一起由直流系统引起的事件

摘要：本文分析了一起由直流回路接地引起的全站10kV系统所有开关跳闸事件，由于直流系统正、负极对地分布电容的存在，以致本站的10kV控制回路正极在一点接地的情况下发生跳闸事件，笔者通过对直流系统正极一点接地致开关跳闸的原因分析，探讨了可能采取的组织措施和技术措施。

关键词： 直流系统；开关误跳；分布电容；一点接地

中图分类号： TL62 文献标识码： A 文章编号：

引言

事件当天，网区35kV闸口变电站#2主变（8MVA）供全站负荷，#1主变（8MWA）在热备用状态。10kV系统中除907开关交流接触器烧坏，开关在检修状态外，其余开关均在运行状态。检修人员将907开关交流接触器更换后，不能电动合907开关。为了检查故障原因，考虑到所有10kV系统控制回路均接自同一回控制母线，因此工作负责人向调度申请，拟投入#1主变，试合#1主变低压侧901开关确定属于回路故障或直流系统故障。运行人员在试送901开关时，开关同样不能合上。检修人员随即取下901开关合闸保险，检查发现04号蓄电池开路。处理蓄电池开路故障后，恢复907开关供电，由于当时负荷已不断上升，运行人员计划将1#主变投入运行。在投入901开关合闸保险瞬间，901开关自动合闸，并立即跳开，同时站内10kV系统所有开关（包括主变902开关）均在跳闸位置，微机保护装置均显示“保护启动、开关变位”字样， 而35kV系统所有开关在运行状态。检查发现，保护屏屏顶小母线的控母（＋KM）有一处绝缘损坏，发生金属性接地。

1．事件原因分析

初步分析得出，试合901开关时，901开关虽然没有合上，但已在合闸后位置不能正常返回，所以当投入合闸保险瞬间，合闸回路接通，从而直接合闸。但为什么会立即跳开，并且10kV系统所有开关同时跳闸呢？

首先以图1为例分析本体保护的原理。

本站的10kV开关保护均设置速断、过流两段出口跳闸。图中的KS1、KS2分别为速断、过流保护信号继电器，指示本保护的动作类型，由于当时所有10kV开关跳闸时，均未有信号显示，只在保护装置中显示“保护启动、开关变位”。由此可得，该两个信号继电器没有动作。图中KOM为本体保护出口中间继电器，其触点启动本体跳闸单元；KTM为时间继电器，其作用是在接收本体跳闸信号后，无论本体跳闸信号闭合时间的长短，都使KOM保持一固定的动作时间，保证开关可靠跳闸。在对10kV开关本体保护进行检查试验，未发现在继电保护和二次回路中有足以引起保护误动作的缺陷，由显示的“保护启动、开关变位”可以判断出保护误出口成为可能，并且由图1中也可以看出，能启动跳闸出口的只有KOM继电器的一对触点，因此KOM继电器触点闭合引起动作的可能性非常大。

其次以图2为例分析屏顶小母线的控母（＋KM）发生金属性接地引起的跳闸

闸口变变电站10kV系统（共9个开关回路）的控制回路均接自同一回控制母线， 并且所有10kV开关柜和直流系统均安装于高压室内，继电保护安装在继电保护室内。保护装置与高压开关柜之间连接的电缆最长的有450米，最短的也有300米，电缆芯对地（电缆屏蔽层）存在较大的分布电容。正常情况下，跳闸回路无电流通过，A、B对地电位为-110V，当直流回路正极发生金属性接地后，测得直流系统正对地电位变成0V，负对地电位为-220V，A、B点由于电容的作用，对地电位不能突变，刚开始短路的瞬间仍为-110V。这样在刚开始短路的瞬间，继电器线圈两端就已经产生了110V的电压，随后通过继电器线圈对电容充电，即A、B点对电地电位由-110V逐渐变为-220V，加在继电器线圈两端的电压也由逐渐变为0V。但是在充电的过程中，KOM线圈中有电容充电电流流过，由于充电的电流足够大，充电时间也足够长，较灵敏的KOM常开触点瞬时闭合一下，触点一旦闭合，其线圈就会通过自身的一对触点以及KTM的一对触点构成自保持回路，使动作保持一段时间（保持时间为KT的整定时间），形成回路，从而启动跳闸出口回路，引起断路器跳闸。而闸口站10kV系统的9个开关回路控制母线相同，保护装置一致，所以在相同的故障下，出现了同时跳闸的现象。

2．本次事件的经验教训及应采取的措施

通过对本次事故的分析，总结出以下观点：

1）传统观点一直认为直流系统的一点接地不会造成保护的误动，但是就目前的实际运行情况分析可以得出，由于分布电容情况是直流系统越大，回路越复杂，所接的设备越多，系统呈现的对地分布电容也就越大，因此我们应该重视长电缆以及复杂回路所带来的分布电容效应。

2)有效提高继电器的动作值是防范继电保护误动的有效措施。为了追求灵敏度而一味降低继电器的动作值是不可取的。从发生直流正电源接地的瞬间开始，继电器线圈上的电压UR随时间t的变化关系为

式中R为继电器的线圈阻值；CT为电缆分布电容值。

在t=0时，加在继电器线圈上的电压UR最大，为U/2，以后便随着时间t逐渐衰减。从式中可以看出：如果继电器的动作电压高于变电站直流电压的一半(即高于U/2)时，继电器便不会发生误动作；如果继电器的动作电压低于变电站直流电压的一半(即低于U/2)时，就有可能发生误动作。目前通过KOM的电压为110V,而事件中KOM动作电压只有60V，比变电站直流电压的一半还低得多，显然不能满足运行中的安全要求。因此，可选用动作电压较高且动作速度快的中间继电器，这样既能保护安全性，又能保证灵敏度。此项要求须在购买保护装置的技术规范中提出。

3）由于10kV系统控制回路均共用一回控制小母线，在启动、调试、施工、检修中应特别注意直流回路的安全措施。停运或检修保护设备、自动装置只是出口回路的断开，其直流系统仍然与运行设备连接在一起，应给予充分重视。

综合以上几点，变电站一旦建成，电缆的长度、回路的复杂性、控母的单一、保护装置中间继电器等基本上是不可改变的，因此改变电缆对地分布电容的大小以及提高中间继电器的电压值是很困难的，所以我们在设计的初期就应该进行这方面的考虑。

此外，根据大量的资料查明，交流串入直流，也是较容易引起开关误跳的，由于本文仅分析35kV闸口变事件，在此不再详论。

参考文献

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