變電站直流電源系統(tǒng)直流互竄與交流竄入的原因及危害

劉仁杰

（國網(wǎng)冀北電力有限公司唐山供電公司,河北 唐山 063000）

一、導(dǎo)言

近年來，在電力系統(tǒng)內(nèi)因變電站直流電源系統(tǒng)出現(xiàn)異常而引起保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)的事故呈上升趨勢(shì)，而目前直流系統(tǒng)安裝的設(shè)備在事故狀態(tài)下卻無法捕捉到準(zhǔn)確和詳細(xì)的異常情況信息，缺乏事故數(shù)據(jù)支撐，給事故原因分析增添了許多不確定因素，導(dǎo)致采取的后續(xù)措施缺乏有效的技術(shù)依據(jù)。直流電源系統(tǒng)作為電力二次系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成，穩(wěn)定運(yùn)行能夠確保繼電保護(hù)與二次控制系統(tǒng)充分發(fā)揮自身關(guān)鍵作用，本文對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)直流環(huán)網(wǎng)與交流竄入的原因及危害展開探討。

二、直流電源故障分析系統(tǒng)

考慮到該系統(tǒng)用戶的分布面廣，使用人員的地理位置分散，因此，系統(tǒng)軟件采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序和服務(wù)器都集中放置在總站，方便系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)及功能的擴(kuò)展。該系統(tǒng)可作為子系統(tǒng)接入地區(qū)電網(wǎng)狀態(tài)中心，可容納五百個(gè)變電站站點(diǎn)接入。直流電源故障分析系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)和分析蓄電池、充電機(jī)、絕緣裝置及蓄電池監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)行參數(shù)變化趨勢(shì)，深入了解上述設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池組、充電機(jī)的故障及不滿足有關(guān)規(guī)程、反措要求的絕緣監(jiān)測(cè)裝置。根據(jù)裝置、設(shè)備的性能劣化程度，提出檢修建議與方案，逐步實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，以大大減少直流電源設(shè)備的日常維護(hù)工作量；確保蓄電池組具有事故跳閘和2 h 事故放電能力，防止直流電源消失引起保護(hù)拒動(dòng)事故；消除充電機(jī)不穩(wěn)定輸出對(duì)蓄電池造成的不利影響，從而提高直流電源系統(tǒng)的供電可靠性；交流竄入、直流環(huán)網(wǎng)、電壓偏差及電壓波動(dòng)等各種直流接地故障能及時(shí)告警并得到排除，以預(yù)防直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地引起保護(hù)誤動(dòng)。

三、直流環(huán)網(wǎng)與交流竄入原因分析

直流環(huán)網(wǎng)。直流互竄出現(xiàn)的原因一般存在如下幾種情況：施工階段，負(fù)荷電源線連接存在問題，跨接兩段母線，某個(gè)負(fù)荷電源線存在超過兩根的情況，超過兩根的電源線與另一段母線產(chǎn)生連接；倒負(fù)荷操作，把某負(fù)荷轉(zhuǎn)移至另一端母線，并未將之前負(fù)荷開關(guān)進(jìn)行斷開操作，致使兩段母線共同對(duì)此負(fù)荷進(jìn)行供電，最終引起環(huán)網(wǎng)；關(guān)鍵保護(hù)回路均存在兩路電源，安全穩(wěn)定情況下，僅投一路，若兩路均投勢(shì)必引起環(huán)網(wǎng)；部分裝置設(shè)有兩路電源，不過裝置內(nèi)部并未進(jìn)行隔離；相同電纜內(nèi)部，分別屬于兩段母線供電電纜出線破損引起環(huán)網(wǎng)。電流竄入。交流電源屬于接地系統(tǒng)，交流竄入直流系統(tǒng)勢(shì)必引起直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地情況，導(dǎo)致交流竄入直流系統(tǒng)的因素包括實(shí)驗(yàn)電源與站用交流電源以及PT，由于運(yùn)維工作人員接線操作錯(cuò)誤、線纜磨損等因素引發(fā)，還包括UPS 電源與電度表等，對(duì)于交流電源與直流電源采取的隔離存在問題導(dǎo)致交流竄入直流系統(tǒng)，引起交流竄入接地故障。

四、直流環(huán)網(wǎng)與交流竄入危害分析

（一）直流環(huán)網(wǎng)

一是可能引起火災(zāi)。當(dāng)發(fā)生環(huán)網(wǎng)時(shí)由于兩組蓄電池的實(shí)際容量與自放電存在差異兩套直流系統(tǒng)之間將產(chǎn)生環(huán)流，但控制回路電纜線徑通常較小，如2.5mm2、1mm2，當(dāng)存在幾安培甚至幾十安培環(huán)流時(shí)，電纜將長(zhǎng)期過熱，可能引發(fā)火災(zāi)，燒毀直流系統(tǒng)。二是縮短蓄電池使用壽命。由于兩組蓄電池的實(shí)際容量與自放電存在差異，采用相同浮充電壓充電，將導(dǎo)致一組蓄電池過充電，另一組蓄電池欠充電。從而過充電與欠充電都將縮短蓄電池的壽命；任何一組蓄電池中出現(xiàn)落后電池，將同時(shí)拖垮兩套蓄電池。三是接地故障檢測(cè)靈敏度下降。每套直流系統(tǒng)均配有接地檢測(cè)用的平衡橋電阻R，現(xiàn)市場(chǎng)上有一部分在線絕緣裝置是通過檢測(cè)對(duì)地電壓變化量來計(jì)算對(duì)地絕緣裝置電阻，但測(cè)量電阻值小于整定值時(shí)裝置發(fā)出直流接地告警信號(hào)。四是極差配合失效。當(dāng)兩套直流系統(tǒng)存在兩極同極環(huán)網(wǎng)故障時(shí)，如果直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障，將由兩套直流系統(tǒng)提供短路電流，而直流系統(tǒng)極差配合是按單套直流系統(tǒng)配置，故會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘，使直流系統(tǒng)極差配合失效擴(kuò)大事故面積。

（二）交流竄入

直流系統(tǒng)接地情況下，交流竄入直流系統(tǒng)產(chǎn)生的接地問題危害巨大，一點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，有可能出現(xiàn)大面積停電現(xiàn)象。交流竄入接地。交流竄入直流系統(tǒng)引發(fā)接地問題，主要為交流電源相線部分位置同直流系統(tǒng)母線部分位置存在連接現(xiàn)象，特征主要為正負(fù)極對(duì)地電壓內(nèi)部可以準(zhǔn)確檢測(cè)交流電壓的存在，站用交流電源同PT 零線共同連接大地，交流相線竄入直流系統(tǒng)，可引發(fā)直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地情況。

交流竄入引起保護(hù)誤動(dòng)的預(yù)防可見交流竄入直流系統(tǒng)接地故障，在早期，正負(fù)極對(duì)地電壓中交流電壓非常小，因此，檢測(cè)交流竄入直流接地故障應(yīng)能具有較高的靈敏度，否則不能發(fā)現(xiàn)早期的交流竄入直流接地故障，也就不能有效預(yù)防交流竄入直流系統(tǒng)可引起大面積的停電故障。因此“DL/T1392－2014 直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)條件”5.5.5 中規(guī)定，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生有效值十伏及以上交流竄電故障時(shí)需要裝置告警能有效預(yù)防交流竄入引起直流接地所帶來的危害。

五、結(jié)論

通過對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行分析研究能夠得出，直流系統(tǒng)的可靠性是保障繼電保護(hù)及二次控置系統(tǒng)安全運(yùn)行的決定因素之一，直流系統(tǒng)互竄和交流竄入均是較為嚴(yán)重故障，所以需要有一套能實(shí)時(shí)真實(shí)全面地反映直流系統(tǒng)絕緣狀況的微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，快速反映直流系統(tǒng)的各種接地故障，縮短了故障查找和排除的時(shí)間，為直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到保駕護(hù)航的作用。