变电站直流电源系统直流互窜与交流窜入的原因及危害

变电站直流电源系统直流互窜与交流窜入的原因及危害

孙西 ,胡纾溢 ,余晓 ,郭劲东 ,陈炯

云南电网有限责任公司昆明供电局 云南昆明  650000

摘要：直流输电线路直流互窜、交流窜入故障会破坏供电电源或直接造成保护控制设备误动，为了有效保证变电站、发电厂乃至整个电网的安全稳定运行，需要在直流系统中设置一套安全、稳定的微型计算机隔离装置，以加速直流系统故障的检测，从而加速直流系统故障的发现，提高直流系统的安全性，本文着重介绍变电站直流互窜及交流窜入故障的原因、危害分析。

关键词：变电站；直流电源系统；直流互窜；交流窜入

引言

近几年，由于变电所的直流供电系统的故障，使保护装置误动、拒动的现象不断增多，而现有的直流系统装置在发生故障时，往往难以获取精确、详尽的故障资料，缺少故障的资料支持，使故障的原因分析增加了不明朗的不确定性，使后续的处理工作缺少了科学的技术基础[1]。直流供电是二次供电的核心部件，其可靠的工作可以保证二次控制和二次保护的功能得到最大程度的提高。

1、直流电源故障分析系统

由于系统的用户地域分布较大，应用系统的软件主要是B/S（Browser/Server）结构，将数据库、应用程序和服务器等功能整合到终端上，方便系统维护、升级和功能扩充。本系统具有可供500个变电所接入的区域电力网络运行状况的监控中心。该系统对蓄电池、充电机、绝缘装置和蓄电池监控装置的工作参数进行了动态的监控和分析，对这些装置的工作状况进行了全面的分析，并能及时地检测出蓄电池、充电机的失效和不满足有关规程、反措要求的绝缘监测装置[2]。根据设备性能恶化的情况，制定维修计划，逐步实施设备的运行，从而大幅度降低设备的维修工作；保证蓄电池能够在2小时内发生故障跳闸，并可避免因直流供电的突然消失而导致的保护拒绝；通过对充电电动机的非平稳输出给电池带来的负面效应进行分析，以改善直流电源的供电可靠性；交流窜入、直流环网、电压偏差、电压起伏等多种直流接地的故障均可报警并加以解决，防止直流线路一次接地造成的保护误动。

2、直流环网与交流窜入原因分析

（1）直流环网。发生交流的主要有以下几种：一是在建设中，负载电力线路有问题，跨越两条母线，其中一条负载电力线路有两条以上，两条以上的电力线路与另外一条母线相连；逆向运行时，将负载传递到另外一条母线上，而不是切断负载的开关，导致两条母线同时提供电力，从而导致环电网；主要的保护电路都有两个供电线路，当安全性和稳定性时，只有一条线路被投入，如果两条线路同时投入，必然会造成环网；有些设备具有双通道供电，但设备内没有绝缘；同一线路的内部，由两个母线的电源线路接线处的断开造成环状网络。

（2）电流窜入。交流是一种接地方式，当交流进入直流时，必然会造成直流系统的接地，造成交流进入直流的原因有：试验供电与变电站用交流供电、PT，因操作错误、线缆磨损等因素造成，还包括UPS电源与电度计等，对于交流电源与直流电源采取的隔离存在问题导致交流窜入直流系统，引起交流窜入接地故障[3]。

3、直流环网与交流窜入危害分析

（1）直流环网。在运行过程中，由于存在着蓄电池寿命缩短、接地故障检测灵敏度降低、极差配合故障等问题，造成的故障隐患比较大，造成的影响也比较大，从而减少电池的寿命。两个电池的真实充电量与自排电量相差很大，如果采用相同的浮充方式进行充电，必然会导致一套电池充满，另一套电池则会产生一套电池的充电量，两者都会缩短电池的寿命。无论哪个电池中含有罗手电池，都必然会对两个电池产生不利的作用。所有的直流系统均设有一个用于接地探测的电路板电阻器R，而现在市面上已经有一些线用的设备，可以精确而高效的检测到对地隔离设备的阻抗，但是当电流的整定比测量的电阻值大时，设备就会发出直流的报警。当两个直流体系分别工作时，如果电阻器RD和R是一样的，则只有一组电阻器时，对地的真实变化是母线的6倍，而实际的电阻值是R。当两个直流电源都具有环网条件时，当开关k为关闭时，该直流具有2个有效的稳定桥电阻器，当RD和R是一样的时候，其对地的真实变化是母线的十分之一。考虑到这种问题，如果直流电网出现环状故障，将会使联机隔离设备的探测敏感性下降。如果直流电网短路，系统将会同时供电，而直流系统将会按照一个单一的方式来进行连接，从而导致过电压过高，导致直流电源的故障，从而加大故障的规模和严重程度。一是容易引发火灾：如果出现环电网，因为两组电池的实际能力和自身的自放能力有差别，两套直流系统会形成一个环形电流，但是，一般情况下，控制环路的电缆直径一般都很短，例如2.5-1mm2，如果有数个安培，甚至数十个电流，会使电线长时间发热，引起着火，烧坏直流。二是减少了电池的使用时间：两个电池的实际充电量和自排电量不同，如果使用同一浮充，则会造成一套电池的电量不足。因此，无论是过度充电还是欠充，都会导致电池使用寿命减少；在一组电池中，如果有一个坏的电池，就会使两个电池一起报废。三是对地的感应能力降低：每个直流输电线路都装有平衡桥电阻器R，目前市面上一些线上的隔离设备都是根据对地的变化来确定对地绝缘设备的阻抗，但是当测试的电阻值低于设定的数值时，设备就会产生直流-地报警。四是非常糟糕的合作失败：若有一组直流双极同极环网络故障，则直流系统短路时，将有2组直流供电，而直流极差组合为一组直流，因此会产生过多的跳，造成直流极差的配合失效，从而扩大了事故范围。

（2）交流窜入。直流系统接地时，直流输电线路的接地问题具有很大的危险性，一次接地就会造成保护误动，造成大范围停电。交流输电线路引起的接地故障，其原因是交流相线与直流系统汇流部分之间有一定的联系，其特点是：直流输电线路与地面供电线路相连，而交流相线进入直流电网，则会引起直流电网的故障。由于交流窜入直流的接地问题，初始的电流比较低，因此，对于交流电流进入电流的测量是非常敏感的，否则就不能及时发现故障，也就不能有效的防止事故发生。所以，DL/T1392-2014直流电力监控设备规范中，当直流系统发生交流窜点或有效值大于10V时，需要安装报警，可以有效防止交流窜入造成直流接地造成的危害[4]。

4、结语

综上所述，在保证二次控制系统中，直流输电线路的可靠度直接影响着整个系统的安全，而直流输电和交流输电都是非常重要的问题，因此，必须建立一种能够实时、完整地显示直流电网的绝缘状态的计算机监控装置，能够及时地反应出直流系统的各类接地问题，减少了故障的发生和排除的时间，为直流系统的安全运行起到了保驾护航的作用。随着电网的不断发展，越来越多的电力企业开始意识到这一问题。相应地各大电力公司都对隔离设备的技术要求也越来越高，《DL/T1392-2014直流供电设备绝缘监控设备技术条件》的推出，对微机绝缘装置提出更加严格具体的标准要求，直流系统若出现交流窜电情况，且有效值超过10V时，可以有效生成安全报警，准确地显示存储在其中的交流电流数据。如果直流电源发生了交流电流，就会发出报警信号，从而确定出特定的问题所在。

参考文献

[1]祁胜利,许常顺,魏志川.变电站交流串入直流系统危害分析及防范措施[J].电力安全技术,2014(04):60-61.

[2]徐建友,鲍晓菲,渠海涛.某110千伏变电站直流电源系统中窜入交流异常分析[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2018,023(003):43-47.

[3]刘仁杰.变电站直流电源系统直流互窜与交流窜入的原因及危害[J].魅力中国,2020(48):245.

[4]李应文,彭明智,张纯.变电站直流电源系统直流环网与交流窜入的原因及危害[J].自动化与仪器仪表,2018(7):57-60.