交流竄入直流系統的檢測建議

雷立超，薛小平，王 健

（1.雅礱江流域水電開發有限公司錦屏水力發電廠，四川省西昌市 615000；2.雅礱江流域水電開發有限公司官地水力發電廠，四川省西昌市 615000）

交流竄入直流系統的檢測建議

雷立超1，薛小平2，王 健1

（1.雅礱江流域水電開發有限公司錦屏水力發電廠，四川省西昌市 615000；2.雅礱江流域水電開發有限公司官地水力發電廠，四川省西昌市 615000）

為加深對交流電源竄入直流系統后的危害認識，結合某電廠一起現場交流竄入直流系統實例，以現場所涉及設備的真實測量參數為基礎，通過Multisim軟件仿真，還原了故障發生時的狀態，并對于交流竄入直流系統的現象、特征以及各變量的影響進行了探索。結果表明：交流竄入直流系統單極后，直流系統正負間電壓未受影響，接地點的分布電容、電感、電阻對竄入直流系統的交流電壓及直流系統對地電壓產生了不同影響，由此也間接證明了交流竄入直流系統的復雜性。本文對于交流竄入直流系統的現場實例的現象、數據仿真過程及結果、依據結果提出完善建議進行了詳細描述，為現場直流系統運行維護管理提供一些有益的建議。

直流系統；交流竄入直流系統；仿真

0 引言

眾所周知，直流系統為控制系統、一次回路的操作提供工作電源。電廠能否安全、穩定運行在很大程度上取決于直流系統是否穩定、可靠。直流系統常見故障之一為系統接地。直流系統接地故障有兩種情況：一種為直流系統正、負極直接接地，另一種為交流混入直流引起直流系統接地。直流系統接地故障中，交流電源竄入直流系統引起的接地故障危害最大，一點接地即可引起保護誤動[1]。

鑒于交流電源竄入直流系統的極大危害，國家能源局2014年4月下發的《防止電力生產事故的二十五項重點要求》[2]中，要求新建或改造的變電站、直流電源系統絕緣檢測裝置，應具備交流竄直流故障的測記和報警功能。原有的直流電源系統絕緣檢測裝置，應逐步進行改造，使其具備交流竄直流故障的測記和報警功能。目前國內多數電廠直流系統尚未進行絕緣監測裝置改造，對于交流竄入直流引發的故障，只能單一采用人工排查手段。

為加深對交流竄入直流后的危害認識，預控交流竄入直流系統故障，本文分析了一起現場交流竄入直流系統實例，并通過Multisim軟件仿真，對于交流竄入直流系統的現象、特征以及各變量的影響進行了探索，為現場直流系統運行維護管理提供一些有益的建議。

1 某電廠交流竄入直流系統引起頻繁報警分析

該電廠為新投運電廠，安裝調試期間，2號機組220V直流饋電分屏絕緣監測儀頻繁瞬報“一段母線正極接地”，未報出具體支路接地信息。依據絕緣監測裝置檢測功能，要報出具體支路接地信息，大約需要10s的時間。因此，無法依據此報警判斷是支路接地還是母線接地。相應也無法通過人工排查手段判斷故障來源。

后偶然在檢查2號機組調速器油壓裝置2號泵運行無反饋故障時發現，調速器油壓裝置2號油泵、輔助油泵加載閥回路交流220V的L線經交流電磁閥線圈接入直流220V（正極）。分析原因為1號泵、2號泵以及輔助泵加載閥電源設計為直流220V控制，但由于廠家所供加載電磁閥為交流電磁閥，故改為220V交流電源控制。在改線過程中，只對1號泵進行了改線，而未對2號泵、輔助泵進行改線，造成2號泵、輔助泵的加載閥電源本應接交流N線，卻接入了直流220V的正極，導致交流電竄入了直流系統。

調速器泵出口加/卸載閥動作邏輯為：得電卸載，失電加載。控制邏輯為：泵啟動運行后，得電卸載，4s后失電加載；達到停泵條件時，發出停泵令，同時加/卸載閥得電，7s后失電加載。因此，在泵啟停階段導致機組220V直流系統頻報“控母一正接地報警”，即在加/卸載閥得電時，有交流電竄入直流系統正極。絕緣監測儀報警時間與泵啟停時間對照見表1。

表1 直流系統絕緣監測儀報警事件與CCS上泵啟停動作的對照表

經后續整改，直流系統上絕緣監測儀未再報出報警信息，確認此次直流系統頻繁瞬報直流系統正接地報警的原因為交流電源竄入直流系統正極造成。

2 交流電源竄入直流系統仿真及結果

目前交流竄入直流系統相關文獻多數著重分析繼電器誤動后的危害，較少描述交流竄入直流系統本身的特性及現象。結合此次實例，運用Multisim軟件建立模型進行仿真，探索各變量對交直流電壓的影響，有利于預控交流竄入直流系統故障。

故障點一旦確立，等效電阻及等效電感基本就確定了，而直流系統對地分布電容情況是直流系統越大，回路越復雜，所接設備越多，靜態型保護裝置越多，控制電纜越長，分布電容越大。直流系統用等值模型進行等效分析，分析直流系統時所采用的等值模型如圖1所示。

圖1 交流竄入直流系統等效仿真圖

圖1 中，R1、R2為絕緣檢測裝置平衡橋電阻；R3、R4為直流系統正負極對地絕緣電阻；R5為電磁閥等效電阻；L1為電磁閥線圈電感；C1、C2為正負極對地電容；C3為電磁閥線圈和直流正極母線間電纜對地電容；E為直流電源電動勢。根據裝置說明及實測結果，R1=R2=30kΩ，R3=R4=1MΩ，R5為462.5Ω。根據相關材料計算[3]，C3取值0.298μF/km×0.5km=0.15μF=150nF，L取值范圍為0.2～20H，暫取2H；C1、C2取等值25μF。交流電源設置參數為220V，50Hz單相電源。

通過仿真得知，在交流電源竄入直流系統正極后，萬用表XMM1顯示直流電壓為232V，交流電壓0V；萬用表XMM2顯示直流電壓為3.571V，交流電壓19.123V；萬用表XMM3顯示直流電壓為－228.429V，交流電壓19.123V。示波器XSC1顯示，在直流系統正極中測得交流分量：頻率50Hz，峰值為30.614V，谷值為－23.472V，波形見圖2。

相關試驗數據見表2。

圖2 直流系統正極竄入交流分量波形

表2 交流竄入直流系統正極仿真結果

仿真試驗還原了此次交流竄入直流系統正極的故障，對于分析結果有了直觀的數據支撐。根據仿真結果可得以下幾個結論：

（1）交流竄入直流系統正極后，直流系統正負間電壓差未受影響，只有通過測量正負母線對地電壓，才能判斷直流母線的運行狀況。

（2）接地點分布電容影響竄入直流系統的交流分量，電容值越大，即接地點越遠，交流分量越小。

（3）接地電阻值及影響交流分量，又影響直流量。接地電阻值越大，交流分量影響越小，直流對地電壓越大；即接地電阻值越小，交流分量影響越大，對直流單極對地電壓影響越大。

（4）交流竄入直流系統的電感對交流分量有抑制作用，但對于直流分量無影響，即電感值越大，交流分量影響越小，反之交流分量影響越大。

3 結束語

交流竄入直流系統危害大，且依據仿真結果，可發現交流竄入直流系統比直流系統正、負極直接接地更難查排。為保障電廠直流系統的安全穩定運行，結合以上分析，建議如下：

（1） 新投電站應加強設備安裝期管理，確保圖、實相符，杜絕因錯誤接線而引起交流竄入直流系統隱患。

（2）嚴格執行《防止電力生產事故的二十五項重點要求》，絕緣檢測儀增加交流電源竄入直流系統的測記、報警和選線功能。

（3）不能測記交流電源竄入直流系統的直流絕緣監測儀，應要求具備正、負對地直流電壓波形數據存儲功能，且至少保證24h，以便于故障查找。

（4）后續定期檢修工作中，對于直流負荷側設備的元器件及控制電纜的絕緣狀況，應有數據記錄和對比，發現絕緣狀況變化，應及時采取處理措施。

[1] 孟凡超，高志強，楊書東. 交流竄入直流回路引起開關跳閘的原因分析［J］.繼電器，2007，35（14）：77-78.

[2] 國家能源局關于印發《防止電力生產事故的二十五項重點要求》的通知,國能安全〔2014〕161號.

[3] 馮進兵. 交流竄入直流檢測系統研究［D］.北京：華北電力大學，2013.

[4] 邱健斌. 工頻交流竄入直流系統引起誤動的分析與處理［D］.廣州：華南理工大學，2013.

[5] 尉鑌.交流竄入直流系統故障的試驗與研究.電力工程，2013,（3）：29-31.

雷立超（1985—），男，助理工程師，主要研究方向：大型水電廠自動控制檢修維護。E-mail：leilichao@ylhdc.com.cn

薛小平（1975—），女，工程師，主要研究方向：大型水電廠自動控制檢修維護管理。E-mail：gaoxia126@126.com.cn

王 健（1991—），男，主要研究方向：大型水電廠自動控制檢修維護。E-mail：wangjian@ylhdc.com.cn

Communication into the Detection of AC Intrusion into DC System

LEI Lichao1, XUE Xiaoping2, WANG Jian1
(1.YALONGJIANG River basin Hydropower development corporation JINPING Hydroelectric power station, Xichang 615000, China;2.YALONGJIANG River basin Hydropower development corporation GUANDI Hydroelectric power station, Xichang 615000, China)

To deepen understanding of the harm AC intrusion into DC system, combined together in a power plant site AC intrusion into DC system to the real measurement parameters involved in the site device. In real the measurement parameters based, by Multisim simulation software, restoring the state when the failure occurred. And for AC intrusion into DC system phenomena, characteristics, and explores the effects of the variables. The results showed that:After the AC intrusion into DC system Unipolar,DC system between the positive and negative voltage is not affected.Ground of distributed capacitance,inductance, resistance to the AC voltage of AC intrusion into the DC system and DC system on the ground voltage have different influence. It also indirectly proves that the complexity of AC intrusion into DC system. This paper based on AC intrusion into DC system the phenomena and data simulation process and the result has carried on the detailed description,and improving suggestions according to the results, for the DC system for onsite operation maintenance and management to provide some useful suggestions.

DC system; AC intrusion into DC system;simulation