交流電源竄入直流系統解決方案及具體實施

朱軍 潘婷婷

摘 要：在變電站的運行中，交流電源竄入直流系統事件屢屢發生，對繼電保護裝置、自動裝置及直流系統接入的設備造成較大的破壞。文章就解決這一問題提出具體方案，通過在不具備檢測交流電源竄入直流系統的電氣設備上加裝監測裝置，得以第一時間發現交流電竄入直流系統，進而對預防設備損壞、人身傷害、大面積停電事故發揮重要作用。

關鍵詞：交流竄入直流；危害；解決方案；具體實施

1 交流電源竄入直流系統的危害

直流電源是電力系統的重要組成部分，主要由整流裝置將交流電源變換為繼電保護及自動控制裝置需要的直流電源，并和蓄電池組成一個相互備用的直流系統。正常運行的直流系統和交流系統是相互不連通的，在實際運行過程中，由于一個屏柜內既有交流電又有直流電，供電線纜又較長，交直流端子相隔較近，因誤接線、絕緣降低等原因造成交流電源竄入直流系統，帶來以下危害：（1）引發直流系統金屬性接地，絕緣監測裝置工作異常。（2）引起廠站系統監控裝置誤發大量告警信息，而且頻繁刷新。（3）引起繼電保護裝置保護出口中間繼電器誤動、尤其是變壓器非電量保護誤動或引發直流熔絲熔斷造成全站保護拒動事故。以往國內發生的事故：2005年10月25日13時52分，內蒙古某發電公司發生一起因外委的設備維護人員在消除缺陷時，誤將交流電接入機組保護直流系統，造成運行中的三臺機、500kV兩臺聯絡變壓器全部跳閘、全廠停電的重大設備事故。2011年8月19日，陜西某330kV變電站兩臺主變高壓側斷路器交流電竄入直流系統I段母線后，在330kV斷路器操作箱屏主變非電量出口中間繼電器與電纜對地等效電容之間形成分壓，主跳回路中間繼電器動作，兩臺主變高壓側斷路器相繼跳閘，110kV母線失壓，導致其饋供的15座110kV變電站失壓，其中包括2座110kV鐵路牽引站。

2 交流電源竄入直流系統的解決方案

為防止交流電源竄入直流系統引發保護誤動，拒動以及廠站全停的惡性事故發生，2012年3月國家電網公司制定的《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》（修訂版）中的第五項“防止變電站全站停電及重要客戶停電事故”中5.1.1.18.3明確了“新建或改造的變電站，直流系統絕緣監測裝置，應具備交流竄直流故障的測記和報警功能。原有的直流系統絕緣監測裝置，應逐步進行改造，使其具備交流竄直流故障的測記和報警功能。”如何防止交流電源竄入直流系統、減小其給系統帶來的危險是各運行單位需要解決的問題，但目前直流系統中沒有檢測交流竄入專用設備，一旦出現類似問題，電網安全運行收到極大威脅。為確保第一時間發現交流電源竄入直流系統，國網蕪湖供電公司在220kV變電站實際運行中采用加裝IPM-JY-AC交流竄入檢測模塊的辦法來滿足電網安全運行的要求。加裝此檢測模塊不用更改原來設備結構，對原有系統不會產生寄生回路、無不良影響，僅需在一段直流母線增加一個檢測模塊即可。能快速發現問題并及時解決，將變電站運行風險降到最低。

3 交流竄入直流系統檢測方案具體實施

3.1 模塊功能

IPM-JY-AC交流竄入檢測模塊主要用于電力電源系統中直流母線對地交流電壓的檢測。具體功能如下：

3.1.1 模擬量檢測：檢測正、負母線對地交流電壓（50HZ）。

3.1.2 告警輸出：若正、負母線對地交流電壓超過告警門限，則產生告警并驅動干接點繼電器動作。

3.1.3 通訊功能：與上級監控通訊，上送模擬量和告警量數據，并接受監控設置命令（設置交流竄入告警門限），通訊協議為MODBUS。

3.2 工作原理

IPM-JY-AC交流竄入檢測模塊基本工作原理是提取直流母線上交流分量，進行交流電壓測量，測得的交流分量與告警門限進行比較。超出交流竄入門限輸出告警。

3.3 接線方式

IPM-JY-AC交流竄入檢測模塊接線方式如圖1所示。

3.4 檢測報警

當直流正、直流負中竄入交流電源并超過設定門限值，通過MODBUS規約接入第三方監測系統將竄入交流伏數及時通知變電站變電運維人員，還可通過硬接點上傳信號至第三方監控系統并報警。

3.5 功能校驗

將220V左右的交流電壓通過一個金膜電容（1uF/400V）接入J2端子的KM+與PE，或者KM-與PE間，其中N線接PE，見圖2。用萬用表交流檔測量KM+與PE（或者KM-與PE）間的交流電壓，若大于10V，則交流竄入檢測模塊告警燈會亮，且干接點繼電器會動作。

為避免試驗時誤將交流電源的L線接地，最好選擇逆變電源的一路試驗（跟站用380電源隔離）。當不容易區分220V交流電源的L和N時，可在N線和PE間也串入一個1uF/400V的金膜電容，見圖3。

4 結束語

隨著我國國民經濟實力的不斷提升，人們對電力供電可靠性的要求也日益趨向嚴格。作為電力系統中保護與控制用的直流系統，在變電站中不僅需要作為相關斷路器與刀閘的控制電源，同時還要作為微機保護的供電電源與動力電源。因此，在保證直流系統有專門一套監測母線絕緣的裝置外，還要求直流系統在運行過程中不允許接地或者接入其他接地性質的外電源。變電二次運檢人員必須保證直流系統的穩定運行以提高繼電保護裝置的運行可靠性。

參考文獻

[1]國家電網公司十八項電網重大反事故措施（修訂版）[M].2012.

[2]馮進兵.交流竄入直流監測系統研究[M].華北電力大學，2013.