交流電源竄入直流回路引起斷路器跳閘的事故分析

王長春，趙文剛，張喜良，劉 春，姚 慧

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；3.國網(wǎng)遼陽供電公司，遼寧 遼陽 111000；4.沈陽新生電氣集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110013）

交流電源竄入直流回路引起斷路器跳閘的事故分析

王長春1，趙文剛1，張喜良2，劉 春3，姚 慧4

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；3.國網(wǎng)遼陽供電公司，遼寧 遼陽 111000；4.沈陽新生電氣集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110013）

介紹了一起由于工頻交流電源竄入直流系統(tǒng)引起的500 kV變電站斷路器跳閘事故，對(duì)事故原因進(jìn)行了分析，主要原因是交流電源竄入直流系統(tǒng)及控制電纜分布電容較大，并從管理和技術(shù)方面提出防范措施。

直流系統(tǒng)；交流干擾；分布電容；斷路器跳閘

直流系統(tǒng)是變電站的重要組成部分，為變電站內(nèi)二次設(shè)備及控制回路提供穩(wěn)定的電源，其可靠性直接關(guān)系到變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。直流系統(tǒng)發(fā)生短路、接地或交流電源竄入等故障將造成繼電保護(hù)裝置或斷路器的不正確動(dòng)作。在實(shí)際運(yùn)行中，誤接線、誤觸碰都將造成二次回路可靠性降低［1］。因交流電源竄入直流回路導(dǎo)致斷路器跳閘的事故時(shí)有發(fā)生，給電網(wǎng)安全造成威脅。

對(duì)于500 kV變電站，由于廠區(qū)面積大，跳閘回路控制電纜較長，對(duì)地分布電容大，一旦交流電源竄入直流系統(tǒng)，極易引起斷路器誤跳閘事故。

1 事故概況

2014年5月14日，某500 kV變電站1號(hào)主變高壓側(cè)5021、5022斷路器跳閘。經(jīng)檢查2組斷路器對(duì)應(yīng)的保護(hù)裝置均未動(dòng)作，5021、5022斷路器操作箱第1組跳A、跳B、跳C指示燈亮，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)文顯示第1組直流接地，并伴有大量開關(guān)量變位信息，初步判斷是由于直流系統(tǒng)故障引起的斷路器無故障跳閘。該變電站500 kV 3／2接線方式如圖1所示，圖中虛線框內(nèi)為正在擴(kuò)建施工部分。

圖1 一次系統(tǒng)圖

2 故障原因分析

通過分析SOE報(bào)文，發(fā)現(xiàn)5021、5022斷路器操作箱TJR繼電器發(fā)出的“發(fā)變?nèi)遍_關(guān)量動(dòng)作呈明顯的周期性，每隔20 ms，該繼電器動(dòng)作1次，動(dòng)作周期與工頻交流量一致。據(jù)此推斷，斷路器跳閘可能是由于直流控制回路中混入交流電源引起的。SOE報(bào)文如圖2所示。

圖2 SOE報(bào)文

事故發(fā)生時(shí)，變電站內(nèi)有擴(kuò)建工程施工，施工人員正在進(jìn)行5043斷路器匯控柜內(nèi)二次回路作業(yè)。檢查該間隔回路發(fā)現(xiàn)，匯控柜內(nèi)有一處錯(cuò)誤接線，將斷路器“壓力低禁止重合閘”的直流回路與“電機(jī)啟?！钡慕涣骰芈范尉€交叉（匯控柜內(nèi)部接線），如圖3所示。

圖3 匯控柜接線

當(dāng)施工人員合上電源，對(duì)相關(guān)回路進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，使交流電源竄入站內(nèi)直流回路，引起5021、5022斷路器出口繼電器TJR動(dòng)作，如圖4所示。

圖4 交流電源由負(fù)極端竄入示意圖

該站500 kV第2串為不完整串，5021、5022斷路器分別接入500 kVⅠ母線和Ⅱ母線。5021、5022斷路器操作箱內(nèi)TJR繼電器由500 kV母線保護(hù)和主變保護(hù)啟動(dòng)。500 kV母線保護(hù)屏布置于500 kV保護(hù)室，5021、5022斷路器輔助屏布置于主變保護(hù)室。2個(gè)保護(hù)室距離較遠(yuǎn)，母線保護(hù)與斷路器輔助屏之間采用電纜連接（電纜長度約270 m），存在較大的分布電容，且雙重化的2套母線保護(hù)均啟動(dòng)2組出口繼電器（1TJR和2TJR），使分布電容擴(kuò)大1倍。當(dāng)交流電源接入TJR線圈一端時(shí)，工頻電流通過TJR線圈及控制電纜的對(duì)地分布電容構(gòu)成回路，使TJR繼電器以工頻頻率抖動(dòng)。

根據(jù)上述分析進(jìn)行模擬試驗(yàn)。斷開直流電源，將220 V交流電源接入TJR負(fù)極端，TJR繼電器抖動(dòng)，斷開TJR正極端外接的控制電纜時(shí)，繼電器不動(dòng)作，試驗(yàn)回路如圖4所示。將220 V交流電源接入TJR正極端，TJR繼電器抖動(dòng)，斷開TJR負(fù)極端外接電纜時(shí)，繼電器不動(dòng)作，試驗(yàn)回路如圖5所示。模擬試驗(yàn)過程SOE報(bào)告與事故發(fā)生時(shí)基本吻合。

圖5 交流電源由正極端竄入示意圖

模擬試驗(yàn)說明，當(dāng)出口繼電器一端接有足夠長的控制電纜，形成較大的對(duì)地分布電容時(shí)，在另一端通入工頻交流電源，該繼電器會(huì)發(fā)生周期性動(dòng)作。當(dāng)交流電源由出口繼電器的正極端竄入時(shí)，形成由其他間隔多個(gè)繼電器并聯(lián)再與交流竄入間隔出口繼電器串聯(lián)的分壓回路，并聯(lián)的繼電器越多，竄入點(diǎn)的繼電器越容易動(dòng)作，其他間隔繼電器越不容易動(dòng)作，即事故范圍越小。當(dāng)交流電源由負(fù)極端竄入時(shí)，形成所有間隔出口繼電器（包括竄入點(diǎn)的出口繼電器）并聯(lián)的回路，不產(chǎn)生分壓作用，只要繼電器正極端有足夠長的控制電纜，就會(huì)動(dòng)作，即事故范圍會(huì)擴(kuò)大。此次事故中，其他運(yùn)行的斷路器未跳閘的原因是因?yàn)榻涣麟娫从韶?fù)極端通入，TJR繼電器正極端均未經(jīng)長電纜啟動(dòng)。

3 防范措施

此次事故是由交流電源竄入直流系統(tǒng)及控制電纜分布電容較大2個(gè)因素共同作用引起的，因此采取以下防范措施。

a.加強(qiáng)工程管理防止交流電源竄入直流系統(tǒng)。由直流系統(tǒng)故障導(dǎo)致的事故，很多都是因?yàn)樽冸娬靖?、擴(kuò)建施工及試驗(yàn)過程中誤接線造成的。在工程設(shè)計(jì)、施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的審核，及時(shí)糾正二次回路設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤。交、直流端子間應(yīng)留有足夠的距離，并用明顯的標(biāo)志區(qū)分。做好對(duì)新設(shè)備二次回路的檢查，用試驗(yàn)電源完成相關(guān)設(shè)備的整組試驗(yàn)，確保二次回路正確，經(jīng)驗(yàn)收合格后，方可接入變電站直流系統(tǒng)電源。

在變電站試驗(yàn)直流電源系統(tǒng)中，配置絕緣監(jiān)察功能，確保試驗(yàn)時(shí)能提前發(fā)現(xiàn)二次回路中存在的直流接地問題。運(yùn)用科學(xué)合理的方法，迅速、準(zhǔn)確地消除缺陷，不留隱患［2］。

b.降低控制電纜的分布電容。規(guī)范、優(yōu)化控制電纜路徑，避免和減少迂回，縮短電纜長度［3］。必要時(shí)，將直接啟動(dòng)出口繼電器的長電纜用光纜代替。對(duì)于該事故變電站，還應(yīng)簡化母線保護(hù)跳閘回路，2套保護(hù)裝置的跳閘回路應(yīng)與斷路器的2個(gè)跳閘線圈分別一一對(duì)應(yīng)。

c.優(yōu)化出口繼電器回路設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)的選擇。將出口中間繼電器并聯(lián)的消弧二極管改為RC回路，既吸收交流量抖動(dòng)脈沖，又保持消弧作用［4］。

經(jīng)長電纜連接的出口中間繼電器的動(dòng)作速度不宜過快。反措要求：“所有涉及直接跳閘的重要回路應(yīng)采用動(dòng)作電壓在額定直流電源電壓的55%～70%范圍以內(nèi)的中間繼電器”［5］。但滿足此要求僅能保證在直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地時(shí)，中間繼電器不誤動(dòng)，并不能防止交流電源竄入時(shí)，繼電器誤動(dòng)。此次事故測(cè)得出口繼電器的動(dòng)作電壓為124 V，動(dòng)作時(shí)間為7.6 ms。計(jì)算出口繼電器在工頻交流電源作用下，確保不動(dòng)作的最小動(dòng)作時(shí)間為

即當(dāng)繼電器的動(dòng)作時(shí)間大于8 ms時(shí)，可確保其不動(dòng)作。再考慮其他不確定因素后，可將該時(shí)間確定為10 ms。即如果繼電器的動(dòng)作時(shí)間大于10 ms，可降低交、直流混電時(shí)，斷路器誤跳閘的概率。

4 結(jié)束語

大型變電站由于控制電纜較長，對(duì)地分布電容較大，在改、擴(kuò)建工程中一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤接線，將造成交流電源竄入直流系統(tǒng)，很容易引起斷路器誤跳閘事故。針對(duì)此類事故，應(yīng)從技術(shù)和管理兩方面采取措施。技術(shù)方面應(yīng)降低控制電纜的分布電容，提高出口繼電器抗工頻干擾能力。管理方面應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理，避免誤接線，造成交流電源竄入直流系統(tǒng)。

［1］程榮新.提高繼電保護(hù)二次回路可靠性的對(duì)策［J］.東北電力技術(shù)，2015，36（1）：30－31.

［2］張國安.直流系統(tǒng)接地原因及現(xiàn)場(chǎng)查找方法的探討［J］.東北電力技術(shù)，2001，22（1）：40－42.

［3］毛 盾.交流竄入直流系統(tǒng)引起保護(hù)誤動(dòng)分析［J］.東北電力技術(shù)，2007，28（3）：32－34.

［4］周 劍.交流量竄入直流控制回路造成保護(hù)誤動(dòng)的分析和對(duì)策［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2001，21（12）：60－62.

［5］國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）［M］.北京：中國電力出版社，2011.

Accident Analysis on Circuit Breaker Tripping by AC Intrusion into DC

WANG Changchun11，ZHAO Wengang1，ZHANG Xiliang2，LIU Chun3，YAO Hui4
（1.Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China；2.The Maintenance Branch of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110003，China；3.State Gird Liaoyang Power Supply Company，Liaoyang，Liaoning 111000，China；4.Shenyang Xinsheng Electric Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110013，China）

DC system；AC interference；distributed capacitance；breaker tripping

TM561

A

1004－7913（2016）10－0053－03

王長春（1975），男，碩士，高級(jí)工程師，從事變電二次工程設(shè)計(jì)評(píng)審工作。

2016－08－02）

Abstrct：This paper introduces the circuit breaker tripping accident caused by the power frequency AC intrusion into DC system of 500 kV substation.The cause of this accident is analyzed，the cause of the accident has two main reasons：the power frequency AC intru?sion into DC system，controling distribution of the cable capacitance is large.The preventive measures from management and technology are put forward.