變電站雙套直流電源串電檢測裝置的研究

張秋慧 周博

摘 要：變電站直流電源系統是變電站最為重要的系統之一，要求其必須具有高度的可靠性。直流電源串電會引起保護裝置誤動、斷路器無故障跳閘，甚至導致變電站全停事故，基于此，本文對變電站雙套直流電源串電檢測裝置進行研究，通過分別計算四種串電組合的阻抗值，確定串電支路，進而找出串電點。

關鍵詞：變電站；直流系統；串電；檢測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.154

1 引言

變電站直流電源系統作為保護裝置電源和斷路器等操作電源，是變電站最為重要的系統之一，其運行狀況好壞對繼電保護裝置和斷路器動作行為有著至關重要的作用，因此要求直流系統及其網絡必須具有高度的可靠性。變電站直流系統是公用系統，如果系統發生異常，可能會導致保護誤動作、斷路器無故障跳閘，甚至可能導致變電站全停事故[1]。目前我國變電站的直流系統中，經常發生直流網絡對地絕緣強度降低和接地故障，對電力系統的安全運行造成較大的威脅[2]。

變電站雙套直流電源系統的直流母線正常時，采用母線分段運行方式，系統需要時，可合上兩段直流母線間的聯絡刀閘成為并列運行方式，即I段母線的正、負極分別與II段母線的正、負極對應相連。變電站采用兩套獨立運行的直流電源系統，可以提高站用電系統的可靠性，但實際運行中一些不當因素會使兩段直流母線發生互串。直流互串是指兩套分開運行的直流電源之間存在一點或一點以上的電氣連接，使一段直流母線一極與另一段直流母線一極出現非正常聯接，而兩段直流母線的剩余一極并不相連的情況。其連接方式可能為直接連接或通過電阻連接，有的正極之間連接，有的負極之間連接，有的則正極與負極連接等。直流互串會造成變電站兩段直流母線的正、負極對地電壓及其絕緣狀況發生變化，若此時直流電源系統中再出現接地故障，會給直流電源系統帶來巨大的安全問題。

2 直流電源串電危害

產生直流電源系統直流互串的原因主要有以下三點[3]：

（1）在變電站新建、擴建、技術改造、設備大修中，將負荷的電源線分別接入兩段直流母線中。

（2）在倒負荷操作時，由于人員誤操作，將某些負荷從一段母線轉到另一段母線后，未將其原來一路的空開斷開，導致兩套直流電源系統并列運行。

（3）老舊變電站絕緣性能下降或電纜芯線間的絕緣破壞，造成同一根電纜中兩套直流電源系統的供電回路相連。

產生直流電源系統直流互串的危害主要有以下四點：

（1）接地故障告警靈敏度下降，或引起兩套直流系統同時接地故障告警，一段正極接地，另一段負極接地；

（2）增加保護誤動機會，或造成負荷“失壓”，即沒有工作電源，可能引起相關設備的拒動；

（3）縮短蓄電池使用壽命；

（4）引起直流系統火災。

綜上所述，進行雙套直流電源的串電檢測是很有必要的。

3 雙套直流電源串電檢測裝置

（1）直流電源串電檢測基本原理。本文研究的雙套直流電源串電檢測裝置用在220kV及以上電壓等級電力系統中，檢測兩套相同額定電壓、相對獨立，并且兩套直流電源系統均有各自獨立的正極和負極的直流電源系統的串電現象。其基本原理是將可能發生的串電情況分為4種串電組合，分別是直流系統一的正極和直流系統二的正極之間串電、直流系統一的正極和直流系統二的負極之間串電、直流系統一的負極和直流系統二的負極之間串電、直流系統一的負極和直流系統二的負極之間串電，對4種串電組合中加大通入電流，因為通入的電流將主要流入串電支路，分別測量各支路中的電壓、電流，根據U1/I2分別計算4種串電組合的阻抗值，阻抗值最小的組合即為串電支路，可快速準確地確定出串電支路。

（2）檢測裝置檢測過程。本文研究的直流串電檢測裝置中0.5kVA調壓器輸入端額定電壓為～220V，最大輸出電壓為～250V。SMG2000B型數字雙鉗相位伏安表的功能量程開關可以切換到I1、I2、U1、U2、U1U2、I1I2、U1I2、I1U2等8個區域，其中I1、I2為電流量測量區域，I1與I2又各分為10A、2A和200mA等3個檔位；U1、U2為電壓量測量區域，U1與U2又各分為500V、200V和20V等3個檔位；U1U2、I1I2、U1I2、I1U2等均為測量兩路電氣量之間相位的區域，并且一律以前一個電量為基準向量。SMG2000B型數字雙鉗相位伏安表用于變電站雙套直流電源系統串電檢測時，電壓量接入U1輸入插孔，量程開關切到60V檔，電流量接入I2插孔，量程開關切到200mA檔。

檢測時，將直流系統一和直流系統二分別按4種可能的串電組合將兩個直流系統分別對應的1個電極與控制盒上的被測元件接入端子⑧和⑨連接，分4次進行測量，即：第一次測量時，直流系統一的正極和直流系統二的正極分別連接端子⑧和⑨，第二次測量時，直流系統一的正極和直流系統二的負極分別連接端子⑧和⑨，第三次測量時，直流系統一的負極和直流系統二的正極分別連接端子⑧和⑨，第四次測量時，直流系統一的負極和直流系統二的負極分別連接端子⑧和⑨。

根據以上4種串電組合分4次進行測量，每次測量時，分別向對應的串電組合中通入2mA的電流，測量每種連接情況下的U1、I2以及U1～I2的相位角α，通過相位角α判斷串電元件的阻抗特性。如果相位角α等于或者接近于0?，說明兩個直流系統之間通過電阻性元件串電，如果相位角270?<α<360?，說明串電支路中存在比較大的電容分量，再結合常規的測量各支路中工頻電流的方法，即可確定出串電支路，進而找出串電點。

4 結論

本文關于變電站雙套直流電源系統串電檢測裝置的研究，進一步完善了我國直流電源串電檢測系列產品，可以實現變電站雙套直流電源系統串電的快速檢測，操作簡單，測量精度高，檢測速度快，對提高變電站直流系統運行的可靠性具有重要意義，具有很大的推廣價值。

參考文獻：

[1]李修金，王乃科，鄧潔清等.變電站直流系統兩段母線串電分析[J].江蘇電機工程，2011，30（03）：38-40.

[2]陳東升.變電所直流系統絕緣微機檢測裝置[J].能源技術與管理，2006（06）：118-119.

[3]李晶，羅洋，陳軻娜.檢測橋電阻對直流電源系統安全運行的影響分析[J].四川電力技術，2014，37（06）：16-19.

作者簡介：張秋慧（1990-），女，遼寧沈陽人，助理工程師，研究方向：電力系統自動化裝置維護與研究。