變電站直流系統中交流侵入問題分析

陳 亮

（國網無錫供電公司，江蘇 無錫 214000）

0 引 言

電能是一種清潔化的高效能源，其在人們生活生產中發揮著重要作用?，F階段，人們對于電能的依賴程度不斷加深，使得變電站建設項目逐漸增多。在變電站建設中，直流系統的建設及運行質量直接關系變電站電網控制的安全與穩定。一方面，直流系統能持續性地輸出穩定電壓，確保監控系統、繼電保護、控制及信號等裝置的穩定運行；另一方面，直流系統供電能應對交流系統意外中斷等突發狀況，保證系統整體穩定。然而在實際運行中，直流系統本身的運行也存在較大威脅，其中交流侵入是影響變電站直流系統運行穩定的關鍵因素。本文就變電站直流系統中交流侵入的影響及應對策略展開分析。

1 交流侵入的基本類型

交流侵入直接影響著變電站直流系統運行的穩定性與安全性。變電站運行中，低壓交流侵入和高壓交流侵入是直流系統交流侵入的兩種基本類型[1]。

低壓交流侵入與交流系統的故障有較大關系。通常，當變電站交流系統故障時，二次側交流電源就會發生變動，并侵入到直流系統中。此時，交流系統工頻分量的電壓會疊加到直流系統，并對直流系統的母線電壓造成擾動，降低直流系統運行的安全性與穩定性。

當一次設備發生故障且在接地電流作用下接地網局部電壓升高時，就會產生高壓電流侵入威脅。與低壓侵入所不同的是，高壓侵入會擊穿二次回路的對地絕緣組織，并進入到二次系統中。隨后，當高壓電流再次擊穿二次回路另一處絕緣薄弱位時，就會形成高壓侵入。本質上，高壓侵入是一種異常地電位分流現象。

2 變電站直流系統中交流侵入的影響

變電站電網運作管理中，因交流侵入而引發的直流系統故障危害性較大，尤其是因交流侵入引起的接地故障，其極易對直流系統乃至整個變電站的運行造成影響。具體地，當交流侵入引發接地故障時，單點接地會引起系統保護誤動或拒動，使得保護組織往往需要承受較大的功率和電壓，存在被燒毀的風險。同時，交流侵入還會使得蓄電池的電極性能受到損傷，縮短蓄電池使用壽命。此外，在一定程度上，交流侵入還會使得變電站的檢測裝置受損，降低檢測的結果的精確性（見圖1）。低壓交流侵入和高壓交流侵入具體影響如下。

圖1 交流侵入時母線對地電壓波形圖

2.1 低壓交流侵入的影響

低壓交流侵入會使得變電站直流電系統的母線電壓出現較大波動。通常，當擾動電壓頻率達到50 Hz時，就會出現直流系統異常狀況[2]。變電站運行中，低壓交流侵入最常見的類型就是二次交流電源串入直流系統。從發生機理來看，造成這一現象的原因具有多樣性。例如，當工作人員接錯斷路器的發信號與聯閉鎖副接點時，就可能誘發二次交流電源串入。此外，接線失誤、絕緣性能不佳等均有可能造成此類問題發生。

現階段，針對低壓交流侵入現象，我國尚未有科學、完善的解決方案。這是由于在變電站運行中，其直流系統屬于不接地系統。即當發生交流侵入狀況時，交流、直流母線的電壓就會發生疊加，使得直流母線系統出現較大的交流分量。當這些交流分量接觸到正電源后，交流電壓則會在繼電器線圈的作用下形成回路，并隨著回路電流的增大，開關誤跳的概率也會大大增加。同時，當前變電站的自動化裝置較多，而當直流系統發生交流入侵時，就會對這些自動化裝置的應用造成影響，情形嚴重時會導致自動化裝置受損。例如，我國華東電網某電廠在變電站管理中，受工作人員誤操作的影響，220 V交流電源線被接入到了直流電系統，當檢測出該故障時，多個單元ID插件板已被燒壞，同時電廠眾多開關發生了跳閘?？梢姡蛪航涣髑秩雽τ谥绷飨到y乃至變電站有極大影響。變電站運行中，要實現低壓交流侵入的有效防止，就應在避免交流分量串入直流系統的同時，進行保護裝置的規范安裝，進而在系統發生交流侵入的過程中，及時切段線路，實現系統損失的有效控制。

2.2 高壓交流侵入的影響

高壓交流侵入與交流系統絕緣性能下降有較大關系。變電站管理中，高壓交流侵入的影響包括3方面。第一，一旦直流系統發生高壓電流侵入，則電流會通過一些小開關，使得小開關跳閘的危害大大增加。第二，當高壓交流侵入直流系統保護性設備時，就會影響繼電保護裝置的功能應用，并使得二次設備受損，造成更大的串電事故。第三，與低壓交流侵入所不同的是，高壓交流侵入對于蓄電池組、保護、控制設備也有一定威脅。尤其是當高壓交流電侵入蓄電池組時，就會使得蓄電池電極性能造成影響，縮短蓄電池的使用壽命。實踐過程中，要實現高壓交流侵入的有效開控制，可在優化交流系統絕緣薄弱環節的基礎上，降低接地網的接地電阻，進而保證變電站直流系統運行的平穩性、安全性。

3 直流系統中交流侵入的應對策略

3.1 交流侵入的研究思路

現階段，鉗位二極管方案是抵御直流系統交流侵入的主要方式[3]。具體地，當交流電壓侵入直流系統后，直流系統母線回路和頻率就會產生波動。在該環節中，控制電壓的波動頻率，就可以有效控制交流侵入對直流系統的影響。因此，在實踐中，需穩定直流母線的對地電壓。現階段，直流母線多通過直流二極管替代，同時在二極管選擇中，注重其功率和高壓反應性能的優化。此外，還應注重二極管和一次設備保護裝置的優化，如在兩者一定距離外設置接地點，然后在二極管的作用下鉗制母線，通過二極管保證母線的絕緣效果。一旦交流電壓串入正極電流，則通過二極管切除交流分量，進而實現交流回路和小開關跳閘的有效控制。當負極電流出入交流電時，二極管對其防護功能與交流電壓串入正極電流樁的防護效果一致。需注意，當入侵電流分量較高時，應通過二極管，將母線電壓控制在一定范圍，防止交流入侵其他回路，確保變電站直流系統電壓穩定。

3.2 交流侵入的仿真實驗

采用鉗位二極管進行交流侵入控制中，應注重控制方案的模擬實驗。一般交流侵入直流系統的仿真模擬實驗采用EWB仿真程序作為支撐，然后通過仿真實驗設計，可實現二極管有效性的充分驗證。例如，當直流系統額定直流電壓117 V時，設定母線對地電容為10 μF，則在交流侵入仿真實驗中，先在未安裝二極管的直流系統中進行操作。當直流系統傳入交流電后，系統本身的電壓會出現較大浮動。二次驗證中，為直流母線系統配置二極管。仿真實驗表明，母線的對地電壓會變得平穩化，其電壓基本會保持在110 V以內，有效地保證了直流系統的穩定性。

3.3 進行鉗位二極管優化

現階段，借助于鉗位二極管優化直流系統交流侵入問題已經成為變電站現代管理的重要方式。實際應用中，為確保鉗位二極管性能的有效發揮，還應注重如下要點把控。第一，控制二極管接地點的位置，避免其與一次設備距離過近。實際布置中，應將二極管布置在繼保室直流屏的接地處，以有效提升二極管的運作性能，確保直流母線對地電壓的穩定。第二，二極管的質量直接影響直流系統保護效果，故而在其選擇中，應在確保二極管耐壓性能合理的基礎上，規范化的串聯正、負對地二極管，防止二極管本擊穿。第三，當高壓交流點侵入時，二極管的防護性能相對有限，故而需進行高壓入侵機理的有效分析，并在控制過程中降低接地網電阻，實現二次回路對地絕緣性能的有效優化。

4 結 論

交流侵入會直接影響變電站直流系統的運作質量。實踐過程中，工作人員只有充分認識到交流侵入的危害性，并在研究交流侵入應對思路時，進行試驗方針模擬，然后規范化的采取鉗位二極管進行防治，才能有效降低交流侵入的威脅，進而保障直流系統運行穩定性，實現變電站電網系統的進一步發展。