摘要：变电站直流系统在变电站运行中非常重要。直流系统易受到交流入侵，影响自身乃至整个变电站的运行。一旦交流入侵，可能损坏二级设备，也可能导致开关误跳，进而发生一系列事故。目前，国家对变电站交流入侵问题越来越重视。因此，本文分析了变电站直流系统交流入侵问题及其改进方案。
关键词：变电站；直流系统；交流入侵
1直流系统窜入交流的故障分析
可导致直流系统窜入交流的因素有质量问题、绝缘老化、操作失误、分布电容等。当直流系统窜入交流时，电气控制回路及保护装置会误动作，厂站监控系统会误发大量告警信息且频繁刷新，直流系统会出现金属性接地故障。对于出口继电器，控制回路的启动电缆距离较远时，随着电缆对地分布电容的增加，继电器两端的电压也相应增大。当继电器线圈承受的功率大于继电器的最小动作功率时，出口继电器将误动作。交流侵入负母线造成误动原理与此相同。交流窜入直流系统可采取以下措施：尽量不让交流分量窜入直流系统，强化对交直流二次回路馈线间隔的隔离；研发可快速检测并切除入侵交流分量的保护装置，尽量衰减交流分量的干扰值。
2变电站直流系统中的交流侵入问题
2.1低压交流侵入对变电站直流系统的影响
二次交流电源串入直流系统属于低压交流入侵，可导致母线电压出现大幅波动，50Hz时即属于异常现象。引发这种现象的原因很多，如工作人员接错断路器的发信号与联闭锁副接点、其他情况的接线失误或者一些设备绝缘性能不佳等。对于这种现象，相关人员的解决方案还不够完善。变电站的直流系统是不接地系统，一旦交流入侵，交、直流母线将叠加更大的交流电压，出现大量的交流分量。此外，交流电源火线将直接接触到直流系统的负电源。当交流分量接触正电源后，交流电压通过继电器线圈构成回路，一旦电流增大，将导致开关误跳。例如，我国华东电网的某电厂曾发生低压交流入侵事件，工作人员错误地将 220V交流电源线路接入直流电源，导致系统被入侵，使直流系统产生波动，并烧坏多个单元ID插件板，最终造成众多开关跳闸。防止交流入侵，一方面需避免交流分量串入直流，另一方面需安装保护装置，可在低压交流入侵时尽快切断线路，避免损失扩大。
2.2高压交流侵入对直流系统的影响
高压交流侵入又称为高压反击,是由于一次设备发生故障时的接地电流使接地网局部地电位升高,击穿二次回路对地的绝缘后直接进入二次系统,然后将该二次回路另一处绝缘薄弱处击穿入地,为异常地电位分流的现象。对于高压反击问题,目前只能通过减小接地网的接地电阻来缓解,直流系统本身还没有有效的防范措施。由于直流系统辐射范围广,绝缘薄弱环节多,较容易遭到高压交流侵入,直流系统遭受高压反击,往往造成二次设备损坏、保护误动或拒动、空气小开关跳闸、直流回路短路或多点接地的严重事故。
3直流系统抵御交流入侵的方案
3.1研究思路
为抵御直流系统被交流入侵，可实行钳位二极管方案。直流系统遭到交流入侵后，将导致直流回路和频率波动。若降低电压的波动频率，可降低对直流系统的影响。因此，可研究稳定直流母线对地电压来解决问题。通过安装直流二极管来优化直流母线，但需注意使用高功率、高反压性能的二极管。另外，二极管在距离一次设备一定距离外设置接地点，通过二极管钳制母线。一旦交流电压入侵，此时可释放交流分量。当直流系统正常运行时，两个二极管不导通，不影响母线的绝缘效果，也不影响线路和设备。当发生交流电压入侵时，二极管将发挥功效。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果交流串入正极电流，则通过二极管，从而导致交流回路或者小开关跳闸，切除交流分量；如果交流串入负极电流，则通过另一个二极管达到相同的抵御效果。一旦入侵的电流分量较高，二极管可发挥钳位作用，把母线对地电压控制在一定范围，促使电压稳定，从而避免交流入侵其他回路。
3.1仿真试验结果分析
为了验证这个方案的有效性,用EWB仿真程序设计了一个110V直流系统。该系统参数如下:额定直流电压为117V,母线对地绝缘电阻为500kΨ,母线对地电容为10μF,直流负荷为20Ψ,干扰源阻抗为5Ψ。110V直流系统的仿真电路如图3所示,当交流分量进入直流系统后,未装设钳位二极管时的母线对地电压波动,采用本方案装设钳位二极管后的母线对地电压。改变交流电压,发现无论串入的交流分量电压有多高,安装钳位二极管后的母线对地电压始终稳定在±110V范围内,证明了本方案能有效抑制交流电源串入直流系统后引起的异常电压波动。
3.2现场实验
以我国某变电站的现场实验为例，利用110V直流系统做实验。该直流系统中有避雷针设备，工作人员首先在其直流母线中安装二极管，然后将较老化的设备接入直流电路，用以测试交流入侵的影响。做好准备工作后，工作人员向直流电源中加入交流电压，交流电压最高达到1000V。通过实验发现，交流入侵后，二极管促使直流系统出现短路，此时保护系统将迅速切断直流电路。整个实验中，无论是高压交流入侵还是低压交流入侵，直流母线对地电压始终稳定在110V以内。实验结束后，相关人员检查直流系统中的各设备，发现设备无损害，全程未发生跳闸情况，且避雷针装置无任何异常。通过实验结果可知，钳位二极管的方案可切实、有效地抵御交流电压入侵，保护系统装置不受损害。另外，二极管售价低，实用性较强。
3.3钳位二极管方案的改进
以上方案在一定程度上能够抑制交流侵入所带来的危害，但是也存在几个致命的缺陷，如：①发生交流侵入的支路会通过二极管形成短路，若空气开关无法正常跳闸，将造成上级开关误跳或短路着火等其它事故；②安装二极管后，交流侵入的波形发生了变化，所以，设备无法根据波形准确测出交流侵入的有效值。根据以上缺点，对上述方案进行了改进。在直流系统中，安装绝缘监测装置和交流迫跳箱。其工作原理如下：用户事先在绝缘监测装置上，设定是否启用迫跳装置。当直流系统工作正常时，开关K1、K2断开。若绝缘监察装置检测到直流系统存在交流侵入故障，绝缘监察装置发出声光告警并通过干接点输出告警信号。若用户事先设定了启用迫跳箱功能，当交流侵入的有效幅值越过交流报警门限值时，绝缘监察装置通过选线功能对故障支路进行定位。
结语
随着直流系统的长期运行，馈线支路的绝缘性能会有所下降，造成直流系统接地故障，其按性质及接地形式可分为三类：阻性接地、多分支接地、有源接地。有源接地，是直流系统通过其它系统的电源发生接地故障，是最为严重的接地故障，如交流侵入就属于有源接地。本文主要分析了变电站直流系统中交流侵入的原理和交流侵入对直流系统所造成的危害，并详细研究了钳位二极管迫跳方案原理以及优缺点，并针对钳位二极管方案的缺点进行了改进，即在母线上安装了直流监察装置和迫跳箱，这对交流侵入故障的解决有一定的参考意义。
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论文作者:李敏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
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