淺談變電站交流電串入直流回路故障分析與對(duì)策

徐文浩

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)水平的提升，人們對(duì)電力能源的需求也急劇增長(zhǎng)。在電力系統(tǒng)當(dāng)中變電站是電力傳輸?shù)闹匾M成部分。直流回路系統(tǒng)由于其覆蓋范圍廣、規(guī)模大以及布線復(fù)雜等原因常會(huì)發(fā)生交流電串入等故障。其直接會(huì)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響，引起保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。而一旦保護(hù)裝置發(fā)生故障會(huì)危及變電站內(nèi)的設(shè)備失去必要的保護(hù)。因此必須要對(duì)其故障原因進(jìn)行科學(xué)的分析，并及時(shí)采取處理措施。本篇文章主要針對(duì)變電站交流電串入直流回路故障原因以及影響進(jìn)行分析，并提出一些預(yù)防和解決的建議。

關(guān)鍵詞：變電站? 交流電? 直流回路? 故障分析? 解決對(duì)策

變電站的直流回路是二次系統(tǒng)的控制電源，其主要的作用在于對(duì)變電站的設(shè)備、自動(dòng)裝置、通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及繼電保護(hù)設(shè)備提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，具有覆蓋范圍廣、接線線路復(fù)雜程度高、電纜敷設(shè)長(zhǎng)度大等特點(diǎn)。當(dāng)前很多變電站的直流系統(tǒng)設(shè)備由于受到多方面因素的影響其質(zhì)量上無法做到統(tǒng)一規(guī)范要求，而且在長(zhǎng)期的運(yùn)行狀態(tài)下極為容易發(fā)生直流接地和短路以及交流電串入直流回路等故障。這些故障會(huì)導(dǎo)致變電站設(shè)備的繼電保護(hù)設(shè)備電源斷開，使其它設(shè)備失去保護(hù)性能，從而發(fā)生一些較為嚴(yán)重的故障和安全事故。交流電串入直流回路會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的直流接地情況，交流電因直流電纜間的耦合電容以及對(duì)地分布電容而產(chǎn)生交變量引發(fā)繼電器抖動(dòng)、失壓，進(jìn)而引起保護(hù)裝置拒動(dòng)，使斷路器發(fā)生跳閘現(xiàn)象。

一、交流電串入直流回路的故障原因分析

以某110kV變電站的交流電串入直流回路故障為例進(jìn)行交流電串入直流回路故障的原因分析。某變電站的變壓器非電量保護(hù)裝置出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，并且變電站后臺(tái)引發(fā)警報(bào)，主變壓器保護(hù)動(dòng)作信號(hào)燈發(fā)生閃亮。一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)變壓器保護(hù)裝置均發(fā)出信號(hào)燈閃亮情況。三號(hào)主變壓器的非電量保護(hù)動(dòng)作未出現(xiàn)跳閘。經(jīng)技術(shù)工作人員檢查后，觀察到一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)變壓器在跳閘前非電量保護(hù)裝置都接收到開入信號(hào)。并且持續(xù)時(shí)間較短，非電量保護(hù)裝置無法實(shí)現(xiàn)即時(shí)跳閘。一號(hào)、二號(hào)變壓器非電量保護(hù)裝置在持續(xù)接收到開入信號(hào)后引發(fā)了繼電器的持續(xù)抖動(dòng)和誤動(dòng)，出口相繼跳閘。三號(hào)主變壓器接點(diǎn)抖動(dòng)，但時(shí)間較短，未發(fā)生跳閘情況。按照這一情況分析，這三臺(tái)變壓器在同一時(shí)間發(fā)生非電量保護(hù)動(dòng)作，其本身代表變壓器故障因素的排除，因此，從實(shí)際情況來看，很大可能是直流接地情況導(dǎo)致的故障。在進(jìn)行排查保護(hù)室消弧線圈控制屏?xí)r發(fā)現(xiàn)其內(nèi)交流熔斷器與直流回路電源正極熔斷器之間有著極為明顯的放電情況。根據(jù)這一情況可以看出消弧線圈所控制的回路故障引發(fā)了直流熔斷器的底座發(fā)熱導(dǎo)致融化，進(jìn)而是直流正極熔斷器發(fā)生放電擊穿的情況[1]。保險(xiǎn)被擊穿后與底部槽板導(dǎo)通，引起交流電串入直流回路保護(hù)動(dòng)作出口跳閘的主要原因是交流電串入直流回路對(duì)電纜的分布電容引發(fā)放電，引起直流回路接地，如圖1所示：

圖示1 直流回路接地示意圖

其直流接地導(dǎo)致一號(hào)、二號(hào)主變壓器的非電路保護(hù)出口發(fā)生跳閘，繼電器抖動(dòng)和開關(guān)跳閘故障。按照故障發(fā)生經(jīng)過的分析過程來看，三臺(tái)變壓器的運(yùn)行故障主要發(fā)生在一號(hào)變壓器和二號(hào)變壓器所運(yùn)行的110kV的I母，并各自帶有10kV的母線運(yùn)行，三號(hào)變壓器運(yùn)行主要出于110kV的 淺談變電站交流電串入直流回路故障分析與對(duì)策Ⅱ母，所以故障引發(fā)的一號(hào)、二號(hào)主變壓器非電量保護(hù)動(dòng)作跳閘切斷了斷路器聯(lián)系的兩端母線負(fù)荷，而三號(hào)主變壓器的非電量保護(hù)動(dòng)作斷路器并未發(fā)生跳閘的情況，其開入信號(hào)的接收是同時(shí)發(fā)送的，但由于三號(hào)主變壓器的接收信號(hào)時(shí)間持續(xù)較短，所以其非電量保護(hù)動(dòng)作信號(hào)未引發(fā)出口的跳閘情況。從這一方面可以分析出交流電串入直流回路引起的一號(hào)二號(hào)主變壓器非電量保護(hù)出口跳閘較為嚴(yán)重，而三號(hào)主變壓器位置由于里主控室較近，其控制電纜較短，分布的電容也相對(duì)較小，因此在直流電源正極接地的情況下，繼電器的分壓值并沒有達(dá)到動(dòng)作門檻電壓，其電壓計(jì)算公式如下：

根據(jù)交流電壓的計(jì)算公式可以得出交流串入直流回路的電壓引起的故障電流損失電量較小，所引起的抖動(dòng)也無法支撐繼電器的出口引發(fā)跳閘，所以其開關(guān)為發(fā)生跳閘的動(dòng)作。通常直流系統(tǒng)的正極絕緣性能較高，一般不會(huì)出現(xiàn)交流電串入直流回路的現(xiàn)象。但單一的直流耦合在跳閘繼電器的分壓較小，當(dāng)交流電串入直流正極回路時(shí)經(jīng)由跳閘出口繼電器形成回路，也就因此引發(fā)的繼電器的誤動(dòng)或拒動(dòng)情況[2]。其交流電傳入直流回路的等值回路圖示如圖2：

圖示2? 交流電串入直流回路等值回路圖示

二、防止交流電串入直流回路系統(tǒng)的有效對(duì)策建議

（一）增強(qiáng)對(duì)直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性控制

變電站設(shè)計(jì)過程對(duì)于交流、直流電纜的敷設(shè)要進(jìn)行分開設(shè)計(jì)，并采用分開式獨(dú)立電纜進(jìn)行電流傳輸，以防止交流電串入直流回路而引起接地故障。同時(shí)要將二次回路電纜轉(zhuǎn)換使用屏蔽電纜。此外，交直流端子要進(jìn)行分區(qū)布置，并采取進(jìn)行隔離端子的裝置設(shè)計(jì)，同時(shí)采用不同的標(biāo)識(shí)方式進(jìn)行予以區(qū)分，防止發(fā)生交流電串入直流回路的情況。最后非電量保護(hù)中開關(guān)場(chǎng)部分的中間繼電器必須選用強(qiáng)電直流啟動(dòng)，并使用啟動(dòng)功率較大的中間繼電器[3]。

（二）采用科學(xué)的技術(shù)手段改善直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置性能

在變電站的早期設(shè)計(jì)中通常其直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置都沒有安裝和設(shè)置防止交流電傳入直流回路系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置。因此要想避免交流電傳入直流回路系統(tǒng)的故障情況就必須要采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段改進(jìn)直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的性能[4]。確保能夠有效防止交流電串入直流回路系統(tǒng)，或能夠?qū)ζ溥M(jìn)行及時(shí)的預(yù)警警報(bào)。

（三）對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化

繼電保護(hù)裝置的交流輸入回路要在技術(shù)允許的條件下進(jìn)行隔離變壓器和濾波電容等裝置的設(shè)置，讓交流電與直流系統(tǒng)保持著有效的距離和隔斷分開，最大程度上隔離直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)之間的電氣耦合，消除交流電串入直流回路系統(tǒng)的可能[5]。

結(jié)束語：

通常情況下交流電串入直流回路系統(tǒng)的原因較為復(fù)雜，而且不易察覺，要想在根本上防止和避免交流電串入直流回路系統(tǒng)，就必須要采取技術(shù)手段和有效的措施來不斷優(yōu)化與改善變電站設(shè)備之間的阻斷和隔離，完善設(shè)備的性能和絕緣性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙峰.變電站直流電源回路故障分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018，26（29）：70.

[2]袁文，曾建平，呂后勇.變電站直流電源回路故障分析[J].湖南電力，2018，38（02）：56-59.

[3]李洪濤，牛元泰，李文文，閆明陽，杜剛.變電站交流電串入直流回路故障分析與對(duì)策[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2018，36（02）：75-78.

[4]王博. 變電站直流電源系統(tǒng)故障診斷的研究[D].華北電力大學(xué)，2018.

[5]張瑤. 變電站直流系統(tǒng)交流竄入的監(jiān)測(cè)[D].華北電力大學(xué)，2018.