變電站直流混用的在線辨識方法研究

張 雯，雷 興，盛 煒

(1.上海交通大學(xué)，上海 200240；2.國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

變電站直流混用的在線辨識方法研究

張 雯1,2，雷 興2，盛 煒2

(1.上海交通大學(xué)，上海 200240；2.國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

采用基于漏電電流檢測法和低頻信號注入法來實現(xiàn)對各種直流互聯(lián)或混用情況的在線辨識。當(dāng)互聯(lián)電阻較小、能夠滿足漏電電流傳感器檢測時，根據(jù)漏電電流檢測法實時辨識出直流互聯(lián)支路，然后檢查當(dāng)前接入、改接了哪些二次電纜，極大地縮小了檢查范圍。當(dāng)互聯(lián)電阻較大，則需要采用基于低頻信號注入法來實現(xiàn)在線辨識同極互聯(lián)或不同極互聯(lián)。

直流互聯(lián)；直流混用；漏電電流；低頻信號；在線辨識

為提高直流電源可靠性，要求兩段獨立直流電源系統(tǒng)并存，對于供電要求特別高的設(shè)備，采用雙電源供電[1]。在雙電源系統(tǒng)下，由于設(shè)備故障、人工操作等因素，所以容易造成兩段直流電源系統(tǒng)發(fā)生非預(yù)期的互聯(lián)或混用。兩段母線互聯(lián)回路，對系統(tǒng)維護、設(shè)備裝置檢修、斷開保護存在著很大的危害；會干擾微機絕緣監(jiān)測儀的監(jiān)測，造成誤判接地等現(xiàn)象；對于檢修人員的人身安全更是極大的隱患[2-3]。由于支路網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，掛接設(shè)備繁多，當(dāng)發(fā)生直流混用時，支路互竄具有極強隱蔽性，查找互竄支路有相當(dāng)大的難度[4-5]，破壞了雙重化保護用直流獨立性原則，也易造成保護拒動。

1 案例分析

2016年紫薇站發(fā)生一起同時直流接地和直流混用的事件。故障現(xiàn)象為直流巡檢儀報直流II段負接地。通過故障排查，發(fā)現(xiàn)直流I段與直流II段在3號主變第二套保護屏混用，另外直流I段在110 kV備用5線路測控屏也發(fā)生接地。

由于紫薇站3號主變由2圈變擴建為3圈變，新增110 kV線路測控屏若干，以及新增3號主變110 kV測控裝置并獨立組屏，型號均為DF1925。測控裝置與保護的關(guān)系圖如圖1所示。而3號主變220 kV測控裝置和35 kV測控裝置仍使用3號主變測控屏內(nèi)的老設(shè)備，型號為DF1725，如圖1(b)所示。由于原3號主變220 kV測控裝置的遙信點不夠，所以本期將3號主變第二套保護的部分信號接入了新增的3號主變110 kV測控裝置，造成3號主變110 kV測控屏的信號直流公共端與3號主變220 kV測控的信號直流公共端在3號主變第二套保護屏內(nèi)遙信端子排并接。

同時由于老的3號主變測控屏僅由直流I供電，而新3號主變110 kV測控屏根據(jù)最新設(shè)計原則需有兩路直流供電，可通過QK切換把手進行直流I/II的互切，并且當(dāng)時該屏正好切至直流II段供電， 于是造成了兩段直流的混用，如圖2所示。

圖1 測控裝置與保護的關(guān)系圖

由于紫薇站為老站改造，舊屏新屏同時使用，為特殊配置，如圖1(b)所示，而標(biāo)準(zhǔn)配置，如圖1(a)所示，3號主變3個測控裝置均安裝在同一個屏內(nèi)，直流切換開關(guān)將同時切換3個裝置的直流，不存在220 kV測控和110 kV測控分別使用兩段直流的情況，也不會造成兩段直流混用。

另外發(fā)現(xiàn)，由于紫薇站原來的直流屏負載支路已用完，本期新增了兩面直流擴展屏，而直流擴展屏與原直流屏之間沒有安裝漏電電流互感器(CT)，導(dǎo)致無法檢測到后期擴建的直流擴展屏所帶的支路，實際上是直流I段擴展屏的某一支路發(fā)生負接地。由于直流I和II已經(jīng)互聯(lián)，所以檢測系統(tǒng)報直流II段負接地。

圖2 變電站直流系統(tǒng)圖

處理措施為：(1)消除接地點隱患；(2)斷開3號主變第二套保護屏內(nèi)造成直流混用的遙信公共端的并接點；(3)將DF1925固定設(shè)定在直流I段，避免互聯(lián)；(4)后期應(yīng)加裝漏電CT。

通過此次故障排查，發(fā)現(xiàn)老站改造中直流部分的設(shè)計要嚴格審查，避免互聯(lián)，因為后期整改非常困難。此外，直流絕緣巡檢不應(yīng)存死角，漏電CT也應(yīng)該加強驗收。

驗證交直流獨立性一般做兩次：在裝置上電時，所有外部電纜均接入后，用人工驗證的方法但存在因人員疏忽漏做的風(fēng)險；在所有接線結(jié)束，甚至是功能試驗完成后，再次手動校核直流的獨立性，排查范圍大，費時費力，且改接線后仍需重做試驗驗證回路的正確性。采用在線辨識直流混用或互聯(lián)的方法，則將有效克服這些缺點。

2 方法設(shè)計

變電站直流互聯(lián)、混用的在線辨識方法如圖3所示，包括如下步驟。

(1)在變電站雙直流電源的直流回路的接入/改線工作中，若第一直流電源和第二直流電源的支路互聯(lián)電阻較小，且能夠滿足漏電電流傳感器檢測要求，則根據(jù)漏電電流檢測法辨識互聯(lián)支路。

在進行漏電電流檢測時，由漏電電流傳感器實時檢測互聯(lián)的回路漏電流。若檢測到回路漏電流，則判定兩條支路發(fā)生互聯(lián)；若沒有檢測到漏電流則判定沒有發(fā)生支路互聯(lián)。

(2)若互聯(lián)電阻較大或者兩直流電源的支路發(fā)生同級互聯(lián)，漏電電流傳感器無法檢測到回路中的漏電電流，則采用基于低頻信號的辨識方法，在第一直流電源或第二直流電源的正極或負極注入低頻信號，進行互聯(lián)辨識。

(3)若在第一直流電源的一段支路i和第二直流電源的一段支路j的同極檢測到所述的低頻信號，則第一直流電源和第二直流電源的兩段支路發(fā)生同極互聯(lián)。

若在第一直流電源和第二直流電源的不同極檢測到低頻信號，則第一直流電源和第二直流電源的兩段支路發(fā)生不同極的互串。

在檢測到互聯(lián)故障后，單片機控制報警裝置發(fā)出告警信號，提醒工作人員進行線路排查，檢查當(dāng)前接入、改接了哪些二次電纜，找出互聯(lián)支路。

(4)在所有工作都結(jié)束后，退出基于低頻信號的直流互聯(lián)混用的檢測。

圖3 在線辨識方法流程圖

3 檢測元件

在線辨識方法采用的漏電電流傳感器為交直流漏電電流傳感器，如圖4所示：包括DC電流傳感器、AC電流傳感器和單片機。DC電流傳感器通過K1將其與單片機相連的線路接通，AC電流傳感器通過K2將其與單片機相連的線路接通，當(dāng)K1合上、K2斷開時，DC電流傳感器工作，可選擇PWM或ADC輸出。當(dāng)K1斷開，K2閉合時，AC電流傳感器工作。

圖4 交直流漏電流檢測傳感器的原理圖

單片機通過RS 485或RS 232連接顯示器，便于工作人員對回路的漏電電流檢測情況進行監(jiān)測。單片機連接報警裝置，當(dāng)檢測到直流互聯(lián)或混用時，單片機發(fā)出控制信號給報警裝置，由報警裝置發(fā)出告警信號，提醒工作人員進行線路排查，找出互聯(lián)支路，或者通過對保護動作信息的綜合分析，判定直流混用的范圍。

微小交直流電流檢測傳感器參數(shù)：DC電流傳感器，最小電流檢測精度為±0.1 mA；AC電流傳感器，最小電流檢測精度為±0.01 mA。

4 方案分析

兩直流電源同級互聯(lián)的情況示意圖如圖5所示。第一直流電源和第二直流電源同極互聯(lián)，第一直流電源的正極通過電阻RL與第二直流電源的正極互聯(lián)，無論RL的值是大是小，在正常運行情況下，都無法檢測到漏電電流，無法識別同極互聯(lián)。只有當(dāng)互聯(lián)中的某一極發(fā)送直流接地后，將導(dǎo)致另外一極的電壓也降低，同時出現(xiàn)漏電電流。一般RL的值不會超過100 kΩ，滿足交流低頻信號的要求。

圖5 兩直流電源同級互聯(lián)的情況示意圖

兩直流電源不同級互聯(lián)的情況示意圖如圖6所示。第一直流電源和第二直流電源不同極互串，第一直流電源正極通過電阻RL的值與第二直流電源負極互聯(lián)，當(dāng)RL的值很小時，存在漏電電流；當(dāng)RL的值很大時，無法檢測到漏電電流。

圖6 兩直流電源不同級互聯(lián)的情況示意圖

對于圖5和圖6所示的兩種情況，為了辨識正常情況下的同極或不同極互聯(lián)，可以通過投切Rp1、Rp2來模擬低頻交流信號。例如，在第一直流電源正極上模擬出低頻信號，若第二直流電源正極檢測到低頻信號，則第一直流電源和第二直流電源的正極互聯(lián)；若第二直流電源負極檢測到低頻信號，則第一直流電源的正極和第二直流電源的負極互串。

5 結(jié)語

該方法實現(xiàn)了在線檢測直流互聯(lián)或混用，在發(fā)生直流互聯(lián)或混用時立即發(fā)出告警，方便排查故障，提高效率?；诘皖l信號的檢測方法，不受互聯(lián)電阻大小的影響，有很好的適用性。本方法在原有程序中增加在線監(jiān)測進程及采用能同時監(jiān)測直流和交流的電流傳感器即可實現(xiàn)，具有較好的推廣性。

[1]戴春怡. 交直流電源與測量表計—第五冊[M]. 北京: 中國電力出版社, 2005.

[2]雷興，徐楠，潘學(xué)萍，等. 變電站直流接地巡檢的選線校核機制研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2015, 43(20): 76-82.

LEI Xing, XU Nan, PAN Xue-ping, et al. Research on line selection checking mechanism of substation DC ground fault patrol[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(20): 76-82.

[3]LEI X， XU N, SHENG W, et al. Improvement of on-line monitoring method for insulation of substation DC system[C]// The 5th Annual IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation. Control and Intelligent Systems, June 9-12, 2015, Shenyang,China, 1350-1355.

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[5]盛煒, 雷興, 徐楠, 等. 變電站直流故障檢測準(zhǔn)確率提升方法研究[J]. 電力與能源, 2016, 37(3): 287-290.

SHENG Wei, LEI Xing, XU Nan, et al. Research on methods of improving the accuracy of DC fault detection in substation[J]. Power & Energy, 2016, 37(3): 287-290.

(本文編輯：楊林青)

On-line Identification Method of DC Hybrid in Substation

ZHANG Wen1,2, LEI Xing2, SHEN Wei2

(1. Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;2. Maintenance Company, Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200063, China)

This paper proposes the on-line identification method based on leakage current detection and low-frequency signal injection for various DC interconnections or mixed-use situations. When the interconnection resistance is small, which can meet the leakage current sensor detection, the DC interconnection branch can be on-line identified in leakage current detection method, and then check the current changed secondary cables, greatly narrowing the inspection range. When the interconnect resistance is large, it needs to use low-frequency signal injection to achieve on-line identification of the same buses or different buses interconnection.

DC interconnection; DC hybrid; leakage current; low frequency signal; on-line identification

10.11973/dlyny201701014

張 雯(1983-)，女，碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護及自動化運行。

TM63

A

2095-1256(2017)01-0059-04

2016-11-23