变电站直流系统的问题及处理方法

【摘 要】在电力系统中，随着规划、设计、制造、和管理水平的不断提高，设备的可靠性亦逐渐提高，很多变电站都变成无人管理的了，直流这一块就成了变电站中很重要的二级设备，其性能和质量的好坏直接关系到整个电网的稳定运行和设备的安全。本文是对工作中所遇到的直流系统问题作一小结，希望能与大家共同解决更多的实际问题。

【关键词】直流回路；直流系统故障；故障处理方法

直流电源作为电力系统的重要组成部分，直流系统的用电负荷极为重要，供给继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等，对供电的可靠性要求很高。直流系统发现一点接地，不会产生短路电流，则可继续运行，但是，必须尽快查找接地故障，否则当发生另一点接地时，就有可能引起信号装置、继电保护装置及自动切换装置、断路器的拒动或误动作，甚至会造成采用直流控制的设备误动、拒动，以至损坏设备，造成大面积停电、系统瓦解的严重后果。

目前的直流系统的供电方式是将硅整流器和蓄电池并联共同工作的浮充供电方式。在正常情况下，由交流电通过硅整流器转化为直流电向负载供电并对蓄电池进行浮充，当电力系统发生事故时，直流系统就会自动转为蓄电池供电，保证控制信号、继电保护等二次侧设备正常工作。通常变电站的二次设备均采用±110V（或±55V）直流电源供电，直流供电设备连接到主控室直流馈电屏的直流母线上，由直流母线分别引出保护电源、操作电源、储能电源、事故照明电源等。

直流系统中有一重要部件叫降压硅链，合闸母线通过降压硅链与控制母线相连接，为控制母线供电。降压硅链是由多个大功率硅整流二极管串接而成，利用PN结基本恒定的正向压降来产生调整电压，通过改变串入PN结数量来获得一定的压降，达到电压调节的目的。如图2所示，硅链为7组硅二极管串联而成，在每组两端并联调压执行继电器触点，若继电器触点闭合，使得该组硅链被短接，降压硅链的压降减小，输出电压增大，反之触点断开，串联的PN结数量增加，降压链的压降增加，输出电压减小。降压硅链内部的自动控制电路通过检测控制母线的电压与设定的基准电压相比较，据此来驱动适当数量的继电器闭合，以保证控制母线的电压在正常范围内。也正因为如此，当发生直流故障时，正极或负极的电压有所偏差，偏差极因为故障的原因系统没办法使其达到正常值，为了保证两级之间压差不变，保证保护正确动作，系统就会对没故障的另一极进行调节。若没有采取措施的情况下，就有可能造成误动作，电网系统故障。以下是这么多年里遇到的直流故障和处理方法：

1 直流系统接地

直流正极接地，有使保护及自动装置误动的可能。直流负极接地，有使保护自动装置拒绝动作的可能。

220kV墨江变电站内110kV母联开关正常运行情况下突然跳闸，起初经保护人员检查系统无故障，也没有相关的保护装置动作使之跳闸，又经检修一次人员检查开关一次机构未发现异常现象，协商后决定暂时先投运母联开关，但是经过三天后再次发生突然跳闸情况。查阅相关资料并对开关的实际有关跳合闸参数进行测定，如表1，发现此母联开关机构跳闸线圈动作电压偏低（≤50℅额定电压），具体原因是由于SF6开关机构中跳闸线圈启动功率较小，当发生直流接地或直流系统波动较大时引起母联开关正常运行时跳闸图3中C1、C2为直流系统对地分布电容；C3为该母联控制电缆对地分布电容。当A点发生直流正极接地时，A点电位上升为+220V，由于电容两端的电压不能突变， C3电容的负端电位亦上升，此时加于TQ两端的最高点压为50℅额定电压即110V，如果开关的跳闸线圈电压低于50℅额定电压则在发生直流正极接地时有可能会发生误动，另外C3的电容值越大更易引起TQ动作，又因为母联因为所接的跳闸回路最多所以相应的C3值最大，所以这就是该220kV变电站多次跳母联的原因。

防范措施：在易于误动的重要出口继电器线圈的两端并联分流电阻，如图4，由于线圈TG是感性线圈，其阻抗Z比较大，原大与并联电阻的阻值，当发生类似的接地故障时，分部电容C3上的电流Ic，由于R比TG的阻值小，就会使流过线圈TG的电流大大减小，低于动作值，从技术上解决了直流接地造成的开关误动问题。所以规程规定：跳闸出口继电器的启动电压不宜低于50℅直流额定电压，以防止继电器线圈正电源侧接地时因直流回路过大的电容放电引起的误动作；但也不应过高，以保证直流电源降低时的可靠动作和正常情况下的快速动作。

2 直流系统串入交流

由于交流系统是接地系统，直流系统是不接地系统，当交流回路串入直流回路中时就相当与直流系统的间接接地，同样会使开关误跳。如图5，支路1由于带有交流电源E的电缆线芯破皮绝缘损坏的原因，串入了正常运行的直流回路中，此交流电源E必然经过支路1的开关QF1和直流母线-HM，经过支路2开关QF2到继电器线圈TG的负电源端，而线圈TG的正电源端经电缆的分部电容C1与地连接，这样就使故障电源E构成了闭环回路。故障电源E作用与电容C1，使其电流不断增大，当到达继电器的动作值时，将会使继电器TG动作，使断路器误跳闸，甚至重要设备的误动作。

防范措施：在直流系统中的各支路开关串接一个二极管，利用二极管的单向导通起隔离作用。如图6，该直流母线电压为220V，用万用表测二极管D1至开关QF1段的对地电压为110V，当故障电源E电压小于110V时，由于二极管D1的单方向性被消除，只有故障电源E电压大于110V时才能通过D1。用叠加法可知道a点对地电压是直流电源在a点的对地电压加上故障电源E在a点对地电压之和。故障电源E在二极管D1和D3的作用下基本等于0V，a点的最高电压为220V。如图7，线圈TG和分部电容C1上也就不产生交流电流，不会造成TG误动，开关误跳闸。

3 直流回路寄生

直流回路寄生会造成保护装置和二次设备误动、拒动、光声信号回路错误发信及多种不正常工作现象，导致运行人员在事故时发生误判断和误处理，甚至扩大事故。

某220kV变电站用高压侧断路器对主变压器充电合闸过程中，误起动失灵保护而误条相邻的断路器、主变压器各侧断路器及远方跳线路对侧断路器。主要原因是主变压器本体保护和失灵保护公用了一个断路点，在断路器合闸时出现寄生回路，造成失灵保护误动跳闸。如图8，主变压器保护的C相跳闸回路和起动失灵保护回路设计成合用一只隔离插拔U27.101.101，继电保护用直流电源R6+与断路器操作电源201+混接在一起，当高压侧断路器在合闸过程中，断路器常开辅助触点和常闭辅助触点在转换过程中，有一个两者均断开的瞬间，此时通过跳闸监视断路器与失灵保护起动中间，构成分压回路，失灵保护起动中间继电器动作且通过跳闸监视继电器自保持直到跳闸，合闸时主变压器有励磁涌流，主变压器保护动作，失灵保护电流会动作，经过187ms12断路器失灵保护动作跳开相邻断路器、主变压器总出口、远方跳线路对侧断路器。

事故对策：将主变压器本体保护和失灵保护的出口断开点分开，同时将起动失灵保护用直流电源R6+同断路器操作电源201+分开，如图9。产生直流回路寄生的原因有多种，主要有回路设计不合理，或实际设备与二次回路不配套，或施工不规范以及设备内部问题等多方面原因。正因为寄生回路原因相当复杂，往往无法单纯用正常的整组试验方法发现。现在的寄生回路检查方法还是要依靠工作人员严格按照继保原理对回路进行检查，再考虑到变电站不可能随时随地停电，排查的过程就会变得非常的复杂。

4 总结

直流系统这一块随着技术的发展已成为了变电站里很重要的二级设备，其缺陷都较为隐蔽，却又容易发生，往往会被人们所忽视，上述的例子希望能给大家一点借鉴，希望大家能够批评指正相互提高，解决更多的继电保护现场实际问题，制定对策并认真执行，避免今后重复性事故的发生，提高电网可靠运行水平。

参考文献：

[1]陈德树，张哲，尹项根.微机继电保护.中国电力出版社，2000.

[2]苏文博.继电保护事故处理技术与实例.中国电力出版社，2002.

[3]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理.中国电力出版社，2005.

[4]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护典型保障分析.中国电力出版社，2001.

[5]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答.中国电力出版社，2000.