電場中二次回路所存在的故障及對策分析

穆建忠

0 引言

在絕大多數(shù)情況下，二次回路的干擾形式主要存在兩種，分別為直接干擾以及間接干擾。所謂的直接干擾，其又可以分為直流混聯(lián)以及直流接地兩種方式。而間接干擾主要指得是來自于磁場以及電廠的干擾。由于電流所產(chǎn)生的干擾稱之為磁場干擾，如果是通過電壓所產(chǎn)生的干擾稱之為電場干擾[1]。

對于間接干擾來說，其屬于固有特性，是正常現(xiàn)象，實(shí)際工作過程當(dāng)中，無法對其進(jìn)行消除。與此同時，我國目前對于間接干擾的防范措施也較為成熟。而直接干擾屬于一種不正常的現(xiàn)象。出現(xiàn)直接干擾的原因主要是人員行為以及回路本身的問題，直接干擾能夠使開關(guān)無故障跳閘，從而給整個電網(wǎng)的正常運(yùn)作帶來極大的隱患。因此，在下面的研究當(dāng)中，主要以直接干擾為例，對直流系統(tǒng)二次回路典型故障進(jìn)行分析并且提出相應(yīng)的預(yù)防措施[2]。

1 直流系統(tǒng)典型故障

1.1 系統(tǒng)接地故障

所謂的直流系統(tǒng)接地故障又包含了正極接地以及負(fù)極接地兩種情況。直流系統(tǒng)接地等效電路如圖1所示。

圖1 直流系統(tǒng)接地電路圖

在圖1中，C1、C2、C3分別代表對地等效電容。R1-R7代表等效電阻。在系統(tǒng)當(dāng)中，正端電壓和負(fù)端電壓的電壓差為 220V。采用 U1、U2、U3、U4以及 U5分別代表節(jié)點(diǎn) 1、節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4、節(jié)點(diǎn)5的對電壓。 由于并聯(lián)電路，兩端電壓相等這一原理。能夠求出節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4以及節(jié)點(diǎn)5的對地電壓值為-110V。節(jié)點(diǎn)1以及節(jié)點(diǎn)2的對地電壓值為+110V。在直流系統(tǒng)當(dāng)中，如果存在兩級之一接地，那么，每一個節(jié)點(diǎn)的電壓將會發(fā)生變化，從而出現(xiàn)電壓值起伏的現(xiàn)象。假設(shè)該系統(tǒng)的負(fù)極進(jìn)行了接地，那么節(jié)點(diǎn)4以及節(jié)點(diǎn)5的電壓值將會發(fā)生變化趨近于零。其中節(jié)點(diǎn)5的電壓值趨近于零的速度將會很快。由于電壓在段時間內(nèi)出現(xiàn)了起伏的現(xiàn)象，因此將會使直流系統(tǒng)當(dāng)中的繼電器發(fā)生動作，從而出現(xiàn)繼電器誤動作故障，最后出現(xiàn)暫停供電的情況。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)將會在很大程度上對整個電場的運(yùn)行產(chǎn)生影響。與此同時，在直流系統(tǒng)的二次回路當(dāng)中，存在較為復(fù)雜的電纜線交接。將會在很大程度上出現(xiàn)接觸錯誤的現(xiàn)象[3]。在加上我國自然環(huán)境的不斷變化，提高了繼電器判斷錯誤的可能性。將會嚴(yán)重影響二次回路的正常運(yùn)行。

1.2 直流系統(tǒng)和交流220 V火線混聯(lián)

在直流系統(tǒng)和交流220 V混聯(lián)的時候，除了瞬態(tài)分析之外整體的簡化模型相當(dāng)于一個直流系統(tǒng)的接地，繼電器兩端的電壓將會快速升高，最高可到達(dá)了400 V，因此將會使得直流系統(tǒng)二次回路產(chǎn)生故障。在本小節(jié)的研究過程當(dāng)中，主要是針對于直流混聯(lián)穩(wěn)態(tài)情況進(jìn)行簡要的分析。

由于R1的值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他等效電阻的總和。因此，可以進(jìn)一步將圖1進(jìn)行簡化，如圖2所示。

圖2 直流正極和交流220V混聯(lián)等效電路圖

其中，采用交流電壓來作為繼電器兩端的電壓，通過公式節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2兩端的電壓為：

其中ω為314。

通過公式（1）的計(jì)算能夠很明顯的看出，在R1較大的時候節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2兩端的電壓U12也相對較大。然而，電纜的長度和電容C1成正比，因此也就會使得U12兩端的電壓增大，繼電器將非常容易產(chǎn)生動作。針對于工頻交流電壓半波周期進(jìn)行考慮，其值為10 ms。由于，對于繼電器動作電壓的維持時間不會超過10 ms。所以，可以進(jìn)一步認(rèn)為，如果繼電器的動作時間超過了10 ms，那么無論節(jié)點(diǎn)1和節(jié)電2兩端的電壓如何變化，繼電器都不會發(fā)生動作。在實(shí)際的過程當(dāng)中，為了考慮繼電器節(jié)點(diǎn)彈簧片的動作特性，使其可靠不動，往往會需要其具有較慢的動作時間。在目前絕大多數(shù)的電場當(dāng)中，無論是保護(hù)裝置還是操作箱內(nèi)部的小型繼電器，在220 V電壓的情況下都會將其動作時間調(diào)至為3～7 ms之間的數(shù)值，同時具有較低的動作功率。然而，這種做法并不能對類似的事故產(chǎn)生防范作用。所以，需要采用相應(yīng)的防范措施來進(jìn)一步確保重要回路當(dāng)中繼電器動作功率。使其數(shù)值大于5 W，并且動作時間不能夠太快。

在實(shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中，交流混聯(lián)故障要比直流接地故障更為嚴(yán)重。對于交流電壓來說，其不僅為220 V一個數(shù)值，也有可能是電場所使用實(shí)驗(yàn)儀器的輸出電壓。所以，為了能夠更好地對交直流混聯(lián)所產(chǎn)生的事故進(jìn)行防范，還需要從其本身進(jìn)行著手[4]。

1.3 蓄電池故障

所謂的蓄電池故障，主要指的是直流系統(tǒng)當(dāng)中的蓄電池。在直流系統(tǒng)當(dāng)中，針對于蓄電池的選擇具有極為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。每一款不同型號的蓄電池，其在性能方面也會存在著很大的差異，同時也會對系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大的影響。針對于蓄電池進(jìn)行分析的過程當(dāng)中，首先需要做到的就是使用相同型號的蓄電池來進(jìn)行串聯(lián)，確保每一個蓄電池都具備相同的參數(shù)，并沒有本質(zhì)上的差異。但是，很多的蓄電池都會存在很多的微觀不同，這些小的不同點(diǎn)受到工作環(huán)境的影響將會被放大。然而，在實(shí)際的工作過程中，技術(shù)人員對于蓄電池的充電都是處于一個相同條件下的，不具有針對性。因此將會在很大程度上使得蓄電池發(fā)生故障，大大的縮短了其使用壽命[5]。

其次，在電場當(dāng)中，針對于蓄電池的監(jiān)測方面還存在著一定的不足。我國目前絕大多數(shù)的電廠針對于蓄電池的監(jiān)測只要包含電流以及電量兩個指標(biāo)[6]。對于蓄電池的工作溫度以及內(nèi)阻的監(jiān)測還顯得極為欠缺，并不能夠做到對其內(nèi)部的工作狀態(tài)進(jìn)行掌握。由于監(jiān)測系統(tǒng)的不夠完善，也就使得相應(yīng)的技術(shù)人員很難對其真實(shí)的工作狀態(tài)進(jìn)行掌握，在很大程度上提高了蓄電池的故障風(fēng)險。一旦蓄電池發(fā)生了故障，將會對整個的電場運(yùn)行產(chǎn)生極為重要的影響[7]。

2 電場二次回路典型故障的防范措施

2.1 對二次回路抗干擾能力進(jìn)行加強(qiáng)

（1）在實(shí)際的電場運(yùn)行過程中，需要對直流系統(tǒng)中重要回路內(nèi)部的繼電器功率進(jìn)行提高，通常情況下可以令其動作功率在5W以上。并且需要在條件允許的范圍內(nèi)對繼電器動作速度進(jìn)行降低。特別是失靈啟動回路當(dāng)中的繼電器。

（2）針對于重要光耦隔離開入回路來說，不要使用距離較長的電纜來對進(jìn)行直接的帶光耦隔離開入，需要使用功率較大的繼電器來對其進(jìn)行隔離[8]。

（3）在技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，需要對較為重要的回路進(jìn)行充分的考慮，盡可能避免對長電纜的使用。

（4）電場的相關(guān)研究人員需要加大對操作箱內(nèi)跳以及合閘回路的抗干擾措施的研究力度。

2.2 避免直流接地以及直流混聯(lián)合

（1）需要針對于二次回路日常維護(hù)以及監(jiān)測進(jìn)行加強(qiáng)，從而確保在任何情況下都能夠使其達(dá)到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)需求。

（2）在電場中，相關(guān)監(jiān)測人員需要在工作之前對每一個危險點(diǎn)進(jìn)行必要的分析，并且做好相應(yīng)的防護(hù)措施，杜絕一切人為原因。

（3）在電場當(dāng)中，盡量避免通過一個系統(tǒng)來帶動較多一次間隔，在一些規(guī)模較大的電場當(dāng)中，很多500 kV的升壓站，僅采用了一套系統(tǒng)帶兩串間隔。

（4）電場有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，需要把交直流端子在端子排的不同區(qū)域進(jìn)行布置，每一個交直流端子之間相隔一定的距離，并且需要做好明確的標(biāo)識[9]。

（5）需要盡可能減少交流220V電源系統(tǒng)的使用，可以適當(dāng)?shù)娜∠Ｗo(hù)室屏柜里面的照明功能。

2.3 蓄電池故障防范

在絕大多數(shù)的電場里面，往往會面臨蓄電池使用壽命短以及監(jiān)測技術(shù)不完善等一系列特點(diǎn)。在這種情況下，電場不僅需要對蓄電池的合理性應(yīng)用進(jìn)行提升，同時還需要對整個的監(jiān)控體系進(jìn)行不斷完善[10]。在對蓄電池進(jìn)行充電以及放電的過程當(dāng)中，需要對每一個蓄電池的自身特性進(jìn)行充分考慮，從而實(shí)現(xiàn)具有針對性的充放電。最終能夠?qū)⒚恳粋€蓄電池的使用壽命調(diào)節(jié)至最佳，從而延長使用壽命。

3 結(jié)束語

在電場的發(fā)電以及通信過程當(dāng)中，直流系統(tǒng)往往具有極為重要的作用。伴隨著我國電力技術(shù)的不斷提高，針對于直流系統(tǒng)二次回路的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)也有著更高的要求。因此，本文致力于改善直流系統(tǒng)二次回路故障的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)接地故障、直流系統(tǒng)和交流220V火線混聯(lián)以及蓄電池故障等三個典型故障進(jìn)行分析，并且由針對性的提出了相應(yīng)的解決措施，為后續(xù)的發(fā)展提供了較好的理論依據(jù)。