變電站直流系統(tǒng)接地對繼電保護的影響

姜傳霏等

摘 要：電力產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要支撐，它的發(fā)展直接關系到社會主義現(xiàn)代化建設的前進步伐。近年來，我國電力產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)了高速發(fā)展態(tài)勢，特別是智能變電站建設取得了一定的成果。智能變電站建設過程中，直流系統(tǒng)也愈來愈受到關注，它不但可以為電力系統(tǒng)運作提供穩(wěn)定供電，并且可以充當電力保護裝置的直流電源。基于此，文章分析了變電站直流系統(tǒng)接地對繼電保護的影響，提出了相關觀點，以供參考。

關鍵詞：變電站；直流系統(tǒng)；繼電保護

引言

對于電力系統(tǒng)而言，直流系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用。直流系統(tǒng)具備了獨立性電源，同時還具備相關充電設備。因此，在電力系統(tǒng)正常運作時，直流系統(tǒng)可保證供電安全，為相關裝置如短路器、遠程控制裝置等提供穩(wěn)定電力。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，直流系統(tǒng)依然可保證電力維護裝置供電[1]。直流系統(tǒng)接地主要是指直流電源實際運行時某一點與地面接觸，可能會造成電源短路或保險絲熔斷，從而影響到繼電保護系統(tǒng)乃至整個電力系統(tǒng)正常運行。因此，在直流電源運作時需要對直流接地進行細致化檢查，避免出現(xiàn)意外事故。

1 繼電保護系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)長時間負荷運載，而且易受到自然因素影響，出現(xiàn)故障是不可避免的。當電力系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時，繼電保護系統(tǒng)將發(fā)揮保護作用，在最短時間內(nèi)將故障設備從系統(tǒng)中切斷，并及時反饋相關監(jiān)控人員，以預防設備損壞。線路出現(xiàn)問題時，將會造成系統(tǒng)出現(xiàn)超負荷，導致電壓異常或電機出現(xiàn)短時間失磁。繼電保護系統(tǒng)可對電力系統(tǒng)實時運行狀態(tài)進行有效監(jiān)控，當某個電力元件出現(xiàn)問題時，繼電器將被觸發(fā)，使故障元件轉(zhuǎn)變?yōu)榉枪ぷ鳡顟B(tài)，讓其脫離電力系統(tǒng)，避免危害[2]。總之，繼電保護系統(tǒng)為電力系統(tǒng)運行提供了一個相對穩(wěn)定的環(huán)境，是電力系統(tǒng)安全運行的重要基礎。

2 直流系統(tǒng)接地對繼電保護影響分析

2.1 點接地影響

直流系統(tǒng)點接地影響主要分為兩點接地影響及單點接地影響，具體如下：（1）兩點接地影響。直流電源實際運行過程中，會受到外界環(huán)境影響，造成電源兩端線路與地表連接，并導致保護設備失電。直流電源兩端接地時，由于線路電流未經(jīng)過電源兩端的高阻值電阻，電流值便會上升。接地兩點與地表及繼電器組成了一個完整回路，那么上述高值電流會直接進入繼電器，造成繼電器超負荷工作。若電流值超過額定電流范圍，將導致繼電器元件出現(xiàn)故障。假設故障未被及時發(fā)現(xiàn)，繼電器就會長期高負荷工作，最終燒毀跳閘電圈，使繼電設備損壞。除短路外，二點接地還會導致繼電器拒動、誤動。（2）單點接地。某些情況下，單點接地也會使繼電器出現(xiàn)故障，影響電力系統(tǒng)正常運行。一點接地之所以會造成繼電器出現(xiàn)誤動，主要由于直流母線對地電容所造成。多數(shù)變電站內(nèi)，繼電保護相關設備由微機操控，自動化設備及微機監(jiān)控設備主要經(jīng)直流供電。微機接入系統(tǒng)后，將促使整體直流負載下降，然而相關微機設備需要憑借DC/DC電源模塊才能保證穩(wěn)定供電。上述電源模塊通常采用5V、12V、24V輔助工作電源，并且需要一定的EMI抗干擾措施[3]，以防開關電源與設備受到噪聲源影響。具備EMI的電路在正對地與負對地之間存在電容，并且電源設備數(shù)量較多。當這些電容匯集于直流系統(tǒng)中，將導致對地電容大幅度上升。上述情況下，即便是單點接地也會造成電容產(chǎn)生較大充放電電流，并對繼電器產(chǎn)生沖擊作用，導致繼電器發(fā)生瞬間誤動。

2.2 正接地影響

若直流系統(tǒng)出現(xiàn)正接地，會造成繼電保護裝置出現(xiàn)誤動。通常情況下，電力系統(tǒng)保護動作均由電源負極觸發(fā)。當電源正極接地時，會使得跳閘線圈與電源負極出現(xiàn)電源一致的情況，并且線圈上存在的負極電荷會造成跳閘項圈也帶有負電，造成繼電器觸發(fā)。上述情況不但未給予電流有效保護，而且還影響到了電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

2.3 負接地影響

直流電源負極與地面接觸時，形成負極接地。負極接地與正極接地存在顯著區(qū)別，電源負極接地時會使跳閘線圈出現(xiàn)短路。而跳閘線圈出現(xiàn)短路就會降低電力系統(tǒng)的電力感知能力，使相關元件失去原本的作用，系統(tǒng)也無法對元件故障進行準確判別。上述情況下，由于繼電器無法判斷元件是否存在故障，便會拒絕觸發(fā)，相關設備也就無法得到正常保護。

2.4 對地電壓影響

直流系統(tǒng)接地時，可能會造成對地電壓過高，此時若存在對地電容，將產(chǎn)生嚴重的安全隱患。對于存在繼電保護的直流系統(tǒng)而言，直流電壓絕緣并不能與對地絕緣劃上等號。在實際監(jiān)測過程中，絕緣監(jiān)視儀內(nèi)部直流母線正負對地均接有數(shù)值在100K以上的采樣電阻。以往的監(jiān)測系統(tǒng)主要利用平衡橋原理進行監(jiān)控，在直流母線中會置入一個橋電阻接地網(wǎng)絡，來實現(xiàn)接地監(jiān)控。其中點接一個直流小電流繼電器，電阻值為15K，繼電器另一端接地。由于直流系統(tǒng)對地電阻相對偏低，所以在直流系統(tǒng)中繼電器內(nèi)阻遠小于15K時，出現(xiàn)直流單點接地，繼電器上分壓遠小于其動作電壓[4]。此時，絕緣檢測電橋電阻并不會對繼電器誤動產(chǎn)生影響。平衡橋檢測電阻阻值較小，對地電壓也會保持較為穩(wěn)定的狀態(tài)。換句話說，僅當直流系統(tǒng)電阻下降幅度較大時才會對對地電壓產(chǎn)生影響。如今，這一情況已經(jīng)發(fā)生改變，小功率繼電器應用范圍不斷擴大，內(nèi)阻也有一定程度提升。同時，微機監(jiān)測所需要的橋電阻阻值也在不斷增加，對地電壓平衡會受到影響，穩(wěn)定性有所缺失。

2.5 對地電容影響

對地電容可對直流母線共模干擾進行有效控制，保證了相關設備正常工作。設備內(nèi)部存在對地電容，并且在空氣開關當中存在過載動作元件，還有過流動作元件，可將這種結(jié)構視作為電流繼電器。若直流母線正極存在沖擊突波，突波電流會經(jīng)過空氣開關正極動作線圈。此時，突波電壓基本上會加載于動作線圈上，造成瞬時功率過大，會對空氣開關正常動作產(chǎn)生影響，造成誤動。

3 相關防范措施

首先，應當加強相關管理工作。對直流電源及直流回路進行全程化管理，從設計、調(diào)試直至直流改造工作需嚴格按照相關標準執(zhí)行。對運行維護管理工作給予充分重視。對支路直流系統(tǒng)絕緣狀態(tài)進行定期檢查。再者，對相關技術環(huán)節(jié)進行優(yōu)化。直流電源容量篩選要達到事故時最大沖擊負荷要求。在直流熔斷器配置及回路配置過程中，需要消除寄生回路，同時強化保護功能冗余度。對自動小開關與熔斷器配合關系進行確認，保證兩者符合幅值關系及時間關系。對支路跳閘回路進行檢查，先將支路斷路器閉合，再取下支路電源熔斷器，于負荷側(cè)進行正負極短接，觀察絕緣電阻能否達標。直流操作與信號負荷需保持相對獨立性，由專用熔斷器供電，防止控制回路出現(xiàn)故障。在故障檢測過程中，應該嚴格控制大功率便攜式接地儀使用，避免交流電壓與直流系統(tǒng)串入。提升繼電器抗干擾能力，盡可能降低直流系統(tǒng)對地分布電容值。

4 結(jié)束語

綜合來看，變電站直流系統(tǒng)接地對繼電保護會產(chǎn)生多方面影響。為保證繼電保護裝置充分發(fā)揮作用，需結(jié)合實際運行環(huán)境及裝置狀態(tài)，采取針對性措施進行有效防范，避免線路短路，為電力系統(tǒng)運行提供一個良性環(huán)境。

參考文獻

[1]李林芝，王小飛.直流接地對繼電保護裝置的影響分析[J].硅谷，2013，14：30+29.

[2]張永生，胡旭東，王偉，等.變電站直流系統(tǒng)接地故障分析[J].電力安全技術，2012，1：49-50.

[3]羅長兵.直流系統(tǒng)分布電容對繼電保護的影響[J].云南電力技術，2012，4：62-63.

[4]南海軍.電力系統(tǒng)繼電保護裝置直流接地問題的防范[J].電子技術與軟件工程，2015，6：241.