交流电源窜入直流回路引起断路器跳闸的事故分析

王长春，赵文刚，张喜良，刘 春，姚 慧

（1.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015；2.国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110003；3.国网辽阳供电公司，辽宁 辽阳 111000；4.沈阳新生电气集团有限公司，辽宁 沈阳 110013）

交流电源窜入直流回路引起断路器跳闸的事故分析

王长春1，赵文刚1，张喜良2，刘 春3，姚 慧4

（1.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015；2.国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110003；3.国网辽阳供电公司，辽宁 辽阳 111000；4.沈阳新生电气集团有限公司，辽宁 沈阳 110013）

介绍了一起由于工频交流电源窜入直流系统引起的500 kV变电站断路器跳闸事故，对事故原因进行了分析，主要原因是交流电源窜入直流系统及控制电缆分布电容较大，并从管理和技术方面提出防范措施。

直流系统；交流干扰；分布电容；断路器跳闸

直流系统是变电站的重要组成部分，为变电站内二次设备及控制回路提供稳定的电源，其可靠性直接关系到变电站的安全稳定运行。直流系统发生短路、接地或交流电源窜入等故障将造成继电保护装置或断路器的不正确动作。在实际运行中，误接线、误触碰都将造成二次回路可靠性降低［1］。因交流电源窜入直流回路导致断路器跳闸的事故时有发生，给电网安全造成威胁。

对于500 kV变电站，由于厂区面积大，跳闸回路控制电缆较长，对地分布电容大，一旦交流电源窜入直流系统，极易引起断路器误跳闸事故。

1 事故概况

2014年5月14日，某500 kV变电站1号主变高压侧5021、5022断路器跳闸。经检查2组断路器对应的保护装置均未动作，5021、5022断路器操作箱第1组跳A、跳B、跳C指示灯亮，监控系统报文显示第1组直流接地，并伴有大量开关量变位信息，初步判断是由于直流系统故障引起的断路器无故障跳闸。该变电站500 kV 3／2接线方式如图1所示，图中虚线框内为正在扩建施工部分。

图1 一次系统图

2 故障原因分析

通过分析SOE报文，发现5021、5022断路器操作箱TJR继电器发出的“发变三跳”开关量动作呈明显的周期性，每隔20 ms，该继电器动作1次，动作周期与工频交流量一致。据此推断，断路器跳闸可能是由于直流控制回路中混入交流电源引起的。SOE报文如图2所示。

图2 SOE报文

事故发生时，变电站内有扩建工程施工，施工人员正在进行5043断路器汇控柜内二次回路作业。检查该间隔回路发现，汇控柜内有一处错误接线，将断路器“压力低禁止重合闸”的直流回路与“电机启停”的交流回路二次线交叉（汇控柜内部接线），如图3所示。

图3 汇控柜接线

当施工人员合上电源，对相关回路进行试验时，使交流电源窜入站内直流回路，引起5021、5022断路器出口继电器TJR动作，如图4所示。

图4 交流电源由负极端窜入示意图

该站500 kV第2串为不完整串，5021、5022断路器分别接入500 kVⅠ母线和Ⅱ母线。5021、5022断路器操作箱内TJR继电器由500 kV母线保护和主变保护启动。500 kV母线保护屏布置于500 kV保护室，5021、5022断路器辅助屏布置于主变保护室。2个保护室距离较远，母线保护与断路器辅助屏之间采用电缆连接（电缆长度约270 m），存在较大的分布电容，且双重化的2套母线保护均启动2组出口继电器（1TJR和2TJR），使分布电容扩大1倍。当交流电源接入TJR线圈一端时，工频电流通过TJR线圈及控制电缆的对地分布电容构成回路，使TJR继电器以工频频率抖动。

根据上述分析进行模拟试验。断开直流电源，将220 V交流电源接入TJR负极端，TJR继电器抖动，断开TJR正极端外接的控制电缆时，继电器不动作，试验回路如图4所示。将220 V交流电源接入TJR正极端，TJR继电器抖动，断开TJR负极端外接电缆时，继电器不动作，试验回路如图5所示。模拟试验过程SOE报告与事故发生时基本吻合。

图5 交流电源由正极端窜入示意图

模拟试验说明，当出口继电器一端接有足够长的控制电缆，形成较大的对地分布电容时，在另一端通入工频交流电源，该继电器会发生周期性动作。当交流电源由出口继电器的正极端窜入时，形成由其他间隔多个继电器并联再与交流窜入间隔出口继电器串联的分压回路，并联的继电器越多，窜入点的继电器越容易动作，其他间隔继电器越不容易动作，即事故范围越小。当交流电源由负极端窜入时，形成所有间隔出口继电器（包括窜入点的出口继电器）并联的回路，不产生分压作用，只要继电器正极端有足够长的控制电缆，就会动作，即事故范围会扩大。此次事故中，其他运行的断路器未跳闸的原因是因为交流电源由负极端通入，TJR继电器正极端均未经长电缆启动。

3 防范措施

此次事故是由交流电源窜入直流系统及控制电缆分布电容较大2个因素共同作用引起的，因此采取以下防范措施。

a.加强工程管理防止交流电源窜入直流系统。由直流系统故障导致的事故，很多都是因为变电站改、扩建施工及试验过程中误接线造成的。在工程设计、施工过程中，应加强对设计图纸的审核，及时纠正二次回路设计中存在的错误。交、直流端子间应留有足够的距离，并用明显的标志区分。做好对新设备二次回路的检查，用试验电源完成相关设备的整组试验，确保二次回路正确，经验收合格后，方可接入变电站直流系统电源。

在变电站试验直流电源系统中，配置绝缘监察功能，确保试验时能提前发现二次回路中存在的直流接地问题。运用科学合理的方法，迅速、准确地消除缺陷，不留隐患［2］。

b.降低控制电缆的分布电容。规范、优化控制电缆路径，避免和减少迂回，缩短电缆长度［3］。必要时，将直接启动出口继电器的长电缆用光缆代替。对于该事故变电站，还应简化母线保护跳闸回路，2套保护装置的跳闸回路应与断路器的2个跳闸线圈分别一一对应。

c.优化出口继电器回路设计及技术参数的选择。将出口中间继电器并联的消弧二极管改为RC回路，既吸收交流量抖动脉冲，又保持消弧作用［4］。

经长电缆连接的出口中间继电器的动作速度不宜过快。反措要求：“所有涉及直接跳闸的重要回路应采用动作电压在额定直流电源电压的55%～70%范围以内的中间继电器”［5］。但满足此要求仅能保证在直流系统一点接地时，中间继电器不误动，并不能防止交流电源窜入时，继电器误动。此次事故测得出口继电器的动作电压为124 V，动作时间为7.6 ms。计算出口继电器在工频交流电源作用下，确保不动作的最小动作时间为

即当继电器的动作时间大于8 ms时，可确保其不动作。再考虑其他不确定因素后，可将该时间确定为10 ms。即如果继电器的动作时间大于10 ms，可降低交、直流混电时，断路器误跳闸的概率。

4 结束语

大型变电站由于控制电缆较长，对地分布电容较大，在改、扩建工程中一旦出现错误接线，将造成交流电源窜入直流系统，很容易引起断路器误跳闸事故。针对此类事故，应从技术和管理两方面采取措施。技术方面应降低控制电缆的分布电容，提高出口继电器抗工频干扰能力。管理方面应对设计、施工、验收等各环节加强管理，避免误接线，造成交流电源窜入直流系统。

［1］程荣新.提高继电保护二次回路可靠性的对策［J］.东北电力技术，2015，36（1）：30－31.

［2］张国安.直流系统接地原因及现场查找方法的探讨［J］.东北电力技术，2001，22（1）：40－42.

［3］毛 盾.交流窜入直流系统引起保护误动分析［J］.东北电力技术，2007，28（3）：32－34.

［4］周 剑.交流量窜入直流控制回路造成保护误动的分析和对策［J］.电力自动化设备，2001，21（12）：60－62.

［5］国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施（修订版）［M］.北京：中国电力出版社，2011.

Accident Analysis on Circuit Breaker Tripping by AC Intrusion into DC

WANG Changchun11，ZHAO Wengang1，ZHANG Xiliang2，LIU Chun3，YAO Hui4
（1.Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China；2.The Maintenance Branch of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110003，China；3.State Gird Liaoyang Power Supply Company，Liaoyang，Liaoning 111000，China；4.Shenyang Xinsheng Electric Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110013，China）

DC system；AC interference；distributed capacitance；breaker tripping

TM561

A

1004－7913（2016）10－0053－03

王长春（1975），男，硕士，高级工程师，从事变电二次工程设计评审工作。

2016－08－02）

Abstrct：This paper introduces the circuit breaker tripping accident caused by the power frequency AC intrusion into DC system of 500 kV substation.The cause of this accident is analyzed，the cause of the accident has two main reasons：the power frequency AC intru⁃sion into DC system，controling distribution of the cable capacitance is large.The preventive measures from management and technology are put forward.