馮俊超　王旭　朱小超　王開冉

摘要：變電站直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地、短路或交流電串入直流回路故障時，將對繼電保護系統(tǒng)造成不利影響，嚴重時致使保護裝置出現(xiàn)一系列的誤動以及拒動現(xiàn)象，使變電站內部的一次設備失去保護。本文在研究的過程中主要對電力系統(tǒng)中的交流電串入直流電路中的現(xiàn)象進行分析，探討交流電串入直流回路故障對直流系統(tǒng)及控制回路繼電器的危害及故障的產生原因，防止類似的事件再次發(fā)生，最大程度的將繼電保護的可靠性發(fā)揮出來，保證電網安全可靠運行。

關鍵詞：直流系統(tǒng);接地故障;交流串成直流;保護裝置;繼電器

引言

在電力系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)是其重要的組成部分，為一些繼電保護、斷路器操作電源、自動化裝置、不停電交流系統(tǒng)（UPS）、控制以及信號回路提供穩(wěn)定的工作電源，但是直流系統(tǒng)電纜較為復雜的系統(tǒng)結構，并且支路較多，進而電力系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，例如發(fā)生系統(tǒng)接地或交流直接串入直流電路的問題。同時還會產生寄生電路，這些故障將對電力系統(tǒng)帶來嚴重的危害。

1.直流系統(tǒng)的配置概述

直流系統(tǒng)配置：直流電源按每單元機組分布設置為三組固定防酸式鉛酸蓄電池，其中一組的電壓為220V，其作用是增強電源的負荷以及提高直流事故照明負荷，另外兩組的電壓為110V，另外在每個機組單元內配置兩組伏蓄電池，用于控制、信號、保護自動化裝置。每臺機組單元配備兩個110V的電池，每組由53節(jié)電池組成。每機組單元：220V電池組，由107節(jié)電池組成，單路母線進行連接。在使用輻射連接時需要依據直流饋線原則，同時還需要在直流系統(tǒng)的負荷集中區(qū)域設立直流分屏。110V直流系統(tǒng)和220V直流系統(tǒng)的相同處是兩者都包含有配電母線以及充電母線，其中充電母線的功能是進行實驗測試和蓄電池充電。電池通過各自的直流保險絲直接連接到充電母線上，充電器與充電母線以及配電母線相連接就需要利用雙擲開關。充電母線在向配電母線進行供電時需要通過進線開關，而配電母線的兩端連接雙開開關，一般情況，會將母線進行獨立工作，110V直流系統(tǒng)的配置與圖1220V直流系統(tǒng)的配置相似。絕緣監(jiān)控裝置，對此裝置進行檢測時通過非平衡電橋原理。

2.直流系統(tǒng)故障分析

2.1故障概述

2016年1月10日，我國曾經發(fā)生過一起110kV某變電站故障跳閘，1號和2號變壓器非電量保護動作跳閘，而3號主變壓器非電量保護動作信號燈亮，工作人員在現(xiàn)場進行檢查測試時，1號、2號、3號主變壓器非電量保護裝置的信號燈亮，1號、2號主變壓器保護屏及操作箱跳閘燈亮，111、101、112、102開關跳閘，3號主變壓器非電量保護動作未出口跳閘，3臺主變壓器在差動保護以及后備保護均無動作信息和異常。如圖1所示.

2.2故障經過

變電站有3臺主變壓器，故障發(fā)生時，1號和2號主變壓器運行在110kv Ⅰ母線上，并各帶10kV一段母線運行，10kV 01斷路器聯(lián)絡運行;3號主變壓器在110kV Ⅱ母線上運行，單獨供10kV母線運行。故障導致1號和2號主變壓器非電量保護動作跳閘，切斷01斷路器聯(lián)絡的10kV兩段母線負荷，3號主變壓器非電量保護動作，斷路器未出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。相關工作人員在現(xiàn)場檢測時發(fā)現(xiàn)，3臺變壓器跳閘前非電量保護均接收到2ms的開入信號。由于開入信號持續(xù)時間非常短，非電量保護來不及出口跳閘，直至80ms后，1號、2號主變壓器非電量保護裝置接收到持續(xù)5ms的開人信號，導致繼電器持續(xù)抖動。3號主變壓器的有接點抖動，但其抖動時間較短，僅報出非電量保護動作信號，未出口跳閘。

2.3原因分析

通過分析，3臺主變壓器在同一時間內非電量保護動作，可以將其自身帶來的故障因素消除，這類故障的起因是發(fā)生直流接地現(xiàn)象。該變電站內的消弧線圈的控制屏在進行布置時，需要將其安置在1號變壓器和2號變壓器保護屏的相鄰位置。

若消弧線圈控制電路出現(xiàn)問題故障，將會對直流保險螺旋底座產生不利影響，甚至發(fā)生融化現(xiàn)象，導致直流正極保險被擊穿，由于屏內的三相交流電壓保險和直流電源保險之間并沒有相應的隔離措施，所以在保險被擊穿后，消弧線圈就會導通底座的槽板，進而使交流電流入到直流電路中，導致直流系統(tǒng)中的電源正極接地。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的非電量保護動作跳閘的直接原因是由于變壓器中出現(xiàn)了直流系統(tǒng)接地或交流電串入直流電路的問題。

3.直流系統(tǒng)變電站暴露的問題分析

由于變壓器冷卻器控制設備與通信電路和直流電路相連，因此電力系統(tǒng)內部控制設備因交流串聯(lián)變壓器冷卻器異常而變成直流，造成保護裝置或操作繼電器箱誤動的事故頻繁發(fā)生，說明檢修維護工作也有許多弊端;另外，部分早期運行繼電器箱的運行功率不符合反措要求。

4.防止交流電串入直流系統(tǒng)的措施

電力系統(tǒng)中的故障問題非常多，重視交流電串入直流回路導致直流系統(tǒng)故障的問題，相關的工作人員需要對故障的問題有所掌握，一旦電力系統(tǒng)中出現(xiàn)直流系統(tǒng)故障，可以做出相應的措施，務必保證系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)可以正常工作，同時也需要確保整個系統(tǒng)能夠進行穩(wěn)定的運轉，基于此提出了以下的具體方案。

4.1加強直流系統(tǒng)設計施工管控

在電力企業(yè)設計變電站的建設工作以及變電站施工建筑過程中，在布置電纜時，一定要將其交流電纜和直流電纜分開，以避免交流電串入直流電路造成直流接地;所有二次回路電纜應使用屏蔽電纜，屏蔽層的兩端應接地，嚴禁用電纜內的空線代替屏蔽層接地;交流和直流端子應分開，中間加裝隔離端子，并使用不同的顏色或標題加以區(qū)分，以防止工作人員誤將交流量接入直流回路中;中間繼電器非電量保護中開關場部分，由強大的電動直流啟動，且中間繼電器啟動功率高應采用符合要求的起始功率不低于5w，工作過程中的電壓大小應該保持在額定電壓的一半以上，但是不能超過70%的額定電壓，另外在進行操作過程中，持續(xù)的時間也不可以少于10ms。

4.2改進直流絕緣監(jiān)測裝置

傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)測裝置過于落后，監(jiān)測不到變電站系統(tǒng)中出現(xiàn)的交流串入直流系統(tǒng)的故障，所以為了更好地監(jiān)測出現(xiàn)問題，必須優(yōu)化完善絕緣監(jiān)測裝置，以便交流或直流系統(tǒng)發(fā)生絕緣異?；蚪涣鹘尤胫绷麟娐窌r，能及時發(fā)出報警，及時處理。

4.3改進繼電保護及自動裝置

隔離變壓器和濾波電容器安裝在繼電保護裝置的交流輸入電路中，從物理層分析是，將交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)兩者與大地進行分離，這樣可以有效避免直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)出現(xiàn)的電耦合現(xiàn)象，可以最大程度的將直流系統(tǒng)中的交流電量進行消除，進而避免繼電保護裝置做出誤動。

4.4嚴格控制直流系統(tǒng)電纜布置方式

根據直流系統(tǒng)的技術標準，直流系統(tǒng)的電纜不應鋪設太長，應避免和減少向后移動，在鋪設電纜的過程中，原則上不能低于400米的，電纜的長度取決于直流系統(tǒng)中正負極帶開關場的電纜芯數，兩者成正比，正、負電纜到地的分布電容越大，一旦交流串入到直流電路中，繼電器交流電壓就會發(fā)生衰減現(xiàn)象，并且越來越慢，所以在直流系統(tǒng)中應該布置二次電纜。電力系統(tǒng)中的直流電路中產生過大的負荷時，可以對整個電路考慮單獨供電，有效縮短鋪設的電纜長度，在單段的直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時，可以確保故障段進行正常工作，在設計制定直流系統(tǒng)時，需要對電網系統(tǒng)的適應性進行充分的考慮，也為繼電保護安全可靠的運行打下堅實的基礎。

4.5提高直流系統(tǒng)告警信號的重要級別

直流系統(tǒng)警告信號，如“直流系統(tǒng)接地”、“直流電壓降低”、“直流絕緣異常”等，建議將其視為1級缺陷。此類信號也可被視為保護性事故信號旁邊的一個類別，以避免事故范圍的擴大。

總結

由于直流系統(tǒng)在變電站中起著極其重要的作用，所以一旦出現(xiàn)故障就會造成極其嚴重的危害，就之前出現(xiàn)的故障實例的經驗提出了相應的建議，以供參考。

嚴格執(zhí)行電網公司反事故措施的標準，確保交流電路和直流電路明顯分開，避免出現(xiàn)寄生回路的現(xiàn)象發(fā)生。

在選擇相應的設備產品時，需要選擇一些較為安全可靠、性能高的產品，盡可能的做到不出現(xiàn)產品質量問題，加強直流系統(tǒng)電源的整改力度，在選擇保險的代替品時可以考慮選擇用直流空氣開關，可以有效的避免出現(xiàn)底座熔化現(xiàn)象的，從而最大程度的將電纜的繼電保護裝置的工作效率發(fā)揮出來，防止直流系統(tǒng)串聯(lián)交流充電引起跳閘出口繼電器抖動。

多注意直流系統(tǒng)的異?；蚬收希绷飨到y(tǒng)一點接地是不可忽視的，當交流串入直流電路發(fā)生故障時，會快速形成兩點接地現(xiàn)象或者多點接地現(xiàn)象，對電力系統(tǒng)造成嚴重的危害。對設備進行維修管理的工作人員需要定時進行檢測維修，排出一系列隱患，避免電力系統(tǒng)中出現(xiàn)直流系統(tǒng)接地現(xiàn)象，確保電網安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

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第一作者：馮俊超，性別：男，出生日期：1995年1月25日，籍貫：云南瀘西，民族：漢族，單位：云南電網有限責任公司紅河供電局、職稱：助理工程師、學歷：大學本科、研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化