變電站直流系統(tǒng)接地對(duì)繼電保護(hù)的影響

姜傳霏等

摘 要：電力產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支撐，它的發(fā)展直接關(guān)系到社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的前進(jìn)步伐。近年來，我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)了高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，特別是智能變電站建設(shè)取得了一定的成果。智能變電站建設(shè)過程中，直流系統(tǒng)也愈來愈受到關(guān)注，它不但可以為電力系統(tǒng)運(yùn)作提供穩(wěn)定供電，并且可以充當(dāng)電力保護(hù)裝置的直流電源?；诖?，文章分析了變電站直流系統(tǒng)接地對(duì)繼電保護(hù)的影響，提出了相關(guān)觀點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；直流系統(tǒng)；繼電保護(hù)

引言

對(duì)于電力系統(tǒng)而言，直流系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用。直流系統(tǒng)具備了獨(dú)立性電源，同時(shí)還具備相關(guān)充電設(shè)備。因此，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)作時(shí)，直流系統(tǒng)可保證供電安全，為相關(guān)裝置如短路器、遠(yuǎn)程控制裝置等提供穩(wěn)定電力。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，直流系統(tǒng)依然可保證電力維護(hù)裝置供電[1]。直流系統(tǒng)接地主要是指直流電源實(shí)際運(yùn)行時(shí)某一點(diǎn)與地面接觸，可能會(huì)造成電源短路或保險(xiǎn)絲熔斷，從而影響到繼電保護(hù)系統(tǒng)乃至整個(gè)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此，在直流電源運(yùn)作時(shí)需要對(duì)直流接地進(jìn)行細(xì)致化檢查，避免出現(xiàn)意外事故。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間負(fù)荷運(yùn)載，而且易受到自然因素影響，出現(xiàn)故障是不可避免的。當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，繼電保護(hù)系統(tǒng)將發(fā)揮保護(hù)作用，在最短時(shí)間內(nèi)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切斷，并及時(shí)反饋相關(guān)監(jiān)控人員，以預(yù)防設(shè)備損壞。線路出現(xiàn)問題時(shí)，將會(huì)造成系統(tǒng)出現(xiàn)超負(fù)荷，導(dǎo)致電壓異?；螂姍C(jī)出現(xiàn)短時(shí)間失磁。繼電保護(hù)系統(tǒng)可對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控，當(dāng)某個(gè)電力元件出現(xiàn)問題時(shí)，繼電器將被觸發(fā)，使故障元件轉(zhuǎn)變?yōu)榉枪ぷ鳡顟B(tài)，讓其脫離電力系統(tǒng)，避免危害[2]?？傊^電保護(hù)系統(tǒng)為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。

2 直流系統(tǒng)接地對(duì)繼電保護(hù)影響分析

2.1 點(diǎn)接地影響

直流系統(tǒng)點(diǎn)接地影響主要分為兩點(diǎn)接地影響及單點(diǎn)接地影響，具體如下：（1）兩點(diǎn)接地影響。直流電源實(shí)際運(yùn)行過程中，會(huì)受到外界環(huán)境影響，造成電源兩端線路與地表連接，并導(dǎo)致保護(hù)設(shè)備失電。直流電源兩端接地時(shí)，由于線路電流未經(jīng)過電源兩端的高阻值電阻，電流值便會(huì)上升。接地兩點(diǎn)與地表及繼電器組成了一個(gè)完整回路，那么上述高值電流會(huì)直接進(jìn)入繼電器，造成繼電器超負(fù)荷工作。若電流值超過額定電流范圍，將導(dǎo)致繼電器元件出現(xiàn)故障。假設(shè)故障未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，繼電器就會(huì)長(zhǎng)期高負(fù)荷工作，最終燒毀跳閘電圈，使繼電設(shè)備損壞。除短路外，二點(diǎn)接地還會(huì)導(dǎo)致繼電器拒動(dòng)、誤動(dòng)。（2）單點(diǎn)接地。某些情況下，單點(diǎn)接地也會(huì)使繼電器出現(xiàn)故障，影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。一點(diǎn)接地之所以會(huì)造成繼電器出現(xiàn)誤動(dòng)，主要由于直流母線對(duì)地電容所造成。多數(shù)變電站內(nèi)，繼電保護(hù)相關(guān)設(shè)備由微機(jī)操控，自動(dòng)化設(shè)備及微機(jī)監(jiān)控設(shè)備主要經(jīng)直流供電。微機(jī)接入系統(tǒng)后，將促使整體直流負(fù)載下降，然而相關(guān)微機(jī)設(shè)備需要憑借DC/DC電源模塊才能保證穩(wěn)定供電。上述電源模塊通常采用5V、12V、24V輔助工作電源，并且需要一定的EMI抗干擾措施[3]，以防開關(guān)電源與設(shè)備受到噪聲源影響。具備EMI的電路在正對(duì)地與負(fù)對(duì)地之間存在電容，并且電源設(shè)備數(shù)量較多。當(dāng)這些電容匯集于直流系統(tǒng)中，將導(dǎo)致對(duì)地電容大幅度上升。上述情況下，即便是單點(diǎn)接地也會(huì)造成電容產(chǎn)生較大充放電電流，并對(duì)繼電器產(chǎn)生沖擊作用，導(dǎo)致繼電器發(fā)生瞬間誤動(dòng)。

2.2 正接地影響

若直流系統(tǒng)出現(xiàn)正接地，會(huì)造成繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)。通常情況下，電力系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作均由電源負(fù)極觸發(fā)。當(dāng)電源正極接地時(shí)，會(huì)使得跳閘線圈與電源負(fù)極出現(xiàn)電源一致的情況，并且線圈上存在的負(fù)極電荷會(huì)造成跳閘項(xiàng)圈也帶有負(fù)電，造成繼電器觸發(fā)。上述情況不但未給予電流有效保護(hù)，而且還影響到了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 負(fù)接地影響

直流電源負(fù)極與地面接觸時(shí)，形成負(fù)極接地。負(fù)極接地與正極接地存在顯著區(qū)別，電源負(fù)極接地時(shí)會(huì)使跳閘線圈出現(xiàn)短路。而跳閘線圈出現(xiàn)短路就會(huì)降低電力系統(tǒng)的電力感知能力，使相關(guān)元件失去原本的作用，系統(tǒng)也無法對(duì)元件故障進(jìn)行準(zhǔn)確判別。上述情況下，由于繼電器無法判斷元件是否存在故障，便會(huì)拒絕觸發(fā)，相關(guān)設(shè)備也就無法得到正常保護(hù)。

2.4 對(duì)地電壓影響

直流系統(tǒng)接地時(shí)，可能會(huì)造成對(duì)地電壓過高，此時(shí)若存在對(duì)地電容，將產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。對(duì)于存在繼電保護(hù)的直流系統(tǒng)而言，直流電壓絕緣并不能與對(duì)地絕緣劃上等號(hào)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，絕緣監(jiān)視儀內(nèi)部直流母線正負(fù)對(duì)地均接有數(shù)值在100K以上的采樣電阻。以往的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要利用平衡橋原理進(jìn)行監(jiān)控，在直流母線中會(huì)置入一個(gè)橋電阻接地網(wǎng)絡(luò)，來實(shí)現(xiàn)接地監(jiān)控。其中點(diǎn)接一個(gè)直流小電流繼電器，電阻值為15K，繼電器另一端接地。由于直流系統(tǒng)對(duì)地電阻相對(duì)偏低，所以在直流系統(tǒng)中繼電器內(nèi)阻遠(yuǎn)小于15K時(shí)，出現(xiàn)直流單點(diǎn)接地，繼電器上分壓遠(yuǎn)小于其動(dòng)作電壓[4]。此時(shí)，絕緣檢測(cè)電橋電阻并不會(huì)對(duì)繼電器誤動(dòng)產(chǎn)生影響。平衡橋檢測(cè)電阻阻值較小，對(duì)地電壓也會(huì)保持較為穩(wěn)定的狀態(tài)。換句話說，僅當(dāng)直流系統(tǒng)電阻下降幅度較大時(shí)才會(huì)對(duì)對(duì)地電壓產(chǎn)生影響。如今，這一情況已經(jīng)發(fā)生改變，小功率繼電器應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，內(nèi)阻也有一定程度提升。同時(shí)，微機(jī)監(jiān)測(cè)所需要的橋電阻阻值也在不斷增加，對(duì)地電壓平衡會(huì)受到影響，穩(wěn)定性有所缺失。

2.5 對(duì)地電容影響

對(duì)地電容可對(duì)直流母線共模干擾進(jìn)行有效控制，保證了相關(guān)設(shè)備正常工作。設(shè)備內(nèi)部存在對(duì)地電容，并且在空氣開關(guān)當(dāng)中存在過載動(dòng)作元件，還有過流動(dòng)作元件，可將這種結(jié)構(gòu)視作為電流繼電器。若直流母線正極存在沖擊突波，突波電流會(huì)經(jīng)過空氣開關(guān)正極動(dòng)作線圈。此時(shí)，突波電壓基本上會(huì)加載于動(dòng)作線圈上，造成瞬時(shí)功率過大，會(huì)對(duì)空氣開關(guān)正常動(dòng)作產(chǎn)生影響，造成誤動(dòng)。

3 相關(guān)防范措施

首先，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)相關(guān)管理工作。對(duì)直流電源及直流回路進(jìn)行全程化管理，從設(shè)計(jì)、調(diào)試直至直流改造工作需嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。對(duì)運(yùn)行維護(hù)管理工作給予充分重視。對(duì)支路直流系統(tǒng)絕緣狀態(tài)進(jìn)行定期檢查。再者，對(duì)相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。直流電源容量篩選要達(dá)到事故時(shí)最大沖擊負(fù)荷要求。在直流熔斷器配置及回路配置過程中，需要消除寄生回路，同時(shí)強(qiáng)化保護(hù)功能冗余度。對(duì)自動(dòng)小開關(guān)與熔斷器配合關(guān)系進(jìn)行確認(rèn)，保證兩者符合幅值關(guān)系及時(shí)間關(guān)系。對(duì)支路跳閘回路進(jìn)行檢查，先將支路斷路器閉合，再取下支路電源熔斷器，于負(fù)荷側(cè)進(jìn)行正負(fù)極短接，觀察絕緣電阻能否達(dá)標(biāo)。直流操作與信號(hào)負(fù)荷需保持相對(duì)獨(dú)立性，由專用熔斷器供電，防止控制回路出現(xiàn)故障。在故障檢測(cè)過程中，應(yīng)該嚴(yán)格控制大功率便攜式接地儀使用，避免交流電壓與直流系統(tǒng)串入。提升繼電器抗干擾能力，盡可能降低直流系統(tǒng)對(duì)地分布電容值。

4 結(jié)束語

綜合來看，變電站直流系統(tǒng)接地對(duì)繼電保護(hù)會(huì)產(chǎn)生多方面影響。為保證繼電保護(hù)裝置充分發(fā)揮作用，需結(jié)合實(shí)際運(yùn)行環(huán)境及裝置狀態(tài)，采取針對(duì)性措施進(jìn)行有效防范，避免線路短路，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供一個(gè)良性環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]李林芝，王小飛.直流接地對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響分析[J].硅谷，2013，14：30+29.

[2]張永生，胡旭東，王偉，等.變電站直流系統(tǒng)接地故障分析[J].電力安全技術(shù)，2012，1：49-50.

[3]羅長(zhǎng)兵.直流系統(tǒng)分布電容對(duì)繼電保護(hù)的影響[J].云南電力技術(shù)，2012，4：62-63.

[4]南海軍.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置直流接地問題的防范[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015，6：241.