國網(wǎng)浙江省電力有限公司紹興供電公司的祝石厚、張敏在2025年第7期《電氣技術(shù)》上撰文介紹了一起500 kV變電站直流系統(tǒng)異極竄電故障的分析過程。為了深入探討這類特殊直流絕緣故障，根據(jù)直流絕緣監(jiān)測儀的平衡橋原理，建立直流異極竄電電路模型，給出互竄短接電阻的求取過程。通過計(jì)算并分析直流異極竄電時(shí)控制母線電壓與短接電阻的關(guān)系，歸納直流異極竄電的特征，以期為處理類似直流系統(tǒng)故障提供參考。

　　變電站直流系統(tǒng)由充電裝置、蓄電池組、饋電網(wǎng)絡(luò)等組成，為站內(nèi)保護(hù)測控裝置、信號回路、控制回路、通信裝置等提供穩(wěn)定可靠的電能。直流系統(tǒng)的可靠運(yùn)行直接關(guān)系著整個(gè)變電站甚至區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。接地故障是直流系統(tǒng)最常見的故障，關(guān)于變電站直流接地故障分析與處理的研究較多。

　　直流系統(tǒng)竄電是一種特殊的直流絕緣異?，F(xiàn)象，兩套直流系統(tǒng)之間的竄電故障有4種：正-正極互竄、負(fù)-負(fù)極互竄、正-負(fù)極互竄、負(fù)-正極互竄。關(guān)于直流互竄故障的研究相對較少。有文獻(xiàn)指出，采用拉路法難以查找變電站內(nèi)由于接線錯(cuò)誤引起的直流互竄故障，在絕緣監(jiān)測裝置不具備直流互竄檢測功能時(shí)，借助直流接地快速查找儀可快速定位直流系統(tǒng)竄電故障點(diǎn)，但未建立電路模型。有文獻(xiàn)建立了直流異極竄電電路模型，但未依據(jù)模型進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。有文獻(xiàn)建立了直流異極竄電電路模型，但忽略了蓄電池組和直流充電機(jī)的工藝差異對兩套直流系統(tǒng)互相竄電的影響，在給出試驗(yàn)短接電阻的情況下進(jìn)行直流異極竄電模擬計(jì)算。有文獻(xiàn)分析了兩起直流互kaiyun體育全站 Kaiyun登錄網(wǎng)頁竄現(xiàn)象，并依據(jù)竄電模型進(jìn)行實(shí)際推算，但在進(jìn)行直流異極竄電計(jì)算時(shí)，文中直接給出短接電阻，未介紹短接電阻的求取過程。

　　本文針對一起500 kV變電站直流系統(tǒng)異極竄電故障，詳細(xì)介紹故障查找、分析及處理過程，建立異極竄電電路模型進(jìn)行計(jì)算，并給出短接電阻的求取思路與計(jì)算公式，歸納直流異極竄電的特征。

　　某500 kV變電站直流系統(tǒng)為三充兩蓄雙母接線，兩段母線獨(dú)立運(yùn)行，均配置絕緣監(jiān)測儀，用于監(jiān)測母線電壓及對地絕緣，直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓為110 V。

　　2024年8月某日，該變電站以正常方式運(yùn)行，站內(nèi)無人工作。傍晚出現(xiàn)暴雨天氣，變電站后臺報(bào)“直流絕緣異?！毙盘?，現(xiàn)場直流絕緣監(jiān)測儀告警信息見表1。直流絕緣監(jiān)測儀“絕緣報(bào)警”燈、“支路報(bào)警”燈亮，顯示選線 kV測控屏直流Ⅰ、Ⅱ段。直流Ⅰ段絕緣巡檢儀126支路對地電阻6.1 kW，直流Ⅱ段絕緣巡檢儀126支路對地電阻4.8 kW。

　　運(yùn)維人員使用萬用表對直流Ⅰ段、直流Ⅱ段母線電壓進(jìn)行測量，測量電壓與表1接近。

　　根據(jù)絕緣監(jiān)測儀報(bào)出的4號主變220 kV測控屏直流Ⅰ、Ⅱ段有接地支路，進(jìn)一步查找該屏內(nèi)對應(yīng)支路。4號主變220 kV測控屏共有3路直流空氣開關(guān)：①斷路器控制電源1空氣開關(guān)，使用直流Ⅰ段；②斷路器控制電源2空氣開關(guān)，使用直流Ⅱ段；③測控裝置及遙信直流電源空氣開關(guān)，使用直流Ⅱ段。

　　對4號主變220 kV斷路器控制電源1、2進(jìn)行試?yán)?。先拉開4號主變220 kV控制電源1空氣開關(guān)，現(xiàn)場絕緣監(jiān)測儀不再報(bào)警，4號主變220 kV測控屏直流Ⅱ段端子排測量電壓恢復(fù)正常，確認(rèn)4號主變220 kV間隔存在直流異常。

　　封鎖4號主變220 kV間隔自動(dòng)化數(shù)據(jù)，拉開4號主變220 kV測控遙信電源及裝置電源，絕緣異?，F(xiàn)象未消失。

　　閉合控制電源2空氣開關(guān)，再次拉開斷路器控制電源1空氣開關(guān)，并在斷路器機(jī)構(gòu)箱對兩段直流電源電壓進(jìn)行測量?？刂齐娫?直流電壓數(shù)據(jù)正常，但控制電源1正極對地電壓為0，負(fù)極對地電壓為+52 V。判斷直流Ⅰ段負(fù)極對地電壓來自直流Ⅱ段的竄電故障。

　　直流Ⅰ段與直流Ⅱ段竄電，必定通過同時(shí)接直流Ⅰ段與直流Ⅱ段的繼電器或電纜產(chǎn)生。當(dāng)繼電器輔助觸點(diǎn)之間絕緣不良或電纜絕緣不良時(shí)，就會(huì)發(fā)生直流Ⅰ段與直流Ⅱ段竄電故障。

　　查閱4號主變220 kV斷路器控制回路，斷路器合閘和分閘1回路如圖1所示，斷路器分閘2回路如圖2所示。初步判斷有2個(gè)可疑元件可能導(dǎo)致竄電：①SF6壓力閉鎖重動(dòng)繼電器K13，該重動(dòng)繼電器的輔助觸點(diǎn)同時(shí)接入直流Ⅰ段與直流Ⅱ段；②SF6表計(jì)接線，其輔助觸點(diǎn)通過電纜同時(shí)接入直流Ⅰ段與直流Ⅱ段。

　　首先將重動(dòng)繼電器K13絕緣故障引起直流竄電排除。原因?yàn)椋孩倮^電器K13安裝于斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，雖然現(xiàn)場為雷雨天氣，但斷路器機(jī)構(gòu)箱無進(jìn)水，K13繼電器無受潮現(xiàn)象；②圖1的合閘回路中，斷路器在合位，斷路器輔助觸頭S01的9、10斷開，合閘回路不通，不可能通過K13的常閉輔助觸點(diǎn)32、31出現(xiàn)“控制電源1-”竄電+52 V。因此，戶外設(shè)備進(jìn)水引起竄電的可能性較大，重點(diǎn)懷疑SF6表計(jì)接線受潮短接。

　　查閱GL314型斷路器控制及信號回路，該斷路器SF6表計(jì)B11有3副觸點(diǎn)：第一副觸點(diǎn)（1、2）低于0.61 MPa時(shí)報(bào)“SF6壓力低閉鎖”信號，同時(shí)經(jīng)繼電器重動(dòng)后閉鎖斷路器分、合閘，使用直流電源Ⅰ段，如圖1所示；第二副觸點(diǎn)（3、4）低于0.61 MPa時(shí)報(bào)“SF6壓力低閉鎖”信號，同時(shí)經(jīng)重動(dòng)后閉鎖斷路器分閘，使用直流電源Ⅱ段，如圖2所示；第三副觸點(diǎn)（5、6）用于SF6壓力低于0.64 MPa時(shí)報(bào)“SF6壓力低告警”信號，遙信電源使用直流電源Ⅱ段。這3副觸點(diǎn)由同一根6芯電纜引入斷路器機(jī)構(gòu)箱，當(dāng)該電纜絕緣故障或SF6表計(jì)接線盒進(jìn)水時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致竄電現(xiàn)象。

　　使用螺絲刀解開斷路器機(jī)構(gòu)箱中B、C相SF6表計(jì)接線），用萬用表測量“控制電源1-”X01:15仍有+52 V電壓。當(dāng)解開圖1中A相SF6輔助觸點(diǎn)B11的X02:02時(shí)，“控制電源1-”X01:15的+52 V對地電壓消失，因此確認(rèn)A相SF6表計(jì)閉Kaiyun平臺 開云體育官方入口鎖觸點(diǎn)回路絕緣不良。

　　控制電源2空氣開關(guān)閉合，拉開控制電源1空氣開關(guān)，在機(jī)構(gòu)箱解開A相3副SF6表計(jì)輔助觸點(diǎn)，使用絕緣兆歐表測量SF6表計(jì)觸點(diǎn)對地絕緣，絕緣電阻均在10 MW以上。控制電源1空氣開關(guān)閉合，拉開控制電源2空氣開關(guān)，在機(jī)構(gòu)箱解開A相3副SF6表計(jì)輔助觸點(diǎn)，使用絕緣兆歐表測量SF6表計(jì)觸點(diǎn)對地?fù)u絕緣，絕緣電阻均在10 MW以上。SF6表計(jì)輔助觸點(diǎn)對地絕緣良好，因此判斷并未發(fā)生直流接地，直流異常的原因?yàn)橹绷鳍蚨握龢O與直流Ⅰ段負(fù)極通過一個(gè)短接電阻短接，即直流Ⅱ段正極與直流Ⅰ段負(fù)極竄電。

　　布置在戶外的SF6表計(jì)接線所示。接線盒內(nèi)部接線十分緊湊，在密封材料老化、密封不良的情況下，小水珠或水汽極易導(dǎo)致B11的接線短接，從而導(dǎo)致直流竄電。

　　由于帶電更換SF6表計(jì)風(fēng)險(xiǎn)較大，使用熱吹風(fēng)機(jī)烘干4號主變220 kV斷路器A相SF6表計(jì)接線盒，并使用絕緣膠布進(jìn)行包扎，外部防雨罩使用保鮮膜材料進(jìn)行臨時(shí)防雨密封，如圖4所示。2024年12月停電期間，更換4號主變?nèi)?20 kV斷路器SF6表計(jì)及外引線表計(jì)臨時(shí)防雨措施

　　根據(jù)本次直流Ⅰ段負(fù)極與直流Ⅱ段正極竄電現(xiàn)象與絕緣監(jiān)測原理，得到直流異極竄電等效電路模型如圖5所示，其中R為未知的短接電阻，RS為絕緣監(jiān)測裝置的平衡橋內(nèi)阻，出廠時(shí)確定，約為68 kW。本文所述直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓均為110 V。

　　化簡圖5，得到簡化后的等效電路模型如圖6（a）所示，根據(jù)電路的三角變換得到圖6（b）所示等效電路，其中R1、R2、R3的計(jì)算公式如式（1）和式（2）所示。

　　根據(jù)第2節(jié)故障分析過程，SF6表計(jì)B11的接線的線的線圈電阻即為短接電阻R。

　　下面分析短接電阻R對控制母線電壓的影響。此時(shí)，忽略充電機(jī)、蓄電池組與負(fù)荷不平衡性的影響，假設(shè)U1=U2=110 V，取RS=68 kW，將短接電阻R作為變量，根據(jù)式（1）～式（4）計(jì)算互竄時(shí)控制母線電壓數(shù)值與短接電阻的關(guān)系，見表3。由表3可知，直流異極互竄時(shí)控制母線電壓相對標(biāo)稱電壓的偏移量主要取決于短接電阻R與平衡電阻Rs的比值：短接電阻為0，相當(dāng)于金屬性短路，Ⅰ段負(fù)極與Ⅱ段正極電壓均為0；短接電阻無窮大時(shí)，相當(dāng)于兩套系統(tǒng)正常分列運(yùn)行。

　　有雙路直流電源接入的設(shè)備發(fā)生絕緣故障時(shí)，均可能出現(xiàn)直流竄電現(xiàn)象，500 kV變電站內(nèi)戶外斷路器SF6表計(jì)控制與遙信回路是發(fā)生直流互竄故障概率最高的電氣回路。因此，在日常運(yùn)檢巡視過程中，應(yīng)加強(qiáng)對SF6表計(jì)防潮性能的檢查，在SF6表計(jì)上方加裝防雨罩，還應(yīng)對表計(jì)航空插頭采取保護(hù)措施，避免因長期日曬引起表計(jì)航空插頭材料老化而產(chǎn)生密封不良現(xiàn)象，此外，表計(jì)外引線纜波紋管最下端應(yīng)加裝滴水孔，以防積水。

　　本工作成果發(fā)表在2025年第7期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“一起500 kV變電站直流系統(tǒng)異極竄電故障分析與模型推算 ”，作者為祝石厚、張敏。