馮俊超 王旭 朱小超 王開冉
摘要:變電站直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地、短路或交流電串入直流回路故障時(shí),將對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)造成不利影響,嚴(yán)重時(shí)致使保護(hù)裝置出現(xiàn)一系列的誤動(dòng)以及拒動(dòng)現(xiàn)象,使變電站內(nèi)部的一次設(shè)備失去保護(hù)。本文在研究的過(guò)程中主要對(duì)電力系統(tǒng)中的交流電串入直流電路中的現(xiàn)象進(jìn)行分析,探討交流電串入直流回路故障對(duì)直流系統(tǒng)及控制回路繼電器的危害及故障的產(chǎn)生原因,防止類似的事件再次發(fā)生,最大程度的將繼電保護(hù)的可靠性發(fā)揮出來(lái),保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。
關(guān)鍵詞:直流系統(tǒng);接地故障;交流串成直流;保護(hù)裝置;繼電器
引言
在電力系統(tǒng)中,直流系統(tǒng)是其重要的組成部分,為一些繼電保護(hù)、斷路器操作電源、自動(dòng)化裝置、不停電交流系統(tǒng)(UPS)、控制以及信號(hào)回路提供穩(wěn)定的工作電源,但是直流系統(tǒng)電纜較為復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并且支路較多,進(jìn)而電力系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障,例如發(fā)生系統(tǒng)接地或交流直接串入直流電路的問(wèn)題。同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生寄生電路,這些故障將對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的危害。
1.直流系統(tǒng)的配置概述
直流系統(tǒng)配置:直流電源按每單元機(jī)組分布設(shè)置為三組固定防酸式鉛酸蓄電池,其中一組的電壓為220V,其作用是增強(qiáng)電源的負(fù)荷以及提高直流事故照明負(fù)荷,另外兩組的電壓為110V,另外在每個(gè)機(jī)組單元內(nèi)配置兩組伏蓄電池,用于控制、信號(hào)、保護(hù)自動(dòng)化裝置。每臺(tái)機(jī)組單元配備兩個(gè)110V的電池,每組由53節(jié)電池組成。每機(jī)組單元:220V電池組,由107節(jié)電池組成,單路母線進(jìn)行連接。在使用輻射連接時(shí)需要依據(jù)直流饋線原則,同時(shí)還需要在直流系統(tǒng)的負(fù)荷集中區(qū)域設(shè)立直流分屏。110V直流系統(tǒng)和220V直流系統(tǒng)的相同處是兩者都包含有配電母線以及充電母線,其中充電母線的功能是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試和蓄電池充電。電池通過(guò)各自的直流保險(xiǎn)絲直接連接到充電母線上,充電器與充電母線以及配電母線相連接就需要利用雙擲開關(guān)。充電母線在向配電母線進(jìn)行供電時(shí)需要通過(guò)進(jìn)線開關(guān),而配電母線的兩端連接雙開開關(guān),一般情況,會(huì)將母線進(jìn)行獨(dú)立工作,110V直流系統(tǒng)的配置與圖1220V直流系統(tǒng)的配置相似。絕緣監(jiān)控裝置,對(duì)此裝置進(jìn)行檢測(cè)時(shí)通過(guò)非平衡電橋原理。
2.直流系統(tǒng)故障分析
2.1故障概述
2016年1月10日,我國(guó)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一起110kV某變電站故障跳閘,1號(hào)和2號(hào)變壓器非電量保護(hù)動(dòng)作跳閘,而3號(hào)主變壓器非電量保護(hù)動(dòng)作信號(hào)燈亮,工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查測(cè)試時(shí),1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)主變壓器非電量保護(hù)裝置的信號(hào)燈亮,1號(hào)、2號(hào)主變壓器保護(hù)屏及操作箱跳閘燈亮,111、101、112、102開關(guān)跳閘,3號(hào)主變壓器非電量保護(hù)動(dòng)作未出口跳閘,3臺(tái)主變壓器在差動(dòng)保護(hù)以及后備保護(hù)均無(wú)動(dòng)作信息和異常。如圖1所示.
2.2故障經(jīng)過(guò)
變電站有3臺(tái)主變壓器,故障發(fā)生時(shí),1號(hào)和2號(hào)主變壓器運(yùn)行在110kv Ⅰ母線上,并各帶10kV一段母線運(yùn)行,10kV 01斷路器聯(lián)絡(luò)運(yùn)行;3號(hào)主變壓器在110kV Ⅱ母線上運(yùn)行,單獨(dú)供10kV母線運(yùn)行。故障導(dǎo)致1號(hào)和2號(hào)主變壓器非電量保護(hù)動(dòng)作跳閘,切斷01斷路器聯(lián)絡(luò)的10kV兩段母線負(fù)荷,3號(hào)主變壓器非電量保護(hù)動(dòng)作,斷路器未出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。相關(guān)工作人員在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn),3臺(tái)變壓器跳閘前非電量保護(hù)均接收到2ms的開入信號(hào)。由于開入信號(hào)持續(xù)時(shí)間非常短,非電量保護(hù)來(lái)不及出口跳閘,直至80ms后,1號(hào)、2號(hào)主變壓器非電量保護(hù)裝置接收到持續(xù)5ms的開人信號(hào),導(dǎo)致繼電器持續(xù)抖動(dòng)。3號(hào)主變壓器的有接點(diǎn)抖動(dòng),但其抖動(dòng)時(shí)間較短,僅報(bào)出非電量保護(hù)動(dòng)作信號(hào),未出口跳閘。
2.3原因分析
通過(guò)分析,3臺(tái)主變壓器在同一時(shí)間內(nèi)非電量保護(hù)動(dòng)作,可以將其自身帶來(lái)的故障因素消除,這類故障的起因是發(fā)生直流接地現(xiàn)象。該變電站內(nèi)的消弧線圈的控制屏在進(jìn)行布置時(shí),需要將其安置在1號(hào)變壓器和2號(hào)變壓器保護(hù)屏的相鄰位置。
若消弧線圈控制電路出現(xiàn)問(wèn)題故障,將會(huì)對(duì)直流保險(xiǎn)螺旋底座產(chǎn)生不利影響,甚至發(fā)生融化現(xiàn)象,導(dǎo)致直流正極保險(xiǎn)被擊穿,由于屏內(nèi)的三相交流電壓保險(xiǎn)和直流電源保險(xiǎn)之間并沒有相應(yīng)的隔離措施,所以在保險(xiǎn)被擊穿后,消弧線圈就會(huì)導(dǎo)通底座的槽板,進(jìn)而使交流電流入到直流電路中,導(dǎo)致直流系統(tǒng)中的電源正極接地。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的非電量保護(hù)動(dòng)作跳閘的直接原因是由于變壓器中出現(xiàn)了直流系統(tǒng)接地或交流電串入直流電路的問(wèn)題。
3.直流系統(tǒng)變電站暴露的問(wèn)題分析
由于變壓器冷卻器控制設(shè)備與通信電路和直流電路相連,因此電力系統(tǒng)內(nèi)部控制設(shè)備因交流串聯(lián)變壓器冷卻器異常而變成直流,造成保護(hù)裝置或操作繼電器箱誤動(dòng)的事故頻繁發(fā)生,說(shuō)明檢修維護(hù)工作也有許多弊端;另外,部分早期運(yùn)行繼電器箱的運(yùn)行功率不符合反措要求。
4.防止交流電串入直流系統(tǒng)的措施
電力系統(tǒng)中的故障問(wèn)題非常多,重視交流電串入直流回路導(dǎo)致直流系統(tǒng)故障的問(wèn)題,相關(guān)的工作人員需要對(duì)故障的問(wèn)題有所掌握,一旦電力系統(tǒng)中出現(xiàn)直流系統(tǒng)故障,可以做出相應(yīng)的措施,務(wù)必保證系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)可以正常工作,同時(shí)也需要確保整個(gè)系統(tǒng)能夠進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn),基于此提出了以下的具體方案。
4.1加強(qiáng)直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工管控
在電力企業(yè)設(shè)計(jì)變電站的建設(shè)工作以及變電站施工建筑過(guò)程中,在布置電纜時(shí),一定要將其交流電纜和直流電纜分開,以避免交流電串入直流電路造成直流接地;所有二次回路電纜應(yīng)使用屏蔽電纜,屏蔽層的兩端應(yīng)接地,嚴(yán)禁用電纜內(nèi)的空線代替屏蔽層接地;交流和直流端子應(yīng)分開,中間加裝隔離端子,并使用不同的顏色或標(biāo)題加以區(qū)分,以防止工作人員誤將交流量接入直流回路中;中間繼電器非電量保護(hù)中開關(guān)場(chǎng)部分,由強(qiáng)大的電動(dòng)直流啟動(dòng),且中間繼電器啟動(dòng)功率高應(yīng)采用符合要求的起始功率不低于5w,工作過(guò)程中的電壓大小應(yīng)該保持在額定電壓的一半以上,但是不能超過(guò)70%的額定電壓,另外在進(jìn)行操作過(guò)程中,持續(xù)的時(shí)間也不可以少于10ms。
4.2改進(jìn)直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置
傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置過(guò)于落后,監(jiān)測(cè)不到變電站系統(tǒng)中出現(xiàn)的交流串入直流系統(tǒng)的故障,所以為了更好地監(jiān)測(cè)出現(xiàn)問(wèn)題,必須優(yōu)化完善絕緣監(jiān)測(cè)裝置,以便交流或直流系統(tǒng)發(fā)生絕緣異常或交流接入直流電路時(shí),能及時(shí)發(fā)出報(bào)警,及時(shí)處理。
4.3改進(jìn)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置
隔離變壓器和濾波電容器安裝在繼電保護(hù)裝置的交流輸入電路中,從物理層分析是,將交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)兩者與大地進(jìn)行分離,這樣可以有效避免直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)出現(xiàn)的電耦合現(xiàn)象,可以最大程度的將直流系統(tǒng)中的交流電量進(jìn)行消除,進(jìn)而避免繼電保護(hù)裝置做出誤動(dòng)。
4.4嚴(yán)格控制直流系統(tǒng)電纜布置方式
根據(jù)直流系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),直流系統(tǒng)的電纜不應(yīng)鋪設(shè)太長(zhǎng),應(yīng)避免和減少向后移動(dòng),在鋪設(shè)電纜的過(guò)程中,原則上不能低于400米的,電纜的長(zhǎng)度取決于直流系統(tǒng)中正負(fù)極帶開關(guān)場(chǎng)的電纜芯數(shù),兩者成正比,正、負(fù)電纜到地的分布電容越大,一旦交流串入到直流電路中,繼電器交流電壓就會(huì)發(fā)生衰減現(xiàn)象,并且越來(lái)越慢,所以在直流系統(tǒng)中應(yīng)該布置二次電纜。電力系統(tǒng)中的直流電路中產(chǎn)生過(guò)大的負(fù)荷時(shí),可以對(duì)整個(gè)電路考慮單獨(dú)供電,有效縮短鋪設(shè)的電纜長(zhǎng)度,在單段的直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí),可以確保故障段進(jìn)行正常工作,在設(shè)計(jì)制定直流系統(tǒng)時(shí),需要對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的適應(yīng)性進(jìn)行充分的考慮,也為繼電保護(hù)安全可靠的運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
4.5提高直流系統(tǒng)告警信號(hào)的重要級(jí)別
直流系統(tǒng)警告信號(hào),如“直流系統(tǒng)接地”、“直流電壓降低”、“直流絕緣異?!钡?,建議將其視為1級(jí)缺陷。此類信號(hào)也可被視為保護(hù)性事故信號(hào)旁邊的一個(gè)類別,以避免事故范圍的擴(kuò)大。
總結(jié)
由于直流系統(tǒng)在變電站中起著極其重要的作用,所以一旦出現(xiàn)故障就會(huì)造成極其嚴(yán)重的危害,就之前出現(xiàn)的故障實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)提出了相應(yīng)的建議,以供參考。
嚴(yán)格執(zhí)行電網(wǎng)公司反事故措施的標(biāo)準(zhǔn),確保交流電路和直流電路明顯分開,避免出現(xiàn)寄生回路的現(xiàn)象發(fā)生。
在選擇相應(yīng)的設(shè)備產(chǎn)品時(shí),需要選擇一些較為安全可靠、性能高的產(chǎn)品,盡可能的做到不出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題,加強(qiáng)直流系統(tǒng)電源的整改力度,在選擇保險(xiǎn)的代替品時(shí)可以考慮選擇用直流空氣開關(guān),可以有效的避免出現(xiàn)底座熔化現(xiàn)象的,從而最大程度的將電纜的繼電保護(hù)裝置的工作效率發(fā)揮出來(lái),防止直流系統(tǒng)串聯(lián)交流充電引起跳閘出口繼電器抖動(dòng)。
多注意直流系統(tǒng)的異?;蚬收?,直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地是不可忽視的,當(dāng)交流串入直流電路發(fā)生故障時(shí),會(huì)快速形成兩點(diǎn)接地現(xiàn)象或者多點(diǎn)接地現(xiàn)象,對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害。對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修管理的工作人員需要定時(shí)進(jìn)行檢測(cè)維修,排出一系列隱患,避免電力系統(tǒng)中出現(xiàn)直流系統(tǒng)接地現(xiàn)象,確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
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第一作者:馮俊超,性別:男,出生日期:1995年1月25日,籍貫:云南瀘西,民族:漢族,單位:云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局、職稱:助理工程師、學(xué)歷:大學(xué)本科、研究方向:電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化