康晓勇

摘   要：直流系统是升压站二次设计中的重要一环，在各类电气元件使用与运行的过程中，由于可靠性等因素交流窜入直流系统的事故无法完全避免。当上述情况出现后系统则会通过断路器跳闸的方式来保护对系统进行止损。分析这一类型事故的形成原因与机理，将有助于提高二次系统的安全与可靠性系数，从而为升压站平稳安全运行提供必要保障。

关键词：直流系统  交流系统  窜入  跳闸

中图分类号：TM311                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0093-02

升压站中交流的工作系统与直流的控制系统同时并存，且利用直流系统作为系统运行与智能化的主要辅助。二者的接触在理想状态下完全隔绝，并不会产生相互影响。但是，在部分不正常工况或元件可靠性损伤的情况下则会产生交流电窜入直流系统的事故。为进一步控制事故可能造成的影响与危害，在关键节点中加装直流断路器。当其出现交流窜入后能够及时断开以保护直流系统的总体安全性。2018年3月15日，某厂500kV升压站的NCS系统后台出现报警，经过简单识别发现，报警内容5012、5021断路器跳闸，5022 B相断路器跳闸，直流I段母线接地告警。此次事故导致了升压站交流系统2号机组脱网，损失负荷56万kW，形成了一定的电网供电质量波动。

1  事故排查及窜入主要特征

通过事故的警报初步判断其事故原因为升压站主线交流电窜入直流系统所致，为进一步探究事故原因及其机理，第一时间组织人员对事故位点进行查看与排除。通过现场检查发现断路保护装置并无动作记录，且线路保护以及安稳装置等运行状态正常，这一现象充分说明了一次设计及交流主线的相关设备并无故障。直流I段母线为网控室的直流系统接地总线，该总线发生了报警，可以确定故障位点出现在网控室及其附属的直流系统内部，进而对所涉及的直流系统进行了排查，发现在5033断路器交流端子箱内存在一定的熔胶味道。在进一步检查中发现其交流电机电源与刀闸的控制电源之间出现了电源熔接。至此，事故的原因基本排查探明，即交流控制回路接线不严谨与直流控制回路之间出现了搭线的情况，在电阻及散热不遵从的双重作用下电源线产生熔黏进而导致工频下的交流电源窜入直流系统造成了前后双断路器无记录启动，并激发了接地报警。在断电更换电源线后，合闸发现故障已经排除。报警解除。

此类事故的特征主要包括了如下3个方面：一是断路器跳闸，且现场交流电系统及其保护装置均无故障信息。二是直流系統接地报警，报警形式一般为接地电阻的急剧降低。三是在现场或远程查看断路器故障滤波图可以发现明显的干扰讯号，如能够确定干扰讯号存在固定频率（50Hz）。上述三方面特征如果同时显现可以确定该事故为交流电窜入事故，在现场排查中如果存在滤波图等相关设备则可以快速且准确地予以判断。如果并不存在相关设备或数据调取困难这可以依据前两特征来辅助判断。

2  保护机制及其原因分析

电力系统在设计与施工的过程中一般分为一次设计与二次设计。其中一次设计主要完成主变线路的施工，为高压交流系统，二次设计一般是交流系统的配套保护及控制单元，存在部分的直流系统，如远程监控系统、数据传输系统等。二者相互相应并相互连通。在实际的运行过程中存在一定的系统容错能力，如果出现了单点接地并不会形成诸如跳闸等严重的事故，仅仅是利用接地电缆将交流电导出直流系统，并形成报警。通过及时的故障排除并不会对直流系统的控制单元进行损害，也不会造成系统的实效。如果交流电窜入后形成了两点接地的现象，一般情况下会使得两点之间的断路器发生跳闸。当然上述情况一般发生在接地电容在总容量未超过交流系统的窜入负载，。如果当其分布的电容达到或者超过一定的数值后窜入的交流流量与跳闸器之间会形成闭合回路，进而导致跳闸继电器引发跳闸行为。在本文所探讨的案例中便是由于其瞬间交流电窜入而形成了闭合回路所导致的。

对事故进行深度调查，并结合同类事故的处置与调查经验回顾发现交流电窜入直流系统在实践中并不罕见，其中有接近30%的事故属于同类原因。从具体的形成原因上来看大致可以分为4种：一是在部分设计中存在一定的交直流回路的共用电缆，二者通过电容或者断路器来进行连接。此种设计在集约化的基础上放大了线路自身的可靠性隐患，容易形成交流电对于直流系统的侵入。二是在部分设备的维护层面上存在一定的不足，尤其是设备的保护设施设计与施工并不完善，在长时间的使用中存在由于气象原因而导致线缆之间存在返潮、凝露等现象，部分情况下甚至直接出现了雨水的渗入，进而形成了端子排等位点的直接串连过电，形成交流系统的侵入。三是由于线路的正常损耗没有在日常维护中得到有效的处理，进而导致部分交直流电系统的电缆出现破损，形成搭接，导致交流电窜入直流系统。四是在安装以及日常维护中由于人工问题而产生一定的错误搭接，直接导致了交直流系统的物理联通，从而导致交流电窜入直流系统。

3  预防交流窜入直流回路造成保护误动的优化措施

在系统分析了其保护机制以及产生问题的可能原因的基础上，可以通过有效的措施对其误动行为进行规避与优化，具体而言则可以按照一次设计与二次设计的方式来分别优化。其中一次设计中出口继电器主要起到有效的防护作用。

针对出口继电器的防护优化措施可以分为如下几个方面：一是调节继电器的敏感程度保障其两端交流220V状态下的不动作行为，并将其动作电压进行60%左右的额定上调从而保障其在发挥保护功能的基础上，尽可能地减少误动现象。二是保护装置内部，大功率直跳回路开入量应设置必要的延时防抖回路，防止由于短暂的开入量干扰造成保护装置误出口，此防抖回路可以有效地避免交流量窜入直流系统带来的问题，但需兼顾继电保护装置速动性的要求。三是继电器的动作时间一般介于10～35ms之间，启动功率值应≥5W。四是直跳回路采用的重动继电器应选用经电网继电保护入网监测并试验合格的产品。

在二次回路的防护优化上可以分为如下几个方面：首先，要从设计及运行管理的角度避免交直流电缆的混用情况，如果必须进行混用的，则要做好节点规划，通过断路器及大电容的方式来限制交流电对直流系统的窜入。尤其是在刀闸控制箱、闭锁电路等敏感位点中更应该强化图纸的审查，确保端子的保护CT与PT系统的专用性。其次，对二次设计系统的线缆进行优化布置，一方面避免其与交流系统的混搭与过线，此种优化可以保障其在线缆损坏的情况下依旧不容易产生交流电的窜入。另一方面则可以通过并联短熔、互感等设备使得直流系统的迂回降低，形成更为高效的等效程度，避免由于分布电容等情况产生的出口继电器误动作发生。最后，要强化相关设备的质量与安装。从严把入口的角度形成全面管理，同时强化安装过程中的质量控制，提高施工人员技术水平，将由于设备可靠性以及人工因素所可能产生的问题控制在最低限度内。

4  结语

在本文的实际研究中首先对升压站某次复杂跳闸事故进行了回顾，并从现场检查的角度对问题的检查与排除进行了具体介绍。其次，结合本次事故以及过往类似事故的整理及分析找到交流电窜入直流系统的事故动作机理及其主要特征，为后续的排查提供必要依据。最后，从一次设计及二次设计的角度分别给出了误动故障的优化方式。

参考文献

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