变电站直流系统中交流侵入问题的分析及策略
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【摘 要】电力行业的发展使我国快速进入现代化发展阶段。变电站依靠多种设备工作，其中变电站直流系统至关重要。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。
【关键词】变电站直流系统;交流侵入问题;分析及策略
引言
我国电力行业的快速发展离不开国家经济的大力支持和政策扶持。发电厂保护控制系统中，各保护屏和控制柜内都需要直流电源和交流电源，尤其在装机容量大的发电厂中，直流系统覆盖范围更广。当直流电缆与交流电缆布置接近时，直流系统易发生交流窜入故障。
1变电站直流系统中的交流侵入问题
（1）低压交流侵入对变电站直流系统的影响，变电站直流系统可能遭到低压交流入侵，也可能遭到高压交流入侵，两种入侵方式均危害直流系统。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。同时，交流入侵可能干扰变电站的一些自动化装置甚至损坏设备。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）高压交流侵入对变电站直流系统的影响，如果变电站的设备出现问题，接地网局部电位将升高，直流回路将与故障地点形成电位差。一旦电位差增大，可能击穿二次回路，并再次击穿其他绝缘薄弱处，导致电位分流异常，使高压电流进入直流系统。直流系统受到高压交流的入侵，可能使电流通过小开关，导致小开关跳闸。如果被入侵的设备是保护性设备，那么可能造成继电保护装置损坏而无法发挥保护作用，进而导致损害二次设备，加大事故的严重性。例如，我国某变电站曾发生高压交流入侵事故，直接导致220kV的控制直流消失，直流系统熔丝被烧断，同时由于系统中的开关未尽快切断故障电流而发生起火现象，造成全站停电。
2直流系统抵御交流入侵的方案
2.1改造项目实施方案的确定
CK-JDC绝缘监测装置负责直流电源的信号采集分析、运行逻辑判断、人机交互等智能功能，CK-FJL主动式交流窜入保护装置负责系统形成短路电流，迫跳切除故障支路，保护直流系统安全稳定运行。主动式交流窜入保护装置，在直流绝缘监测装置功能基础上增加了交流故障的主动处理功能。电气维护人员可在绝缘监测装置上设置是否启动主动式交流窜入保护装置和是否允许迫跳分支。直流电源运行正常时，Q1、Q2断开，当直流系统发生交流电源对直流系统金属性窜入且交流电有效幅值超过装置内设定的交流报警限定值时，干节点或外部通信协议输出报警，绝缘监测装置发出声光报警，通知远程运行及维护人员及时处理。保护装置根据设定的迫跳允许条件，启用主动式交流窜入保护功能，自动切除交流窜入故障源，对故障进行有效隔离。直流系统绝缘监测装置负责采集母线电压，在支路漏电流等信息经装置内部软硬件处理分析后，输出当前直流电源系统对地电压、绝缘阻值、交流侵入等运行数据和异常状态，并带有按键和液晶显示屏，便于人机交互。主动式交流窜入保护装置具有以下安全特点：人工启动是否迫跳;人工设定可迫跳支路;接触器短时闭合，动作互锁，接触器闭合条件限制在交流窜入幅值为220V，闭合时间限制在3s，增强投切接触器的安全性。
2.2仿真实验
为验证此方案的可行性，需模拟实验，分析结果。交流电压入侵时，利用EWB仿真程序设计仿真实验，以验证二极管方案的有效性。该实验采用110V的直流系统，额定直流电压117V，母线对地电容10μF。首先，在未安装二极管的直流系统中操作。交流进入直流系统后，电压出现较大浮动。其次，在直流母线中安装二极管，母线对地电压变得较为平稳。当电流中持续串入更高的交流分量时，电压基本未超出110V。可见，二极管方案可有效防止直流系统产生电压波动。
2.3交直流保护的配合
在开展交直流混联电网中交流暂态侵入对直流继电保护动作的影响分析工作时，需要相关人员对其中的交直流保护的配合问题进行相应的分析与考虑，确保直流继电保护动作有效性。具体表现为：（1）交流暂态侵入直流系统后，可能会使该系统中出现触发角增大、直流电压降低等暂态电气特征。若这些暂态特征持续时间长，则会影响直流继电保护功能，且系统中的设备工作性能会受到潜在威胁。（2）基于交流暂态侵入的影响，若交直流混联电网中的直流与交流保护动作之间配合不当，则会影响直流继电保护动作的实际作用效果。因此，需要通过对直流继电保护方面动作延时的有效设置，确保交直流动作间的配合有效性。
2.4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。
2.5关于钳位二极管的问题
通过钳位二极管的方案抵御交流入侵，相关人员还需注意以下三方面问题。第一，注意二极管的接地点不能离一次设备较近。较近的位置接地电阻较大，一旦交流入侵，可能提供通路。较好的位置是继保室直流屏的接地处，有利于更好地发挥二极管的作用，保障直流母线的对地电压稳定。第二，二极管的选用。工作人员需將正、负对地二极管串联，避免其被击穿，同时需耐压性高，如电流1000A、耐压5000V的二极管。工作人员可选用3～10个电流、电压较大的二极管接入直流母线中，促使其更好地发挥作用。第三，虽然二极管方案具有一定作用，但在预防高压交流入侵时不能完全阻挡高压反击。因此，相关人员需进一步研究高压入侵问题，如降低接地网电阻，提高二次回路对地绝缘性等。
结语
通过实验设计和验证过程可知，在直流系统中安装二极管可有效减少交流入侵的危害，且其可行性高，实用性强，操作方便。
参考文献：
[1]张勇.变电站直流系统运行维护及对策[J].电工技术，2018，（15）：91-92.
[2]王由甲，钱学鹏.变电站直流系统运行管理的优化[J].科技风，2018，（22）：172.
[3]任杰.近电气距离大规模风电与直流系统运行耦合机理研究[D].北京：华北电力大学，2015.
（作者单位：国网漳州供电公司）
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