变电站直流电源系统直流互窜与交流窜入的原因及危害

刘仁杰

（国网冀北电力有限公司唐山供电公司,河北 唐山 063000）

一、导言

近年来，在电力系统内因变电站直流电源系统出现异常而引起保护装置误动、拒动的事故呈上升趋势，而目前直流系统安装的设备在事故状态下却无法捕捉到准确和详细的异常情况信息，缺乏事故数据支撑，给事故原因分析增添了许多不确定因素，导致采取的后续措施缺乏有效的技术依据。直流电源系统作为电力二次系统的关键构成，稳定运行能够确保继电保护与二次控制系统充分发挥自身关键作用，本文对变电站直流电源系统直流环网与交流窜入的原因及危害展开探讨。

二、直流电源故障分析系统

考虑到该系统用户的分布面广，使用人员的地理位置分散，因此，系统软件采用B/S（浏览器/服务器）结构，数据库、应用程序和服务器都集中放置在总站，方便系统维护、升级及功能的扩展。该系统可作为子系统接入地区电网状态中心，可容纳五百个变电站站点接入。直流电源故障分析系统通过监测和分析蓄电池、充电机、绝缘装置及蓄电池监测装置的运行参数变化趋势，深入了解上述设备的运行状态，及时发现蓄电池组、充电机的故障及不满足有关规程、反措要求的绝缘监测装置。根据装置、设备的性能劣化程度，提出检修建议与方案，逐步实现状态检修，以大大减少直流电源设备的日常维护工作量；确保蓄电池组具有事故跳闸和2 h 事故放电能力，防止直流电源消失引起保护拒动事故；消除充电机不稳定输出对蓄电池造成的不利影响，从而提高直流电源系统的供电可靠性；交流窜入、直流环网、电压偏差及电压波动等各种直流接地故障能及时告警并得到排除，以预防直流系统一点接地引起保护误动。

三、直流环网与交流窜入原因分析

直流环网。直流互窜出现的原因一般存在如下几种情况：施工阶段，负荷电源线连接存在问题，跨接两段母线，某个负荷电源线存在超过两根的情况，超过两根的电源线与另一段母线产生连接；倒负荷操作，把某负荷转移至另一端母线，并未将之前负荷开关进行断开操作，致使两段母线共同对此负荷进行供电，最终引起环网；关键保护回路均存在两路电源，安全稳定情况下，仅投一路，若两路均投势必引起环网；部分装置设有两路电源，不过装置内部并未进行隔离；相同电缆内部，分别属于两段母线供电电缆出线破损引起环网。电流窜入。交流电源属于接地系统，交流窜入直流系统势必引起直流系统出现接地情况，导致交流窜入直流系统的因素包括实验电源与站用交流电源以及PT，由于运维工作人员接线操作错误、线缆磨损等因素引发，还包括UPS 电源与电度表等，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。

四、直流环网与交流窜入危害分析

（一）直流环网

一是可能引起火灾。当发生环网时由于两组蓄电池的实际容量与自放电存在差异两套直流系统之间将产生环流，但控制回路电缆线径通常较小，如2.5mm2、1mm2，当存在几安培甚至几十安培环流时，电缆将长期过热，可能引发火灾，烧毁直流系统。二是缩短蓄电池使用寿命。由于两组蓄电池的实际容量与自放电存在差异，采用相同浮充电压充电，将导致一组蓄电池过充电，另一组蓄电池欠充电。从而过充电与欠充电都将缩短蓄电池的寿命；任何一组蓄电池中出现落后电池，将同时拖垮两套蓄电池。三是接地故障检测灵敏度下降。每套直流系统均配有接地检测用的平衡桥电阻R，现市场上有一部分在线绝缘装置是通过检测对地电压变化量来计算对地绝缘装置电阻，但测量电阻值小于整定值时装置发出直流接地告警信号。四是极差配合失效。当两套直流系统存在两极同极环网故障时，如果直流系统发生短路故障，将由两套直流系统提供短路电流，而直流系统极差配合是按单套直流系统配置，故会出现越级跳闸，使直流系统极差配合失效扩大事故面积。

（二）交流窜入

直流系统接地情况下，交流窜入直流系统产生的接地问题危害巨大，一点接地会导致保护误动，有可能出现大面积停电现象。交流窜入接地。交流窜入直流系统引发接地问题，主要为交流电源相线部分位置同直流系统母线部分位置存在连接现象，特征主要为正负极对地电压内部可以准确检测交流电压的存在，站用交流电源同PT 零线共同连接大地，交流相线窜入直流系统，可引发直流系统出现接地情况。

交流窜入引起保护误动的预防可见交流窜入直流系统接地故障，在早期，正负极对地电压中交流电压非常小，因此，检测交流窜入直流接地故障应能具有较高的灵敏度，否则不能发现早期的交流窜入直流接地故障，也就不能有效预防交流窜入直流系统可引起大面积的停电故障。因此“DL/T1392－2014 直流电源系统绝缘监测装置技术条件”5.5.5 中规定，当直流系统发生有效值十伏及以上交流窜电故障时需要装置告警能有效预防交流窜入引起直流接地所带来的危害。

五、结论

通过对上述内容进行分析研究能够得出，直流系统的可靠性是保障继电保护及二次控置系统安全运行的决定因素之一，直流系统互窜和交流窜入均是较为严重故障，所以需要有一套能实时真实全面地反映直流系统绝缘状况的微机绝缘监测装置，快速反映直流系统的各种接地故障，缩短了故障查找和排除的时间，为直流系统的安全运行起到保驾护航的作用。