一起交流串入直流回路引起开关误动分析

一起交流串入直流回路引起开关误动分析

刘凯

（广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞523000）

摘要：本文介绍了一起因交流串入直流回路引起220kV开关误动跳闸的事件。针对该事件，通过建立交流串入直流正极、直流负极以及继电器正端三种情况的等效电路图，深入分析交流串直流时系统各个参数对继电器误动的影响，并提出相应的防范措施。

关键词：交流；直流回路；开关；误动

0引言

直流回路是电力控制系统的重要组成部分，开关的控制主要依靠直流回路实现。当厂站发生直流接地、短路或者交流串入等故障时，会影响直流系统的正常工作，造成继电保护装置或开关的误动。交流串入直流回路时是如何造成开关误动，现场运维时应如何防止此类事件发生是本文所要分析的主要问题。

1事件介绍：

2018年6月18日，某500kV变电站主变220kV侧开关无故障跳闸。经检查发现，保护装置无动作信号，开关跳开前出现直流接地信号，现场正在进行着刀闸的辅助开关更换工作。结合故障录波图1可知，故障发生时有220V交流量串入了直流系统的负极，并通过耦合电容对直流正极也产生了影响。

图1故障录波图

结合现场的检查发现，是由于刀闸辅助接点更换时裸露的电缆芯并未做好绝缘措施，造成调压交流正电源与刀闸位置信号回路直流负端发生接触，造成交流串入直流回路。如图2所示，因交流电源是接地系统，会通过直流系统的对地电容以及电缆与直流负极之间的元件构成回路，当系统参数满足条件时会引起开关误动跳闸。下面将详细分析交流串入直流时继电器误动的原因。

图2交流串入直流回路示意图

2交流串入直流正负极

图3为交流串入直流负极时的等效电路图，其中Lj为继电器等效电感，Rj为继电器等效电阻，C3为电缆分布电容。现分析继电器两端的电压Uj，根据叠加原理Uj等于直流电源和交流电源分别单独作用时继电器两端电压和。

图3交流串入直流负极等效电路图

在直流电源UDC单独作用时如图3（b）所示，R2和C2被串扰交流电源短路掉。由于是分析直流电源作用所以C1和C3可直接视为开路，继电器两端电压为：

由上式可知，针对一个固定的继电器Rj与Lj为固定值，影响Uj变化的主要有五个参数分别为：C1（C2）、R、R1（R2）、UAC以及UDC。分析表明，Uj与UAC成强烈正相关关系，即串入的交流电源幅值越大继电器越容易误动；Uj与R1（R2）成反比关系，即正负极母线对地绝缘电阻越小继电器越容易误动；Uj与R成反比关系，即限流电阻R越大，发生继电器误动的可能越小。Uj与C1（C2）成正相关关系，即系统电容越大，发生继电器误动的可能越大。Uj与UDC成正比关系，即直流电压幅值越大继电器越容易误动。

4防范措施

通过上述交流串入直流系统不同位置时的分析，以及系统中各个参数对继电器动作的影响，并且结合厂站实际运行情况，提出以下5点防止交流串直流时引起继电器误动的措施：

（1）尽量减小继电器控制电缆的分布电容，如缩短控制电缆的距离。

（2）提高继电器的动作功率可减小交流串入时继电器误动风险。

（3）合理选择绝缘监测装置的桥电阻及提高直流系统绝缘状态可减小误动风险。

（4）减小直流系统的系统电容可降低交流串扰引起保护误动风险。

（5）提高各交流源与直流系统之间的绝缘值，在设计时需要注意交流与直流电源之间需要进行隔离处理，同时交直流电缆分层布置。

5结束语

由于二次回路的复杂性及排布问题，交流串入直流回路引起保护误动的事件时有发生。本文通过交流信号串入直流系统负极、正极及串入继电器正端三种情况的电路模型，深入分析了系统各个参数对继电器动作的影响。针对分析情况提出了5种防止误动的措施，可供设计人员在源头上把握风险，避免保护和开关误动。

作者简介：

刘凯（1988-），男，工程师，从事电网继电保护运行工作。