淺談變電站交流電串入直流回路故障分析與對策

徐文浩

摘要：隨著社會的發展和科學技術的進步以及經濟水平的提升，人們對電力能源的需求也急劇增長。在電力系統當中變電站是電力傳輸的重要組成部分。直流回路系統由于其覆蓋范圍廣、規模大以及布線復雜等原因常會發生交流電串入等故障。其直接會對繼電保護系統的運行造成影響，引起保護裝置的誤動或拒動。而一旦保護裝置發生故障會危及變電站內的設備失去必要的保護。因此必須要對其故障原因進行科學的分析，并及時采取處理措施。本篇文章主要針對變電站交流電串入直流回路故障原因以及影響進行分析，并提出一些預防和解決的建議。

關鍵詞：變電站? 交流電? 直流回路? 故障分析? 解決對策

變電站的直流回路是二次系統的控制電源，其主要的作用在于對變電站的設備、自動裝置、通訊網絡設備以及繼電保護設備提供穩定的電源供應，具有覆蓋范圍廣、接線線路復雜程度高、電纜敷設長度大等特點。當前很多變電站的直流系統設備由于受到多方面因素的影響其質量上無法做到統一規范要求，而且在長期的運行狀態下極為容易發生直流接地和短路以及交流電串入直流回路等故障。這些故障會導致變電站設備的繼電保護設備電源斷開，使其它設備失去保護性能，從而發生一些較為嚴重的故障和安全事故。交流電串入直流回路會引發嚴重的直流接地情況，交流電因直流電纜間的耦合電容以及對地分布電容而產生交變量引發繼電器抖動、失壓，進而引起保護裝置拒動，使斷路器發生跳閘現象。

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裝置出現跳閘現象，并且變電站后臺引發警報，主變壓器保護動作信號燈發生閃亮。一號、二號、三號變壓器保護裝置均發出信號燈閃亮情況。三號主變壓器的非電量保護動作未出現跳閘。經技術工作人員檢查后，觀察到一號、二號、三號變壓器在跳閘前非電量保護裝置都接收到開入信號。并且持續時間較短，非電量保護裝置無法實現即時跳閘。一號、二號變壓器非電量保護裝置在持續接收到開入信號后引發了繼電器的持續抖動和誤動，出口相繼跳閘。三號主變壓器接點抖動，但時間較短，未發生跳閘情況。按照這一情況分析，這三臺變壓器在同一時間發生非電量保護動作，其本身代表變壓器故障因素的排除，因此，從實際情況來看，很大可能是直流接地情況導致的故障。在進行排查保護室消弧線圈控制屏時發現其內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。根據這一情況可以看出消弧線圈所控制的回路故障引發了直流熔斷器的底座發熱導致融化，進而是直流正極熔斷器發生放電擊穿的情況[1]。保險被擊穿后與底部槽板導通，引起交流電串入直流回路保護動作出口跳閘的主要原因是交流電串入直流回路對電纜的分布電容引發放電，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

其直流接地導致一號、二號主變壓器的非電路保護出口發生跳閘，繼電器抖動和開關跳閘故障。按照故障發生經過的分析過程來看，三臺變壓器的運行故障主要發生在一號變壓器和二號變壓器所運行的110kV的I母，并各自帶有10kV的母線運行，三號變壓器運行主要出于110kV的 淺談變電站交流電串入直流回路故障分析與對策Ⅱ母，所以故障引發的一號、二號主變壓器非電量保護動作跳閘切斷了斷路器聯系的兩端母線負荷，而三號主變壓器的非電量保護動作斷路器并未發生跳閘的情況，其開入信號的接收是同時發送的，但由于三號主變壓器的接收信號時間持續較短，所以其非電量保護動作信號未引發出口的跳閘情況。從這一方面可以分析出交流電串入直流回路引起的一號二號主變壓器非電量保護出口跳閘較為嚴重，而三號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到動作門檻電壓，其電壓計算公式如下：

根據交流電壓的計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，所引起的抖動也無法支撐繼電器的出口引發跳閘，所以其開關為發生跳閘的動作。通常直流系統的正極絕緣性能較高，一般不會出現交流電串入直流回路的現象。但單一的直流耦合在跳閘繼電器的分壓較小，當交流電串入直流正極回路時經由跳閘出口繼電器形成回路，也就因此引發的繼電器的誤動或拒動情況[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的有效對策建議

（一）增強對直流系統設計的合理性控制

變電站設計過程對于交流、直流電纜的敷設要進行分開設計，并采用分開式獨立電纜進行電流傳輸，以防止交流電串入直流回路而引起接地故障。同時要將二次回路電纜轉換使用屏蔽電纜。此外，交直流端子要進行分區布置，并采取進行隔離端子的裝置設計，同時采用不同的標識方式進行予以區分，防止發生交流電串入直流回路的情況。最后非電量保護中開關場部分的中間繼電器必須選用強電直流啟動，并使用啟動功率較大的中間繼電器[3]。

（二）采用科學的技術手段改善直流絕緣監測裝置性能

在變電站的早期設計中通常其直流系統的絕緣監測裝置都沒有安裝和設置防止交流電傳入直流回路系統的監測和預警裝置。因此要想避免交流電傳入直流回路系統的故障情況就必須要采用先進的科學技術手段改進直流絕緣監測裝置的性能[4]。確保能夠有效防止交流電串入直流回路系統，或能夠對其進行及時的預警警報。

（三）對繼電保護和自動裝置進行優化

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

結束語：

通常情況下交流電串入直流回路系統的原因較為復雜，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，就必須要采取技術手段和有效的措施來不斷優化與改善變電站設備之間的阻斷和隔離，完善設備的性能和絕緣性能。

參考文獻：

[1]趙峰.變電站直流電源回路故障分析[J].科技經濟導刊，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策[J].內蒙古電力技術，2018，36（02）：75-78.

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

[5]張瑤. 變電站直流系統交流竄入的監測[D].華北電力大學，2018.