电场中二次回路所存在的故障及对策分析

穆建忠

0 引言

在绝大多数情况下，二次回路的干扰形式主要存在两种，分别为直接干扰以及间接干扰。所谓的直接干扰，其又可以分为直流混联以及直流接地两种方式。而间接干扰主要指得是来自于磁场以及电厂的干扰。由于电流所产生的干扰称之为磁场干扰，如果是通过电压所产生的干扰称之为电场干扰[1]。

对于间接干扰来说，其属于固有特性，是正常现象，实际工作过程当中，无法对其进行消除。与此同时，我国目前对于间接干扰的防范措施也较为成熟。而直接干扰属于一种不正常的现象。出现直接干扰的原因主要是人员行为以及回路本身的问题，直接干扰能够使开关无故障跳闸，从而给整个电网的正常运作带来极大的隐患。因此，在下面的研究当中，主要以直接干扰为例，对直流系统二次回路典型故障进行分析并且提出相应的预防措施[2]。

1 直流系统典型故障

1.1 系统接地故障

所谓的直流系统接地故障又包含了正极接地以及负极接地两种情况。直流系统接地等效电路如图1所示。

图1 直流系统接地电路图

在图1中，C1、C2、C3分别代表对地等效电容。R1-R7代表等效电阻。在系统当中，正端电压和负端电压的电压差为 220V。采用 U1、U2、U3、U4以及 U5分别代表节点 1、节点2、节点3、节点4、节点5的对电压。 由于并联电路，两端电压相等这一原理。能够求出节点3、节点4以及节点5的对地电压值为-110V。节点1以及节点2的对地电压值为+110V。在直流系统当中，如果存在两级之一接地，那么，每一个节点的电压将会发生变化，从而出现电压值起伏的现象。假设该系统的负极进行了接地，那么节点4以及节点5的电压值将会发生变化趋近于零。其中节点5的电压值趋近于零的速度将会很快。由于电压在段时间内出现了起伏的现象，因此将会使直流系统当中的继电器发生动作，从而出现继电器误动作故障，最后出现暂停供电的情况。这一现象的出现将会在很大程度上对整个电场的运行产生影响。与此同时，在直流系统的二次回路当中，存在较为复杂的电缆线交接。将会在很大程度上出现接触错误的现象[3]。在加上我国自然环境的不断变化，提高了继电器判断错误的可能性。将会严重影响二次回路的正常运行。

1.2 直流系统和交流220 V火线混联

在直流系统和交流220 V混联的时候，除了瞬态分析之外整体的简化模型相当于一个直流系统的接地，继电器两端的电压将会快速升高，最高可到达了400 V，因此将会使得直流系统二次回路产生故障。在本小节的研究过程当中，主要是针对于直流混联稳态情况进行简要的分析。

由于R1的值要远远大于其他等效电阻的总和。因此，可以进一步将图1进行简化，如图2所示。

图2 直流正极和交流220V混联等效电路图

其中，采用交流电压来作为继电器两端的电压，通过公式节点1与节点2两端的电压为：

其中ω为314。

通过公式（1）的计算能够很明显的看出，在R1较大的时候节点1和节点2两端的电压U12也相对较大。然而，电缆的长度和电容C1成正比，因此也就会使得U12两端的电压增大，继电器将非常容易产生动作。针对于工频交流电压半波周期进行考虑，其值为10 ms。由于，对于继电器动作电压的维持时间不会超过10 ms。所以，可以进一步认为，如果继电器的动作时间超过了10 ms，那么无论节点1和节电2两端的电压如何变化，继电器都不会发生动作。在实际的过程当中，为了考虑继电器节点弹簧片的动作特性，使其可靠不动，往往会需要其具有较慢的动作时间。在目前绝大多数的电场当中，无论是保护装置还是操作箱内部的小型继电器，在220 V电压的情况下都会将其动作时间调至为3～7 ms之间的数值，同时具有较低的动作功率。然而，这种做法并不能对类似的事故产生防范作用。所以，需要采用相应的防范措施来进一步确保重要回路当中继电器动作功率。使其数值大于5 W，并且动作时间不能够太快。

在实际的生产过程当中，交流混联故障要比直流接地故障更为严重。对于交流电压来说，其不仅为220 V一个数值，也有可能是电场所使用实验仪器的输出电压。所以，为了能够更好地对交直流混联所产生的事故进行防范，还需要从其本身进行着手[4]。

1.3 蓄电池故障

所谓的蓄电池故障，主要指的是直流系统当中的蓄电池。在直流系统当中，针对于蓄电池的选择具有极为严格的标准。每一款不同型号的蓄电池，其在性能方面也会存在着很大的差异，同时也会对系统的正常运转产生较大的影响。针对于蓄电池进行分析的过程当中，首先需要做到的就是使用相同型号的蓄电池来进行串联，确保每一个蓄电池都具备相同的参数，并没有本质上的差异。但是，很多的蓄电池都会存在很多的微观不同，这些小的不同点受到工作环境的影响将会被放大。然而，在实际的工作过程中，技术人员对于蓄电池的充电都是处于一个相同条件下的，不具有针对性。因此将会在很大程度上使得蓄电池发生故障，大大的缩短了其使用寿命[5]。

其次，在电场当中，针对于蓄电池的监测方面还存在着一定的不足。我国目前绝大多数的电厂针对于蓄电池的监测只要包含电流以及电量两个指标[6]。对于蓄电池的工作温度以及内阻的监测还显得极为欠缺，并不能够做到对其内部的工作状态进行掌握。由于监测系统的不够完善，也就使得相应的技术人员很难对其真实的工作状态进行掌握，在很大程度上提高了蓄电池的故障风险。一旦蓄电池发生了故障，将会对整个的电场运行产生极为重要的影响[7]。

2 电场二次回路典型故障的防范措施

2.1 对二次回路抗干扰能力进行加强

（1）在实际的电场运行过程中，需要对直流系统中重要回路内部的继电器功率进行提高，通常情况下可以令其动作功率在5W以上。并且需要在条件允许的范围内对继电器动作速度进行降低。特别是失灵启动回路当中的继电器。

（2）针对于重要光耦隔离开入回路来说，不要使用距离较长的电缆来对进行直接的带光耦隔离开入，需要使用功率较大的继电器来对其进行隔离[8]。

（3）在技术人员进行设计过程当中，需要对较为重要的回路进行充分的考虑，尽可能避免对长电缆的使用。

（4）电场的相关研究人员需要加大对操作箱内跳以及合闸回路的抗干扰措施的研究力度。

2.2 避免直流接地以及直流混联合

（1）需要针对于二次回路日常维护以及监测进行加强，从而确保在任何情况下都能够使其达到正常的运转需求。

（2）在电场中，相关监测人员需要在工作之前对每一个危险点进行必要的分析，并且做好相应的防护措施，杜绝一切人为原因。

（3）在电场当中，尽量避免通过一个系统来带动较多一次间隔，在一些规模较大的电场当中，很多500 kV的升压站，仅采用了一套系统带两串间隔。

（4）电场有关技术人员进行设计的过程当中，需要把交直流端子在端子排的不同区域进行布置，每一个交直流端子之间相隔一定的距离，并且需要做好明确的标识[9]。

（5）需要尽可能减少交流220V电源系统的使用，可以适当的取消保护室屏柜里面的照明功能。

2.3 蓄电池故障防范

在绝大多数的电场里面，往往会面临蓄电池使用寿命短以及监测技术不完善等一系列特点。在这种情况下，电场不仅需要对蓄电池的合理性应用进行提升，同时还需要对整个的监控体系进行不断完善[10]。在对蓄电池进行充电以及放电的过程当中，需要对每一个蓄电池的自身特性进行充分考虑，从而实现具有针对性的充放电。最终能够将每一个蓄电池的使用寿命调节至最佳，从而延长使用寿命。

3 结束语

在电场的发电以及通信过程当中，直流系统往往具有极为重要的作用。伴随着我国电力技术的不断提高，针对于直流系统二次回路的运转状态也有着更高的要求。因此，本文致力于改善直流系统二次回路故障的基础上，对系统接地故障、直流系统和交流220V火线混联以及蓄电池故障等三个典型故障进行分析，并且由针对性的提出了相应的解决措施，为后续的发展提供了较好的理论依据。