變電站直流電源系統直流互竄與交流竄入的原因及危害

劉仁杰

（國網冀北電力有限公司唐山供電公司,河北 唐山 063000）

一、導言

近年來，在電力系統內因變電站直流電源系統出現異常而引起保護裝置誤動、拒動的事故呈上升趨勢，而目前直流系統安裝的設備在事故狀態下卻無法捕捉到準確和詳細的異常情況信息，缺乏事故數據支撐，給事故原因分析增添了許多不確定因素，導致采取的后續措施缺乏有效的技術依據。直流電源系統作為電力二次系統的關鍵構成，穩定運行能夠確保繼電保護與二次控制系統充分發揮自身關鍵作用，本文對變電站直流電源系統直流環網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

考慮到該系統用戶的分布面廣，使用人員的地理位置分散，因此，系統軟件采用B/S（瀏覽器/服務器）結構，數據庫、應用程序和服務器都集中放置在總站，方便系統維護、升級及功能的擴展。該系統可作為子系統接入地區電網狀態中心，可容納五百個變電站站點接入。直流電源故障分析系統通過監測和分析蓄電池、充電機、絕緣裝置及蓄電池監測裝置的運行參數變化趨勢，深入了解上述設備的運行狀態，及時發現蓄電池組、充電機的故障及不滿足有關規程、反措要求的絕緣監測裝置。根據裝置、設備的性能劣化程度，提出檢修建議與方案，逐步實現狀態檢修，以大大減少直流電源設備的日常維護工作量；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拒動事故；消除充電機不穩定輸出對蓄電池造成的不利影響，從而提高直流電源系統的供電可靠性；交流竄入、直流環網、電壓偏差及電壓波動等各種直流接地故障能及時告警并得到排除，以預防直流系統一點接地引起保護誤動。

三、直流環網與交流竄入原因分析

直流環網。直流互竄出現的原因一般存在如下幾種情況：施工階段，負荷電源線連接存在問題，跨接兩段母線，某個負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生連接；倒負荷操作，把某負荷轉移至另一端母線，并未將之前負荷開關進行斷開操作，致使兩段母線共同對此負荷進行供電，最終引起環網；關鍵保護回路均存在兩路電源，安全穩定情況下，僅投一路，若兩路均投勢必引起環網；部分裝置設有兩路電源，不過裝置內部并未進行隔離；相同電纜內部，分別屬于兩段母線供電電纜出線破損引起環網。電流竄入。交流電源屬于接地系統，交流竄入直流系統勢必引起直流系統出現接地情況，導致交流竄入直流系統的因素包括實驗電源與站用交流電源以及PT，由于運維工作人員接線操作錯誤、線纜磨損等因素引發，還包括UPS 電源與電度表等，對于交流電源與直流電源采取的隔離存在問題導致交流竄入直流系統，引起交流竄入接地故障。

四、直流環網與交流竄入危害分析

（一）直流環網

一是可能引起火災。當發生環網時由于兩組蓄電池的實際容量與自放電存在差異兩套直流系統之間將產生環流，但控制回路電纜線徑通常較小，如2.5mm2、1mm2，當存在幾安培甚至幾十安培環流時，電纜將長期過熱，可能引發火災，燒毀直流系統。二是縮短蓄電池使用壽命。由于兩組蓄電池的實際容量與自放電存在差異，采用相同浮充電壓充電，將導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落后電池，將同時拖垮兩套蓄電池。三是接地故障檢測靈敏度下降。每套直流系統均配有接地檢測用的平衡橋電阻R，現市場上有一部分在線絕緣裝置是通過檢測對地電壓變化量來計算對地絕緣裝置電阻，但測量電阻值小于整定值時裝置發出直流接地告警信號。四是極差配合失效。當兩套直流系統存在兩極同極環網故障時，如果直流系統發生短路故障，將由兩套直流系統提供短路電流，而直流系統極差配合是按單套直流系統配置，故會出現越級跳閘，使直流系統極差配合失效擴大事故面積。

（二）交流竄入

直流系統接地情況下，交流竄入直流系統產生的接地問題危害巨大，一點接地會導致保護誤動，有可能出現大面積停電現象。交流竄入接地。交流竄入直流系統引發接地問題，主要為交流電源相線部分位置同直流系統母線部分位置存在連接現象，特征主要為正負極對地電壓內部可以準確檢測交流電壓的存在，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，可引發直流系統出現接地情況。

交流竄入引起保護誤動的預防可見交流竄入直流系統接地故障，在早期，正負極對地電壓中交流電壓非常小，因此，檢測交流竄入直流接地故障應能具有較高的靈敏度，否則不能發現早期的交流竄入直流接地故障，也就不能有效預防交流竄入直流系統可引起大面積的停電故障。因此“DL/T1392－2014 直流電源系統絕緣監測裝置技術條件”5.5.5 中規定，當直流系統發生有效值十伏及以上交流竄電故障時需要裝置告警能有效預防交流竄入引起直流接地所帶來的危害。

五、結論

通過對上述內容進行分析研究能夠得出，直流系統的可靠性是保障繼電保護及二次控置系統安全運行的決定因素之一，直流系統互竄和交流竄入均是較為嚴重故障，所以需要有一套能實時真實全面地反映直流系統絕緣狀況的微機絕緣監測裝置，快速反映直流系統的各種接地故障，縮短了故障查找和排除的時間，為直流系統的安全運行起到保駕護航的作用。