交流電源竄入直流回路引起斷路器跳閘的事故分析

王長春，趙文剛，張喜良，劉 春，姚 慧

（1.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；3.國網遼陽供電公司，遼寧 遼陽 111000；4.沈陽新生電氣集團有限公司，遼寧 沈陽 110013）

交流電源竄入直流回路引起斷路器跳閘的事故分析

王長春1，趙文剛1，張喜良2，劉 春3，姚 慧4

（1.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；3.國網遼陽供電公司，遼寧 遼陽 111000；4.沈陽新生電氣集團有限公司，遼寧 沈陽 110013）

介紹了一起由于工頻交流電源竄入直流系統引起的500 kV變電站斷路器跳閘事故，對事故原因進行了分析，主要原因是交流電源竄入直流系統及控制電纜分布電容較大，并從管理和技術方面提出防范措施。

直流系統；交流干擾；分布電容；斷路器跳閘

直流系統是變電站的重要組成部分，為變電站內二次設備及控制回路提供穩定的電源，其可靠性直接關系到變電站的安全穩定運行。直流系統發生短路、接地或交流電源竄入等故障將造成繼電保護裝置或斷路器的不正確動作。在實際運行中，誤接線、誤觸碰都將造成二次回路可靠性降低［1］。因交流電源竄入直流回路導致斷路器跳閘的事故時有發生，給電網安全造成威脅。

對于500 kV變電站，由于廠區面積大，跳閘回路控制電纜較長，對地分布電容大，一旦交流電源竄入直流系統，極易引起斷路器誤跳閘事故。

1 事故概況

2014年5月14日，某500 kV變電站1號主變高壓側5021、5022斷路器跳閘。經檢查2組斷路器對應的保護裝置均未動作，5021、5022斷路器操作箱第1組跳A、跳B、跳C指示燈亮，監控系統報文顯示第1組直流接地，并伴有大量開關量變位信息，初步判斷是由于直流系統故障引起的斷路器無故障跳閘。該變電站500 kV 3／2接線方式如圖1所示，圖中虛線框內為正在擴建施工部分。

圖1 一次系統圖

2 故障原因分析

通過分析SOE報文，發現5021、5022斷路器操作箱TJR繼電器發出的“發變三跳”開關量動作呈明顯的周期性，每隔20 ms，該繼電器動作1次，動作周期與工頻交流量一致。據此推斷，斷路器跳閘可能是由于直流控制回路中混入交流電源引起的。SOE報文如圖2所示。

圖2 SOE報文

事故發生時，變電站內有擴建工程施工，施工人員正在進行5043斷路器匯控柜內二次回路作業。檢查該間隔回路發現，匯控柜內有一處錯誤接線，將斷路器“壓力低禁止重合閘”的直流回路與“電機啟?！钡慕涣骰芈范尉€交叉（匯控柜內部接線），如圖3所示。

圖3 匯控柜接線

當施工人員合上電源，對相關回路進行試驗時，使交流電源竄入站內直流回路，引起5021、5022斷路器出口繼電器TJR動作，如圖4所示。

圖4 交流電源由負極端竄入示意圖

該站500 kV第2串為不完整串，5021、5022斷路器分別接入500 kVⅠ母線和Ⅱ母線。5021、5022斷路器操作箱內TJR繼電器由500 kV母線保護和主變保護啟動。500 kV母線保護屏布置于500 kV保護室，5021、5022斷路器輔助屏布置于主變保護室。2個保護室距離較遠，母線保護與斷路器輔助屏之間采用電纜連接（電纜長度約270 m），存在較大的分布電容，且雙重化的2套母線保護均啟動2組出口繼電器（1TJR和2TJR），使分布電容擴大1倍。當交流電源接入TJR線圈一端時，工頻電流通過TJR線圈及控制電纜的對地分布電容構成回路，使TJR繼電器以工頻頻率抖動。

根據上述分析進行模擬試驗。斷開直流電源，將220 V交流電源接入TJR負極端，TJR繼電器抖動，斷開TJR正極端外接的控制電纜時，繼電器不動作，試驗回路如圖4所示。將220 V交流電源接入TJR正極端，TJR繼電器抖動，斷開TJR負極端外接電纜時，繼電器不動作，試驗回路如圖5所示。模擬試驗過程SOE報告與事故發生時基本吻合。

圖5 交流電源由正極端竄入示意圖

模擬試驗說明，當出口繼電器一端接有足夠長的控制電纜，形成較大的對地分布電容時，在另一端通入工頻交流電源，該繼電器會發生周期性動作。當交流電源由出口繼電器的正極端竄入時，形成由其他間隔多個繼電器并聯再與交流竄入間隔出口繼電器串聯的分壓回路，并聯的繼電器越多，竄入點的繼電器越容易動作，其他間隔繼電器越不容易動作，即事故范圍越小。當交流電源由負極端竄入時，形成所有間隔出口繼電器（包括竄入點的出口繼電器）并聯的回路，不產生分壓作用，只要繼電器正極端有足夠長的控制電纜，就會動作，即事故范圍會擴大。此次事故中，其他運行的斷路器未跳閘的原因是因為交流電源由負極端通入，TJR繼電器正極端均未經長電纜啟動。

3 防范措施

此次事故是由交流電源竄入直流系統及控制電纜分布電容較大2個因素共同作用引起的，因此采取以下防范措施。

a.加強工程管理防止交流電源竄入直流系統。由直流系統故障導致的事故，很多都是因為變電站改、擴建施工及試驗過程中誤接線造成的。在工程設計、施工過程中，應加強對設計圖紙的審核，及時糾正二次回路設計中存在的錯誤。交、直流端子間應留有足夠的距離，并用明顯的標志區分。做好對新設備二次回路的檢查，用試驗電源完成相關設備的整組試驗，確保二次回路正確，經驗收合格后，方可接入變電站直流系統電源。

在變電站試驗直流電源系統中，配置絕緣監察功能，確保試驗時能提前發現二次回路中存在的直流接地問題。運用科學合理的方法，迅速、準確地消除缺陷，不留隱患［2］。

b.降低控制電纜的分布電容。規范、優化控制電纜路徑，避免和減少迂回，縮短電纜長度［3］。必要時，將直接啟動出口繼電器的長電纜用光纜代替。對于該事故變電站，還應簡化母線保護跳閘回路，2套保護裝置的跳閘回路應與斷路器的2個跳閘線圈分別一一對應。

c.優化出口繼電器回路設計及技術參數的選擇。將出口中間繼電器并聯的消弧二極管改為RC回路，既吸收交流量抖動脈沖，又保持消弧作用［4］。

經長電纜連接的出口中間繼電器的動作速度不宜過快。反措要求：“所有涉及直接跳閘的重要回路應采用動作電壓在額定直流電源電壓的55%～70%范圍以內的中間繼電器”［5］。但滿足此要求僅能保證在直流系統一點接地時，中間繼電器不誤動，并不能防止交流電源竄入時，繼電器誤動。此次事故測得出口繼電器的動作電壓為124 V，動作時間為7.6 ms。計算出口繼電器在工頻交流電源作用下，確保不動作的最小動作時間為

即當繼電器的動作時間大于8 ms時，可確保其不動作。再考慮其他不確定因素后，可將該時間確定為10 ms。即如果繼電器的動作時間大于10 ms，可降低交、直流混電時，斷路器誤跳閘的概率。

4 結束語

大型變電站由于控制電纜較長，對地分布電容較大，在改、擴建工程中一旦出現錯誤接線，將造成交流電源竄入直流系統，很容易引起斷路器誤跳閘事故。針對此類事故，應從技術和管理兩方面采取措施。技術方面應降低控制電纜的分布電容，提高出口繼電器抗工頻干擾能力。管理方面應對設計、施工、驗收等各環節加強管理，避免誤接線，造成交流電源竄入直流系統。

［1］程榮新.提高繼電保護二次回路可靠性的對策［J］.東北電力技術，2015，36（1）：30－31.

［2］張國安.直流系統接地原因及現場查找方法的探討［J］.東北電力技術，2001，22（1）：40－42.

［3］毛 盾.交流竄入直流系統引起保護誤動分析［J］.東北電力技術，2007，28（3）：32－34.

［4］周 劍.交流量竄入直流控制回路造成保護誤動的分析和對策［J］.電力自動化設備，2001，21（12）：60－62.

［5］國家電網公司.國家電網公司十八項電網重大反事故措施（修訂版）［M］.北京：中國電力出版社，2011.

Accident Analysis on Circuit Breaker Tripping by AC Intrusion into DC

WANG Changchun11，ZHAO Wengang1，ZHANG Xiliang2，LIU Chun3，YAO Hui4
（1.Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China；2.The Maintenance Branch of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110003，China；3.State Gird Liaoyang Power Supply Company，Liaoyang，Liaoning 111000，China；4.Shenyang Xinsheng Electric Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110013，China）

DC system；AC interference；distributed capacitance；breaker tripping

TM561

A

1004－7913（2016）10－0053－03

王長春（1975），男，碩士，高級工程師，從事變電二次工程設計評審工作。

2016－08－02）

Abstrct：This paper introduces the circuit breaker tripping accident caused by the power frequency AC intrusion into DC system of 500 kV substation.The cause of this accident is analyzed，the cause of the accident has two main reasons：the power frequency AC intru?sion into DC system，controling distribution of the cable capacitance is large.The preventive measures from management and technology are put forward.