變電站繼電保護(hù)交直流電源串?dāng)_成因及解決對(duì)策分析

馮琳

摘 要：受到各方面因素的影響，變電站的電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)各種故障，繼電保護(hù)裝置交直流電源串?dāng)_引起保護(hù)誤動(dòng)給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)了威脅。為了進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，文章主要從繼電保護(hù)交直流電源串?dāng)_的成因著手，提出了一系列解決對(duì)策，以供參考。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；交直流電源串?dāng)_；成因；對(duì)策

中圖分類(lèi)號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）20-0082-01

電力系統(tǒng)電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中受到安裝工藝、荷載、絕緣老化、過(guò)電壓、誤操作等因素的影響，短路、斷線等故障頻繁出現(xiàn)，這些故障將會(huì)直接影響變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，特別是由交直流電源串?dāng)_引起的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)供電的安全性和可靠性。造成繼電保護(hù)交直流電源串?dāng)_的根本原因是直流和工頻交流電源的同時(shí)存在，文章將結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)變電站繼電保護(hù)交直流電源串?dāng)_的成因進(jìn)行分析，并提出切實(shí)可行的解決方案。

1 繼電保護(hù)交直流電源串?dāng)_現(xiàn)狀和成因

當(dāng)前，變電站采用的是交直流電源向多種電氣設(shè)備和裝置同時(shí)供電的手段，為了進(jìn)一步提升供電可靠性，在變電站中通常會(huì)配備相應(yīng)的交直流電源，交流電源采用的是UPS，直流電源則采用蓄電池組。從容量方面看，交流電源小于直流電源，從可靠性方面看，由于電力企業(yè)比較重視對(duì)直流備用電源的檢修和維護(hù)，所以直流電源的可靠性較高，而從作用方面來(lái)看，220 V交流電源多用于打印機(jī)、儲(chǔ)能電機(jī)、加熱器和照明設(shè)備，只起到輔助作用，其實(shí)際功率也相對(duì)較小。電壓直流、交流回路中的帶電感元件、輔助繼電器、電路器操作線圈等的一系列操作可能會(huì)引起電壓升高，從而干擾直流系統(tǒng)操作。若被操作斷路器的斷開(kāi)時(shí)間為零，耐壓為無(wú)限大，說(shuō)明此斷路器為理想斷路器，其暫態(tài)僅限于線圈以及其引線范圍，振頻一般為1 000 Hz，但是可能會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓，計(jì)算公式為：

若被操作斷路器不是理想斷路器，那么在觸點(diǎn)開(kāi)斷過(guò)程中電弧很可能會(huì)出現(xiàn)重燃，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的暫態(tài)過(guò)電壓，這個(gè)暫態(tài)過(guò)電壓就會(huì)向直流母線傳輸，最終波及整個(gè)控制回路。此種情況下，在斷路器斷開(kāi)過(guò)程中，斷路器觸點(diǎn)兩端的暫態(tài)過(guò)電壓值超出由當(dāng)時(shí)觸點(diǎn)間距決定的擊穿電壓時(shí)，電弧將出現(xiàn)重燃，所以電流呈現(xiàn)著時(shí)斷時(shí)續(xù)的狀態(tài)，這樣就加劇了斷路器觸點(diǎn)兩端暫態(tài)過(guò)電壓的震蕩，而線圈和引線的電容充電也會(huì)時(shí)高時(shí)低，甚至?xí)蚰妇€放電，形成一系列電壓浪涌，進(jìn)而流向整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)中。

2 繼電保護(hù)交直流電源串?dāng)_解決對(duì)策

2.1 解決方法的提出

對(duì)于變電站繼電保護(hù)交直流串?dāng)_問(wèn)題，當(dāng)前尚沒(méi)有較為成熟的解決對(duì)策，在實(shí)際操作中，主要是依靠工作人員工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)降低事故發(fā)生率甚至是避免事故的發(fā)生。直流電源在變電站運(yùn)行的作用是不可替代的，通常將其作為繼電保護(hù)裝置控制電源，下面主要提出兩種使用直流電源代替交流電源的方案。

①用直流電源驅(qū)動(dòng)設(shè)備代替交流設(shè)備。這種方法能夠有效將繼電保護(hù)交直流電源的串?dāng)_問(wèn)題解決，但是由于市場(chǎng)相關(guān)設(shè)備較少，可供選擇的余地很小，加上設(shè)備沒(méi)有較好的通用性，會(huì)加大設(shè)備維護(hù)難度。此外，如果直流系統(tǒng)被直接接入直流電源驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，將會(huì)大大增加直流接地發(fā)生率，最終會(huì)導(dǎo)致新問(wèn)題的產(chǎn)生。

②采用逆變器將220 V直流電源逆變?yōu)?20 V交流電源，逆變后的220 V交流電源主要供加熱器、打印器等這些設(shè)備使用。在逆變器的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為了在確保供電情況下將交流線路縮到最短，并杜絕繼電保護(hù)裝置直流串?dāng)_問(wèn)題的發(fā)生，可在交流設(shè)備電源的接口處直接接上逆變器，此外，對(duì)于逆變器自身來(lái)說(shuō)，可根據(jù)實(shí)際情況配置相適應(yīng)的保護(hù)裝置，以有效降低逆變器交流側(cè)故障對(duì)直流系統(tǒng)的影響。由于當(dāng)前我國(guó)的逆變器技術(shù)已相對(duì)成熟，所以此方案的具有非常強(qiáng)的操作性，且成本較低，能夠有效減少電能干擾。

2.2 逆變器對(duì)直流系統(tǒng)的影響

直流系統(tǒng)的正常狀態(tài)圖如圖1所示。其中，直流系統(tǒng)的接地測(cè)控點(diǎn)是由接地點(diǎn)O、高阻R1和R2組成的，要想判斷出直流系統(tǒng)是否產(chǎn)生單點(diǎn)接地現(xiàn)象，可對(duì)流過(guò)接地點(diǎn)O上的電流進(jìn)行檢測(cè)。在直流系統(tǒng)中，通常會(huì)有電容的存在，所以哪怕是系統(tǒng)處于無(wú)接地狀態(tài)，測(cè)控點(diǎn)仍然會(huì)有電容電流流過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)流過(guò)接地點(diǎn)O的電流超出1.4 mA時(shí)，說(shuō)明直流系統(tǒng)發(fā)生接地。

當(dāng)逆變器接入直流系統(tǒng)中，逆變器交流側(cè)故障必將會(huì)對(duì)直流系統(tǒng)帶來(lái)影響，包括以下幾方面。

①當(dāng)節(jié)點(diǎn)3與接地點(diǎn)1相通時(shí)，逆變器交流側(cè)發(fā)生單點(diǎn)接地，系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)直流測(cè)控點(diǎn)構(gòu)成閉合回路，在高電阻作用下，接地電流數(shù)值很小，這與直流接地系統(tǒng)是相同的，而在這種情況下，流過(guò)測(cè)控點(diǎn)接地電流的大小以及電流方向?qū)嶋H上都是隨著時(shí)間的變化而變化的，且逆變器直流側(cè)正極、負(fù)極的流出、流入電流不相同，電流呈現(xiàn)不平衡狀態(tài)，這個(gè)信號(hào)能夠?qū)^電器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)。

②當(dāng)節(jié)點(diǎn)3與接地點(diǎn)1相通而節(jié)點(diǎn)4又與接點(diǎn)2想通，逆變器接地點(diǎn)間就會(huì)構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)回路，這個(gè)時(shí)候接地電流的數(shù)值就會(huì)很大，而在逆變器直流側(cè)也會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡電流。

③若逆變器交流側(cè)出現(xiàn)短路，大量沖擊電流的產(chǎn)生會(huì)干擾系統(tǒng)運(yùn)行，而逆變器直流側(cè)的電流數(shù)值也會(huì)相應(yīng)增大。

④當(dāng)節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)5接通，逆變器直流側(cè)與交流側(cè)會(huì)出現(xiàn)短路。

2.3 具體解決方法

針對(duì)上述故障，可進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)，包括瞬時(shí)過(guò)電流、瞬時(shí)過(guò)差流、過(guò)載和過(guò)差流保護(hù)。對(duì)于瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)，在逆變器輸出端兩點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地、輸出端出現(xiàn)短路現(xiàn)象、交流側(cè)和直流側(cè)出現(xiàn)短路時(shí)進(jìn)而導(dǎo)致那些從逆變器流過(guò)的電流值超出正常范圍時(shí)，可瞬間將電流切斷，與此同時(shí)，暫停逆變器運(yùn)行，避免電氣設(shè)備出現(xiàn)安全故障。對(duì)于瞬時(shí)過(guò)差流保護(hù)，在逆變器輸出端兩點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地、交流側(cè)與直流側(cè)出現(xiàn)短路時(shí)進(jìn)而導(dǎo)致那些從逆變器輸入端流過(guò)的電流不平衡且電流值超出正常范圍時(shí)，應(yīng)瞬間將電流切斷，并暫停逆變器運(yùn)行。對(duì)于過(guò)載保護(hù)，在逆變器輸出端的負(fù)荷超出容許值時(shí)，應(yīng)暫停逆變器運(yùn)行，及時(shí)發(fā)出故障告警，并將故障告知值班人員，由值班人員進(jìn)行處理，確保設(shè)備和系統(tǒng)的安全。對(duì)于過(guò)差流保護(hù)，在逆變器交流側(cè)出現(xiàn)單點(diǎn)接地現(xiàn)象進(jìn)而導(dǎo)致流過(guò)輸入端的不平衡電流超出正常范圍，應(yīng)立即暫停逆變器運(yùn)行，及時(shí)發(fā)出故障告警，進(jìn)行故障處理。

3 結(jié) 語(yǔ)

文章主要對(duì)變電站繼電保護(hù)交直流電源串?dāng)_的成因進(jìn)行了分析，指出了其產(chǎn)生的根本原因是直流電源和工頻交流電源的同時(shí)存在，因而，我們應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步推廣變電站繼電保護(hù)裝置電源的單一化，對(duì)于直流電源，可用逆變器來(lái)代替，這樣才能有效降低繼電保護(hù)交直流電源串?dāng)_引起的保護(hù)裝置誤動(dòng)事故的發(fā)生率，從而進(jìn)一步提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

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