直流系統是為電力設備提供直流電源的電源設備。當外部交流電發生中斷時，直流系統中的蓄電池作為后備電源，保證繼續提供直流電源。

目前，國內外關于直流系統絕緣下降的實例研究較少，所以有必要對變電所現場直流系統絕緣下降的實例進行分析。

1直流系統接地故障的原因探究

由于變電站直流系統易受氣侯、環境、設備自身等因素影響，使得一些絕緣薄弱元件的絕緣性能下降，不可避免發生直流系統接地故障，其原因有如下：直流接地易受環境因素影響；控制電纜線損壞及二次回路電纜老化、絕緣性能低；蓄電池級柱漏液造成絕緣下降；設備安裝不合理，如電纜有接頭，交、直流共用一根電纜的現象，造成絕緣下降；因工作人員疏忽造成的接地。

2 直流系統絕緣檢測方法

2.1平衡電橋法

平衡電橋法檢測優點是檢測速度快，能實時檢測正、負母線對地電壓；缺點是檢測相對誤差大，且不能檢測正、負母線絕緣同時等同下降的情況。

2.2不平衡電橋法（略）

不平衡電橋法檢測原理（見下圖1）。不平衡電橋法優點是檢測精度高，且能實時檢測正、負母線絕緣同時等同下降的情況；缺點是受接地電容影響大，監測速度慢。

圖1

3 實例分析

某220kV變電所在運行過程中，發生直流母線電壓異常情況，現場直流系統絕緣巡檢裝置顯示：正負母線對地電壓平衡（U+=99.5V，U-=125.3V），正負母線對地絕緣電阻（R+=1.0K，R-=2.3K），低于系統對地絕緣下限為25K的要求。

3.1環網測試檢查

采用不平衡電橋法檢測此變電所直流系統I、II母線是否存在環路，以此推測直流系統是否因為存在環路導致直流系統絕緣水平下降，儀器檢測結果顯示系統無環路。通過模擬接地試驗，使II段正、負母線對地電壓偏移，但I段正、負母線對地電壓未發生變化，驗證了檢測儀測量結果的正確性。

3.2正常情況下的直流母線電壓

技術人員將一臺電壓監視器接入直流II段母線，連續監測絕緣故障發生時直流II段正-地、負-地，正-負電壓變化（見下圖2），通過電壓變化特性判斷絕緣產生的原因。

圖2

圖3、圖4為正常情況下直流母線正負極、正極對地、負極對地間電壓有效值趨勢圖。正常時直流母線正負極間電壓維持在224V左右；正極對地電壓則在105V~117V間上下變動并具有周期性；負極對地電壓則在107V~118V間上下變動并具有周期性。

圖3

圖4

3.3直流母線電壓異常現象

圖5為測試期間連續5天7小時（12日0：00至17日7：00）直流母線正負極間電壓、正極對地電壓以及負極電壓的變化趨勢。圖6、圖7分別為此段時間內正極對地電壓、負極對地電壓的變化趨勢。

圖5

圖6

圖7

圖8、圖9分別為單次直流母線電壓異常前后正極對地、負極對地電壓變化情況。

圖8

圖9

將I、II段直流母線并列運行，分別退出2#充電機全部充電模塊及蓄電池進行觀察，絕緣故障并未消失。因此可以排除充電模塊（整流濾波）、蓄電池對直流母線電壓異常帶來的影響。

將I、II段直流母線分列運行，監視母線對地電壓，觀察發現I段對地電壓比較穩定。II段母線電壓在直流系統絕緣下降時正對地和負對地電壓波動非常大，基本可確定為直流II段母線上的支路絕緣下降引起。

對II段母線正、負電壓進行監測，用絕緣監測儀查找II段直流母線各條支路，結果顯示，各支路電容量不平衡由多條支路絕緣不理想累加而成，導致直流母線電壓異常。

4結論

（1）測試期間每次電壓異常均為正極對地電壓降低，但電壓降低幅度不等；電壓異常現象的發生主要集中在中午。

（2）直流母線電壓異常前后正負極間電壓無明顯變化；正極對地電壓在異常發生時突然降低而后逐漸恢復，但電壓平穩后相對于異常前有微小下降。

（3）觀察記錄的波形圖，發現直流母線電壓異常后正極對地電壓有一個明顯的下降并逐漸恢復的過程。該電壓波形與電容短時擊穿時的波形較為相似。因此我們判斷絕緣故障產生時存在電容特性，確定直流母線電壓異常是由于支路電源濾波器引起的，它屬于容性負載。而采用該電源錄波器的保護裝置有6條支路。

5防范措施

• 嚴禁用小母線供電方式。
• 直流系統設計和施工過程中應確保設計回路可靠，無寄生回路存在。
• 新設備及改造設備驗收時，仔細核對圖紙接線的正確性；在整組試驗基礎上應獨立驗證各操作回路、信號回路及測控回路，保證各回路的獨立、清晰。
• 對于早期投運的變電所，可能存在交直流混合情況以及直流電源一、二段操作與控制直流混用的情況，應根據規程規定，使交、直流完全分開．操作和控制直流完全分開。

本文編自《電氣技術》，論文標題為“一起直流系統母線絕緣下降故障實例分析”，作者為董升、陳文通 等。