變電站雙套直流電源串電檢測裝置的研究

張秋慧 周博

摘 要：變電站直流電源系統(tǒng)是變電站最為重要的系統(tǒng)之一，要求其必須具有高度的可靠性。直流電源串電會引起保護(hù)裝置誤動、斷路器無故障跳閘，甚至導(dǎo)致變電站全停事故，基于此，本文對變電站雙套直流電源串電檢測裝置進(jìn)行研究，通過分別計算四種串電組合的阻抗值，確定串電支路，進(jìn)而找出串電點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：變電站；直流系統(tǒng)；串電；檢測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.154

1 引言

變電站直流電源系統(tǒng)作為保護(hù)裝置電源和斷路器等操作電源，是變電站最為重要的系統(tǒng)之一，其運(yùn)行狀況好壞對繼電保護(hù)裝置和斷路器動作行為有著至關(guān)重要的作用，因此要求直流系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)必須具有高度的可靠性。變電站直流系統(tǒng)是公用系統(tǒng)，如果系統(tǒng)發(fā)生異常，可能會導(dǎo)致保護(hù)誤動作、斷路器無故障跳閘，甚至可能導(dǎo)致變電站全停事故[1]。目前我國變電站的直流系統(tǒng)中，經(jīng)常發(fā)生直流網(wǎng)絡(luò)對地絕緣強(qiáng)度降低和接地故障，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成較大的威脅[2]。

變電站雙套直流電源系統(tǒng)的直流母線正常時，采用母線分段運(yùn)行方式，系統(tǒng)需要時，可合上兩段直流母線間的聯(lián)絡(luò)刀閘成為并列運(yùn)行方式，即I段母線的正、負(fù)極分別與II段母線的正、負(fù)極對應(yīng)相連。變電站采用兩套獨(dú)立運(yùn)行的直流電源系統(tǒng)，可以提高站用電系統(tǒng)的可靠性，但實際運(yùn)行中一些不當(dāng)因素會使兩段直流母線發(fā)生互串。直流互串是指兩套分開運(yùn)行的直流電源之間存在一點(diǎn)或一點(diǎn)以上的電氣連接，使一段直流母線一極與另一段直流母線一極出現(xiàn)非正常聯(lián)接，而兩段直流母線的剩余一極并不相連的情況。其連接方式可能為直接連接或通過電阻連接，有的正極之間連接，有的負(fù)極之間連接，有的則正極與負(fù)極連接等。直流互串會造成變電站兩段直流母線的正、負(fù)極對地電壓及其絕緣狀況發(fā)生變化，若此時直流電源系統(tǒng)中再出現(xiàn)接地故障，會給直流電源系統(tǒng)帶來巨大的安全問題。

2 直流電源串電危害

產(chǎn)生直流電源系統(tǒng)直流互串的原因主要有以下三點(diǎn)[3]：

（1）在變電站新建、擴(kuò)建、技術(shù)改造、設(shè)備大修中，將負(fù)荷的電源線分別接入兩段直流母線中。

（2）在倒負(fù)荷操作時，由于人員誤操作，將某些負(fù)荷從一段母線轉(zhuǎn)到另一段母線后，未將其原來一路的空開斷開，導(dǎo)致兩套直流電源系統(tǒng)并列運(yùn)行。

（3）老舊變電站絕緣性能下降或電纜芯線間的絕緣破壞，造成同一根電纜中兩套直流電源系統(tǒng)的供電回路相連。

產(chǎn)生直流電源系統(tǒng)直流互串的危害主要有以下四點(diǎn)：

（1）接地故障告警靈敏度下降，或引起兩套直流系統(tǒng)同時接地故障告警，一段正極接地，另一段負(fù)極接地；

（2）增加保護(hù)誤動機(jī)會，或造成負(fù)荷“失壓”，即沒有工作電源，可能引起相關(guān)設(shè)備的拒動；

（3）縮短蓄電池使用壽命；

（4）引起直流系統(tǒng)火災(zāi)。

綜上所述，進(jìn)行雙套直流電源的串電檢測是很有必要的。

3 雙套直流電源串電檢測裝置

（1）直流電源串電檢測基本原理。本文研究的雙套直流電源串電檢測裝置用在220kV及以上電壓等級電力系統(tǒng)中，檢測兩套相同額定電壓、相對獨(dú)立，并且兩套直流電源系統(tǒng)均有各自獨(dú)立的正極和負(fù)極的直流電源系統(tǒng)的串電現(xiàn)象。其基本原理是將可能發(fā)生的串電情況分為4種串電組合，分別是直流系統(tǒng)一的正極和直流系統(tǒng)二的正極之間串電、直流系統(tǒng)一的正極和直流系統(tǒng)二的負(fù)極之間串電、直流系統(tǒng)一的負(fù)極和直流系統(tǒng)二的負(fù)極之間串電、直流系統(tǒng)一的負(fù)極和直流系統(tǒng)二的負(fù)極之間串電，對4種串電組合中加大通入電流，因為通入的電流將主要流入串電支路，分別測量各支路中的電壓、電流，根據(jù)U1/I2分別計算4種串電組合的阻抗值，阻抗值最小的組合即為串電支路，可快速準(zhǔn)確地確定出串電支路。

（2）檢測裝置檢測過程。本文研究的直流串電檢測裝置中0.5kVA調(diào)壓器輸入端額定電壓為～220V，最大輸出電壓為～250V。SMG2000B型數(shù)字雙鉗相位伏安表的功能量程開關(guān)可以切換到I1、I2、U1、U2、U1U2、I1I2、U1I2、I1U2等8個區(qū)域，其中I1、I2為電流量測量區(qū)域，I1與I2又各分為10A、2A和200mA等3個檔位；U1、U2為電壓量測量區(qū)域，U1與U2又各分為500V、200V和20V等3個檔位；U1U2、I1I2、U1I2、I1U2等均為測量兩路電氣量之間相位的區(qū)域，并且一律以前一個電量為基準(zhǔn)向量。SMG2000B型數(shù)字雙鉗相位伏安表用于變電站雙套直流電源系統(tǒng)串電檢測時，電壓量接入U1輸入插孔，量程開關(guān)切到60V檔，電流量接入I2插孔，量程開關(guān)切到200mA檔。

檢測時，將直流系統(tǒng)一和直流系統(tǒng)二分別按4種可能的串電組合將兩個直流系統(tǒng)分別對應(yīng)的1個電極與控制盒上的被測元件接入端子⑧和⑨連接，分4次進(jìn)行測量，即：第一次測量時，直流系統(tǒng)一的正極和直流系統(tǒng)二的正極分別連接端子⑧和⑨，第二次測量時，直流系統(tǒng)一的正極和直流系統(tǒng)二的負(fù)極分別連接端子⑧和⑨，第三次測量時，直流系統(tǒng)一的負(fù)極和直流系統(tǒng)二的正極分別連接端子⑧和⑨，第四次測量時，直流系統(tǒng)一的負(fù)極和直流系統(tǒng)二的負(fù)極分別連接端子⑧和⑨。

根據(jù)以上4種串電組合分4次進(jìn)行測量，每次測量時，分別向?qū)?yīng)的串電組合中通入2mA的電流，測量每種連接情況下的U1、I2以及U1～I(xiàn)2的相位角α，通過相位角α判斷串電元件的阻抗特性。如果相位角α等于或者接近于0?，說明兩個直流系統(tǒng)之間通過電阻性元件串電，如果相位角270?<α<360?，說明串電支路中存在比較大的電容分量，再結(jié)合常規(guī)的測量各支路中工頻電流的方法，即可確定出串電支路，進(jìn)而找出串電點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文關(guān)于變電站雙套直流電源系統(tǒng)串電檢測裝置的研究，進(jìn)一步完善了我國直流電源串電檢測系列產(chǎn)品，可以實現(xiàn)變電站雙套直流電源系統(tǒng)串電的快速檢測，操作簡單，測量精度高，檢測速度快，對提高變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性具有重要意義，具有很大的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]李修金，王乃科，鄧潔清等.變電站直流系統(tǒng)兩段母線串電分析[J].江蘇電機(jī)工程，2011，30（03）：38-40.

[2]陳東升.變電所直流系統(tǒng)絕緣微機(jī)檢測裝置[J].能源技術(shù)與管理，2006（06）：118-119.

[3]李晶，羅洋，陳軻娜.檢測橋電阻對直流電源系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響分析[J].四川電力技術(shù)，2014，37（06）：16-19.

作者簡介：張秋慧（1990-），女，遼寧沈陽人，助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動化裝置維護(hù)與研究。