升壓站交流竄入直流引起斷路器跳閘的事故分析

康曉勇

摘 ? 要：直流系統是升壓站二次設計中的重要一環，在各類電氣元件使用與運行的過程中，由于可靠性等因素交流竄入直流系統的事故無法完全避免。當上述情況出現后系統則會通過斷路器跳閘的方式來保護對系統進行止損。分析這一類型事故的形成原因與機理，將有助于提高二次系統的安全與可靠性系數，從而為升壓站平穩安全運行提供必要保障。

關鍵詞：直流系統 ?交流系統 ?竄入 ?跳閘

中圖分類號：TM311 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0093-02

升壓站中交流的工作系統與直流的控制系統同時并存，且利用直流系統作為系統運行與智能化的主要輔助。二者的接觸在理想狀態下完全隔絕，并不會產生相互影響。但是，在部分不正常工況或元件可靠性損傷的情況下則會產生交流電竄入直流系統的事故。為進一步控制事故可能造成的影響與危害，在關鍵節點中加裝直流斷路器。當其出現交流竄入后能夠及時斷開以保護直流系統的總體安全性。2018年3月15日，某廠500kV升壓站的NCS系統后臺出現報警，經過簡單識別發現，報警內容5012、5021斷路器跳閘，5022 B相斷路器跳閘，直流I段母線接地告警。此次事故導致了升壓站交流系統2號機組脫網，損失負荷56萬kW，形成了一定的電網供電質量波動。

1 ?事故排查及竄入主要特征

通過事故的警報初步判斷其事故原因為升壓站主線交流電竄入直流系統所致，為進一步探究事故原因及其機理，第一時間組織人員對事故位點進行查看與排除。通過現場檢查發現斷路保護裝置并無動作記錄，且線路保護以及安穩裝置等運行狀態正常，這一現象充分說明了一次設計及交流主線的相關設備并無故障。直流I段母線為網控室的直流系統接地總線，該總線發生了報警，可以確定故障位點出現在網控室及其附屬的直流系統內部，進而對所涉及的直流系統進行了排查，發現在5033斷路器交流端子箱內存在一定的熔膠味道。在進一步檢查中發現其交流電機電源與刀閘的控制電源之間出現了電源熔接。至此，事故的原因基本排查探明，即交流控制回路接線不嚴謹與直流控制回路之間出現了搭線的情況，在電阻及散熱不遵從的雙重作用下電源線產生熔黏進而導致工頻下的交流電源竄入直流系統造成了前后雙斷路器無記錄啟動，并激發了接地報警。在斷電更換電源線后，合閘發現故障已經排除。報警解除。

此類事故的特征主要包括了如下3個方面：一是斷路器跳閘，且現場交流電系統及其保護裝置均無故障信息。二是直流系統接地報警，報警形式一般為接地電阻的急劇降低。三是在現場或遠程查看斷路器故障濾波圖可以發現明顯的干擾訊號，如能夠確定干擾訊號存在固定頻率（50Hz）。上述三方面特征如果同時顯現可以確定該事故為交流電竄入事故，在現場排查中如果存在濾波圖等相關設備則可以快速且準確地予以判斷。如果并不存在相關設備或數據調取困難這可以依據前兩特征來輔助判斷。

2 ?保護機制及其原因分析

電力系統在設計與施工的過程中一般分為一次設計與二次設計。其中一次設計主要完成主變線路的施工，為高壓交流系統，二次設計一般是交流系統的配套保護及控制單元，存在部分的直流系統，如遠程監控系統、數據傳輸系統等。二者相互相應并相互連通。在實際的運行過程中存在一定的系統容錯能力，如果出現了單點接地并不會形成諸如跳閘等嚴重的事故，僅僅是利用接地電纜將交流電導出直流系統，并形成報警。通過及時的故障排除并不會對直流系統的控制單元進行損害，也不會造成系統的實效。如果交流電竄入后形成了兩點接地的現象，一般情況下會使得兩點之間的斷路器發生跳閘。當然上述情況一般發生在接地電容在總容量未超過交流系統的竄入負載，。如果當其分布的電容達到或者超過一定的數值后竄入的交流流量與跳閘器之間會形成閉合回路，進而導致跳閘繼電器引發跳閘行為。在本文所探討的案例中便是由于其瞬間交流電竄入而形成了閉合回路所導致的。

對事故進行深度調查，并結合同類事故的處置與調查經驗回顧發現交流電竄入直流系統在實踐中并不罕見，其中有接近30%的事故屬于同類原因。從具體的形成原因上來看大致可以分為4種：一是在部分設計中存在一定的交直流回路的共用電纜，二者通過電容或者斷路器來進行連接。此種設計在集約化的基礎上放大了線路自身的可靠性隱患，容易形成交流電對于直流系統的侵入。二是在部分設備的維護層面上存在一定的不足，尤其是設備的保護設施設計與施工并不完善，在長時間的使用中存在由于氣象原因而導致線纜之間存在返潮、凝露等現象，部分情況下甚至直接出現了雨水的滲入，進而形成了端子排等位點的直接串連過電，形成交流系統的侵入。三是由于線路的正常損耗沒有在日常維護中得到有效的處理，進而導致部分交直流電系統的電纜出現破損，形成搭接，導致交流電竄入直流系統。四是在安裝以及日常維護中由于人工問題而產生一定的錯誤搭接，直接導致了交直流系統的物理聯通，從而導致交流電竄入直流系統。

3 ?預防交流竄入直流回路造成保護誤動的優化措施

在系統分析了其保護機制以及產生問題的可能原因的基礎上，可以通過有效的措施對其誤動行為進行規避與優化，具體而言則可以按照一次設計與二次設計的方式來分別優化。其中一次設計中出口繼電器主要起到有效的防護作用。

針對出口繼電器的防護優化措施可以分為如下幾個方面：一是調節繼電器的敏感程度保障其兩端交流220V狀態下的不動作行為，并將其動作電壓進行60%左右的額定上調從而保障其在發揮保護功能的基礎上，盡可能地減少誤動現象。二是保護裝置內部，大功率直跳回路開入量應設置必要的延時防抖回路，防止由于短暫的開入量干擾造成保護裝置誤出口，此防抖回路可以有效地避免交流量竄入直流系統帶來的問題，但需兼顧繼電保護裝置速動性的要求。三是繼電器的動作時間一般介于10～35ms之間，啟動功率值應≥5W。四是直跳回路采用的重動繼電器應選用經電網繼電保護入網監測并試驗合格的產品。

在二次回路的防護優化上可以分為如下幾個方面：首先，要從設計及運行管理的角度避免交直流電纜的混用情況，如果必須進行混用的，則要做好節點規劃，通過斷路器及大電容的方式來限制交流電對直流系統的竄入。尤其是在刀閘控制箱、閉鎖電路等敏感位點中更應該強化圖紙的審查，確保端子的保護CT與PT系統的專用性。其次，對二次設計系統的線纜進行優化布置，一方面避免其與交流系統的混搭與過線，此種優化可以保障其在線纜損壞的情況下依舊不容易產生交流電的竄入。另一方面則可以通過并聯短熔、互感等設備使得直流系統的迂回降低，形成更為高效的等效程度，避免由于分布電容等情況產生的出口繼電器誤動作發生。最后，要強化相關設備的質量與安裝。從嚴把入口的角度形成全面管理，同時強化安裝過程中的質量控制，提高施工人員技術水平，將由于設備可靠性以及人工因素所可能產生的問題控制在最低限度內。

4 ?結語

在本文的實際研究中首先對升壓站某次復雜跳閘事故進行了回顧，并從現場檢查的角度對問題的檢查與排除進行了具體介紹。其次，結合本次事故以及過往類似事故的整理及分析找到交流電竄入直流系統的事故動作機理及其主要特征，為后續的排查提供必要依據。最后，從一次設計及二次設計的角度分別給出了誤動故障的優化方式。

參考文獻

[1] 吳小鋒，張鑫，劉鵬龍.交流竄入直流檢測系統二次回路設計[J].電工技術，2019（7）：33-34.

[2] 史林林，陳向陽，趙建敏.一起交流串入直流導致保護誤報警分析[J].神華科技，2018，16（8）：62-64.

[3] 李應文，彭明智，張純.變電站直流電源系統直流環網與交流竄入的原因及危害[J].自動化與儀器儀表，2018（7）：57-60.