教训

　　3. 1 某500kV 变电站为八十年代建成的老站，其直流系统设备老化严重，直流巡检仪不能正常工作，当发生直流接地时不能给出接地的支路号，拉路查找存在极大盲目性。

　　3. 2 直流系统的整体绝缘水平差，绝缘电阻值只有3kΩ、直流Ⅰ段绝缘电阻下降，母线电压波动（ 正电源为+ 60V ～ + 85V，负电源为－ 27V ～ － 50V 之间） 。

　　3. 3 在运行操作上有不足，具体的表现在没有认真领会直流系统并列原则：

　　（ 1） 电压相等、不超过5%;

　　（ 2） 系统绝缘良好；

　　（ 3） 没有接地现象，特别不得有二点接地。就本次线路跳闸而言，当时110V 直流Ⅰ、Ⅱ 段电压不平衡，直流系统Ⅱ段一点接地、直流Ⅰ段绝缘电阻下降，母线电压波动电压。显然此时不宜并列，直流并列操作时诱发了电容效应。

　　4 事故处理措施

　　在基本危险点预控措施中提醒现场工作人员，改变直流一点接地危害性不大的观念，充分认识到负极一点接地的危险性。必要时考虑有关工具绝缘处理或配置必要的绝缘工具（ 如绝缘螺丝刀） 等，进一步减少工作中接地的可能性。对广大运行人员，在实际操作、日常运行维护中，要严防直流接地情况的发生，尤其是在使用万用表测量出口压板两端电压时，万用表量程位置正确，并切实避免测量过程中误碰等情况出现。

　　4. 1 该短线保护回路设计中将信号继电器直接与跳闸继电器并联，不符合保护应用技术原则，应由跳闸中间继电器接点启动信号继电器。

　　4. 2 保护生产厂家应重视屏柜内二次线走线布置抗干扰问题的研究，并在实际应用中加以改正； 运行单位要结合某500kV 技改工程淘汰其110V 直流老系统，缩短二次电缆长度以减少保护电缆线间电容。

　　4. 3 在某500kV 技改工程过渡时期制定《500kV 某变电站改造过渡时期直流接地查找预案》并加以演练，以保证一旦发生直流接地能有序查找、消除。

　　4. 4 各套保护装置出口继电器应选用大功率继电器以避免直流正接地时误起动跳闸。

　　4. 5 直流系统并列操作时应满足以下条件方可进行： （ 1） 电压相等、不超过5%; （ 2） 系统绝缘良好；（ 3） 没有接地现象，特别不得有二点接地。

　　4. 6 拉路前必须预先定好安全措施，以防止在投、合直流开关时引起保护误动作。

　　5 小结

　　变电站的直流系统和交流系统一样也有接地、短路故障的发生，它同样受天气、一次系统接地故障产生过电压的影响。有直接遭遇雷击的绝缘击穿，还有自然老化产生的绝缘降低问题。总之变电站的直流系统是经常有直流接地和短路发生，尤其是投运年头长的变电站，在雷雨季节其故障频率还会更高。直流回路中电容自放电引起出口中间继电器误动的情况在大型变电站显得较为突出。直流系统的对地分布电容情况是直流系统越大，回路越复杂，所接设备越多，系统呈现的对地分布电容越大； 变电站投运时间越长，分布电容越大； 静态型保护装置越多，分布电容也越大。要按《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》指导现场技术反措及相关二次设备的设计、制造，从源头上加以防范。