電場中二次回路所存在的故障及對策分析

穆建忠

0 引言

在絕大多數情況下，二次回路的干擾形式主要存在兩種，分別為直接干擾以及間接干擾。所謂的直接干擾，其又可以分為直流混聯以及直流接地兩種方式。而間接干擾主要指得是來自于磁場以及電廠的干擾。由于電流所產生的干擾稱之為磁場干擾，如果是通過電壓所產生的干擾稱之為電場干擾[1]。

對于間接干擾來說，其屬于固有特性，是正常現象，實際工作過程當中，無法對其進行消除。與此同時，我國目前對于間接干擾的防范措施也較為成熟。而直接干擾屬于一種不正常的現象。出現直接干擾的原因主要是人員行為以及回路本身的問題，直接干擾能夠使開關無故障跳閘，從而給整個電網的正常運作帶來極大的隱患。因此，在下面的研究當中，主要以直接干擾為例，對直流系統二次回路典型故障進行分析并且提出相應的預防措施[2]。

1 直流系統典型故障

1.1 系統接地故障

所謂的直流系統接地故障又包含了正極接地以及負極接地兩種情況。直流系統接地等效電路如圖1所示。

圖1 直流系統接地電路圖

在圖1中，C1、C2、C3分別代表對地等效電容。R1-R7代表等效電阻。在系統當中，正端電壓和負端電壓的電壓差為 220V。采用 U1、U2、U3、U4以及 U5分別代表節點 1、節點2、節點3、節點4、節點5的對電壓。 由于并聯電路，兩端電壓相等這一原理。能夠求出節點3、節點4以及節點5的對地電壓值為-110V。節點1以及節點2的對地電壓值為+110V。在直流系統當中，如果存在兩級之一接地，那么，每一個節點的電壓將會發生變化，從而出現電壓值起伏的現象。假設該系統的負極進行了接地，那么節點4以及節點5的電壓值將會發生變化趨近于零。其中節點5的電壓值趨近于零的速度將會很快。由于電壓在段時間內出現了起伏的現象，因此將會使直流系統當中的繼電器發生動作，從而出現繼電器誤動作故障，最后出現暫停供電的情況。這一現象的出現將會在很大程度上對整個電場的運行產生影響。與此同時，在直流系統的二次回路當中，存在較為復雜的電纜線交接。將會在很大程度上出現接觸錯誤的現象[3]。在加上我國自然環境的不斷變化，提高了繼電器判斷錯誤的可能性。將會嚴重影響二次回路的正常運行。

1.2 直流系統和交流220 V火線混聯

在直流系統和交流220 V混聯的時候，除了瞬態分析之外整體的簡化模型相當于一個直流系統的接地，繼電器兩端的電壓將會快速升高，最高可到達了400 V，因此將會使得直流系統二次回路產生故障。在本小節的研究過程當中，主要是針對于直流混聯穩態情況進行簡要的分析。

由于R1的值要遠遠大于其他等效電阻的總和。因此，可以進一步將圖1進行簡化，如圖2所示。

圖2 直流正極和交流220V混聯等效電路圖

其中，采用交流電壓來作為繼電器兩端的電壓，通過公式節點1與節點2兩端的電壓為：

其中ω為314。

通過公式（1）的計算能夠很明顯的看出，在R1較大的時候節點1和節點2兩端的電壓U12也相對較大。然而，電纜的長度和電容C1成正比，因此也就會使得U12兩端的電壓增大，繼電器將非常容易產生動作。針對于工頻交流電壓半波周期進行考慮，其值為10 ms。由于，對于繼電器動作電壓的維持時間不會超過10 ms。所以，可以進一步認為，如果繼電器的動作時間超過了10 ms，那么無論節點1和節電2兩端的電壓如何變化，繼電器都不會發生動作。在實際的過程當中，為了考慮繼電器節點彈簧片的動作特性，使其可靠不動，往往會需要其具有較慢的動作時間。在目前絕大多數的電場當中，無論是保護裝置還是操作箱內部的小型繼電器，在220 V電壓的情況下都會將其動作時間調至為3～7 ms之間的數值，同時具有較低的動作功率。然而，這種做法并不能對類似的事故產生防范作用。所以，需要采用相應的防范措施來進一步確保重要回路當中繼電器動作功率。使其數值大于5 W，并且動作時間不能夠太快。

在實際的生產過程當中，交流混聯故障要比直流接地故障更為嚴重。對于交流電壓來說，其不僅為220 V一個數值，也有可能是電場所使用實驗儀器的輸出電壓。所以，為了能夠更好地對交直流混聯所產生的事故進行防范，還需要從其本身進行著手[4]。

1.3 蓄電池故障

所謂的蓄電池故障，主要指的是直流系統當中的蓄電池。在直流系統當中，針對于蓄電池的選擇具有極為嚴格的標準。每一款不同型號的蓄電池，其在性能方面也會存在著很大的差異，同時也會對系統的正常運轉產生較大的影響。針對于蓄電池進行分析的過程當中，首先需要做到的就是使用相同型號的蓄電池來進行串聯，確保每一個蓄電池都具備相同的參數，并沒有本質上的差異。但是，很多的蓄電池都會存在很多的微觀不同，這些小的不同點受到工作環境的影響將會被放大。然而，在實際的工作過程中，技術人員對于蓄電池的充電都是處于一個相同條件下的，不具有針對性。因此將會在很大程度上使得蓄電池發生故障，大大的縮短了其使用壽命[5]。

其次，在電場當中，針對于蓄電池的監測方面還存在著一定的不足。我國目前絕大多數的電廠針對于蓄電池的監測只要包含電流以及電量兩個指標[6]。對于蓄電池的工作溫度以及內阻的監測還顯得極為欠缺，并不能夠做到對其內部的工作狀態進行掌握。由于監測系統的不夠完善，也就使得相應的技術人員很難對其真實的工作狀態進行掌握，在很大程度上提高了蓄電池的故障風險。一旦蓄電池發生了故障，將會對整個的電場運行產生極為重要的影響[7]。

2 電場二次回路典型故障的防范措施

2.1 對二次回路抗干擾能力進行加強

（1）在實際的電場運行過程中，需要對直流系統中重要回路內部的繼電器功率進行提高，通常情況下可以令其動作功率在5W以上。并且需要在條件允許的范圍內對繼電器動作速度進行降低。特別是失靈啟動回路當中的繼電器。

（2）針對于重要光耦隔離開入回路來說，不要使用距離較長的電纜來對進行直接的帶光耦隔離開入，需要使用功率較大的繼電器來對其進行隔離[8]。

（3）在技術人員進行設計過程當中，需要對較為重要的回路進行充分的考慮，盡可能避免對長電纜的使用。

（4）電場的相關研究人員需要加大對操作箱內跳以及合閘回路的抗干擾措施的研究力度。

2.2 避免直流接地以及直流混聯合

（1）需要針對于二次回路日常維護以及監測進行加強，從而確保在任何情況下都能夠使其達到正常的運轉需求。

（2）在電場中，相關監測人員需要在工作之前對每一個危險點進行必要的分析，并且做好相應的防護措施，杜絕一切人為原因。

（3）在電場當中，盡量避免通過一個系統來帶動較多一次間隔，在一些規模較大的電場當中，很多500 kV的升壓站，僅采用了一套系統帶兩串間隔。

（4）電場有關技術人員進行設計的過程當中，需要把交直流端子在端子排的不同區域進行布置，每一個交直流端子之間相隔一定的距離，并且需要做好明確的標識[9]。

（5）需要盡可能減少交流220V電源系統的使用，可以適當的取消保護室屏柜里面的照明功能。

2.3 蓄電池故障防范

在絕大多數的電場里面，往往會面臨蓄電池使用壽命短以及監測技術不完善等一系列特點。在這種情況下，電場不僅需要對蓄電池的合理性應用進行提升，同時還需要對整個的監控體系進行不斷完善[10]。在對蓄電池進行充電以及放電的過程當中，需要對每一個蓄電池的自身特性進行充分考慮，從而實現具有針對性的充放電。最終能夠將每一個蓄電池的使用壽命調節至最佳，從而延長使用壽命。

3 結束語

在電場的發電以及通信過程當中，直流系統往往具有極為重要的作用。伴隨著我國電力技術的不斷提高，針對于直流系統二次回路的運轉狀態也有著更高的要求。因此，本文致力于改善直流系統二次回路故障的基礎上，對系統接地故障、直流系統和交流220V火線混聯以及蓄電池故障等三個典型故障進行分析，并且由針對性的提出了相應的解決措施，為后續的發展提供了較好的理論依據。