升壓站交流竄入直流引起斷路器跳閘的事故分析

康曉勇

摘 ? 要：直流系統(tǒng)是升壓站二次設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，在各類(lèi)電氣元件使用與運(yùn)行的過(guò)程中，由于可靠性等因素交流竄入直流系統(tǒng)的事故無(wú)法完全避免。當(dāng)上述情況出現(xiàn)后系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)斷路器跳閘的方式來(lái)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行止損。分析這一類(lèi)型事故的形成原因與機(jī)理，將有助于提高二次系統(tǒng)的安全與可靠性系數(shù)，從而為升壓站平穩(wěn)安全運(yùn)行提供必要保障。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng) ?交流系統(tǒng) ?竄入 ?跳閘

中圖分類(lèi)號(hào)：TM311 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（b）-0093-02

升壓站中交流的工作系統(tǒng)與直流的控制系統(tǒng)同時(shí)并存，且利用直流系統(tǒng)作為系統(tǒng)運(yùn)行與智能化的主要輔助。二者的接觸在理想狀態(tài)下完全隔絕，并不會(huì)產(chǎn)生相互影響。但是，在部分不正常工況或元件可靠性損傷的情況下則會(huì)產(chǎn)生交流電竄入直流系統(tǒng)的事故。為進(jìn)一步控制事故可能造成的影響與危害，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)中加裝直流斷路器。當(dāng)其出現(xiàn)交流竄入后能夠及時(shí)斷開(kāi)以保護(hù)直流系統(tǒng)的總體安全性。2018年3月15日，某廠(chǎng)500kV升壓站的NCS系統(tǒng)后臺(tái)出現(xiàn)報(bào)警，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單識(shí)別發(fā)現(xiàn)，報(bào)警內(nèi)容5012、5021斷路器跳閘，5022 B相斷路器跳閘，直流I段母線(xiàn)接地告警。此次事故導(dǎo)致了升壓站交流系統(tǒng)2號(hào)機(jī)組脫網(wǎng)，損失負(fù)荷56萬(wàn)kW，形成了一定的電網(wǎng)供電質(zhì)量波動(dòng)。

1 ?事故排查及竄入主要特征

通過(guò)事故的警報(bào)初步判斷其事故原因?yàn)樯龎赫局骶€(xiàn)交流電竄入直流系統(tǒng)所致，為進(jìn)一步探究事故原因及其機(jī)理，第一時(shí)間組織人員對(duì)事故位點(diǎn)進(jìn)行查看與排除。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)斷路保護(hù)裝置并無(wú)動(dòng)作記錄，且線(xiàn)路保護(hù)以及安穩(wěn)裝置等運(yùn)行狀態(tài)正常，這一現(xiàn)象充分說(shuō)明了一次設(shè)計(jì)及交流主線(xiàn)的相關(guān)設(shè)備并無(wú)故障。直流I段母線(xiàn)為網(wǎng)控室的直流系統(tǒng)接地總線(xiàn)，該總線(xiàn)發(fā)生了報(bào)警，可以確定故障位點(diǎn)出現(xiàn)在網(wǎng)控室及其附屬的直流系統(tǒng)內(nèi)部，進(jìn)而對(duì)所涉及的直流系統(tǒng)進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)在5033斷路器交流端子箱內(nèi)存在一定的熔膠味道。在進(jìn)一步檢查中發(fā)現(xiàn)其交流電機(jī)電源與刀閘的控制電源之間出現(xiàn)了電源熔接。至此，事故的原因基本排查探明，即交流控制回路接線(xiàn)不嚴(yán)謹(jǐn)與直流控制回路之間出現(xiàn)了搭線(xiàn)的情況，在電阻及散熱不遵從的雙重作用下電源線(xiàn)產(chǎn)生熔黏進(jìn)而導(dǎo)致工頻下的交流電源竄入直流系統(tǒng)造成了前后雙斷路器無(wú)記錄啟動(dòng)，并激發(fā)了接地報(bào)警。在斷電更換電源線(xiàn)后，合閘發(fā)現(xiàn)故障已經(jīng)排除。報(bào)警解除。

此類(lèi)事故的特征主要包括了如下3個(gè)方面：一是斷路器跳閘，且現(xiàn)場(chǎng)交流電系統(tǒng)及其保護(hù)裝置均無(wú)故障信息。二是直流系統(tǒng)接地報(bào)警，報(bào)警形式一般為接地電阻的急劇降低。三是在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程查看斷路器故障濾波圖可以發(fā)現(xiàn)明顯的干擾訊號(hào)，如能夠確定干擾訊號(hào)存在固定頻率（50Hz）。上述三方面特征如果同時(shí)顯現(xiàn)可以確定該事故為交流電竄入事故，在現(xiàn)場(chǎng)排查中如果存在濾波圖等相關(guān)設(shè)備則可以快速且準(zhǔn)確地予以判斷。如果并不存在相關(guān)設(shè)備或數(shù)據(jù)調(diào)取困難這可以依據(jù)前兩特征來(lái)輔助判斷。

2 ?保護(hù)機(jī)制及其原因分析

電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與施工的過(guò)程中一般分為一次設(shè)計(jì)與二次設(shè)計(jì)。其中一次設(shè)計(jì)主要完成主變線(xiàn)路的施工，為高壓交流系統(tǒng)，二次設(shè)計(jì)一般是交流系統(tǒng)的配套保護(hù)及控制單元，存在部分的直流系統(tǒng)，如遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等。二者相互相應(yīng)并相互連通。在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中存在一定的系統(tǒng)容錯(cuò)能力，如果出現(xiàn)了單點(diǎn)接地并不會(huì)形成諸如跳閘等嚴(yán)重的事故，僅僅是利用接地電纜將交流電導(dǎo)出直流系統(tǒng)，并形成報(bào)警。通過(guò)及時(shí)的故障排除并不會(huì)對(duì)直流系統(tǒng)的控制單元進(jìn)行損害，也不會(huì)造成系統(tǒng)的實(shí)效。如果交流電竄入后形成了兩點(diǎn)接地的現(xiàn)象，一般情況下會(huì)使得兩點(diǎn)之間的斷路器發(fā)生跳閘。當(dāng)然上述情況一般發(fā)生在接地電容在總?cè)萘课闯^(guò)交流系統(tǒng)的竄入負(fù)載，。如果當(dāng)其分布的電容達(dá)到或者超過(guò)一定的數(shù)值后竄入的交流流量與跳閘器之間會(huì)形成閉合回路，進(jìn)而導(dǎo)致跳閘繼電器引發(fā)跳閘行為。在本文所探討的案例中便是由于其瞬間交流電竄入而形成了閉合回路所導(dǎo)致的。

對(duì)事故進(jìn)行深度調(diào)查，并結(jié)合同類(lèi)事故的處置與調(diào)查經(jīng)驗(yàn)回顧發(fā)現(xiàn)交流電竄入直流系統(tǒng)在實(shí)踐中并不罕見(jiàn)，其中有接近30%的事故屬于同類(lèi)原因。從具體的形成原因上來(lái)看大致可以分為4種：一是在部分設(shè)計(jì)中存在一定的交直流回路的共用電纜，二者通過(guò)電容或者斷路器來(lái)進(jìn)行連接。此種設(shè)計(jì)在集約化的基礎(chǔ)上放大了線(xiàn)路自身的可靠性隱患，容易形成交流電對(duì)于直流系統(tǒng)的侵入。二是在部分設(shè)備的維護(hù)層面上存在一定的不足，尤其是設(shè)備的保護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)與施工并不完善，在長(zhǎng)時(shí)間的使用中存在由于氣象原因而導(dǎo)致線(xiàn)纜之間存在返潮、凝露等現(xiàn)象，部分情況下甚至直接出現(xiàn)了雨水的滲入，進(jìn)而形成了端子排等位點(diǎn)的直接串連過(guò)電，形成交流系統(tǒng)的侵入。三是由于線(xiàn)路的正常損耗沒(méi)有在日常維護(hù)中得到有效的處理，進(jìn)而導(dǎo)致部分交直流電系統(tǒng)的電纜出現(xiàn)破損，形成搭接，導(dǎo)致交流電竄入直流系統(tǒng)。四是在安裝以及日常維護(hù)中由于人工問(wèn)題而產(chǎn)生一定的錯(cuò)誤搭接，直接導(dǎo)致了交直流系統(tǒng)的物理聯(lián)通，從而導(dǎo)致交流電竄入直流系統(tǒng)。

3 ?預(yù)防交流竄入直流回路造成保護(hù)誤動(dòng)的優(yōu)化措施

在系統(tǒng)分析了其保護(hù)機(jī)制以及產(chǎn)生問(wèn)題的可能原因的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)有效的措施對(duì)其誤動(dòng)行為進(jìn)行規(guī)避與優(yōu)化，具體而言則可以按照一次設(shè)計(jì)與二次設(shè)計(jì)的方式來(lái)分別優(yōu)化。其中一次設(shè)計(jì)中出口繼電器主要起到有效的防護(hù)作用。

針對(duì)出口繼電器的防護(hù)優(yōu)化措施可以分為如下幾個(gè)方面：一是調(diào)節(jié)繼電器的敏感程度保障其兩端交流220V狀態(tài)下的不動(dòng)作行為，并將其動(dòng)作電壓進(jìn)行60%左右的額定上調(diào)從而保障其在發(fā)揮保護(hù)功能的基礎(chǔ)上，盡可能地減少誤動(dòng)現(xiàn)象。二是保護(hù)裝置內(nèi)部，大功率直跳回路開(kāi)入量應(yīng)設(shè)置必要的延時(shí)防抖回路，防止由于短暫的開(kāi)入量干擾造成保護(hù)裝置誤出口，此防抖回路可以有效地避免交流量竄入直流系統(tǒng)帶來(lái)的問(wèn)題，但需兼顧繼電保護(hù)裝置速動(dòng)性的要求。三是繼電器的動(dòng)作時(shí)間一般介于10～35ms之間，啟動(dòng)功率值應(yīng)≥5W。四是直跳回路采用的重動(dòng)繼電器應(yīng)選用經(jīng)電網(wǎng)繼電保護(hù)入網(wǎng)監(jiān)測(cè)并試驗(yàn)合格的產(chǎn)品。

在二次回路的防護(hù)優(yōu)化上可以分為如下幾個(gè)方面：首先，要從設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理的角度避免交直流電纜的混用情況，如果必須進(jìn)行混用的，則要做好節(jié)點(diǎn)規(guī)劃，通過(guò)斷路器及大電容的方式來(lái)限制交流電對(duì)直流系統(tǒng)的竄入。尤其是在刀閘控制箱、閉鎖電路等敏感位點(diǎn)中更應(yīng)該強(qiáng)化圖紙的審查，確保端子的保護(hù)CT與PT系統(tǒng)的專(zhuān)用性。其次，對(duì)二次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的線(xiàn)纜進(jìn)行優(yōu)化布置，一方面避免其與交流系統(tǒng)的混搭與過(guò)線(xiàn)，此種優(yōu)化可以保障其在線(xiàn)纜損壞的情況下依舊不容易產(chǎn)生交流電的竄入。另一方面則可以通過(guò)并聯(lián)短熔、互感等設(shè)備使得直流系統(tǒng)的迂回降低，形成更為高效的等效程度，避免由于分布電容等情況產(chǎn)生的出口繼電器誤動(dòng)作發(fā)生。最后，要強(qiáng)化相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量與安裝。從嚴(yán)把入口的角度形成全面管理，同時(shí)強(qiáng)化安裝過(guò)程中的質(zhì)量控制，提高施工人員技術(shù)水平，將由于設(shè)備可靠性以及人工因素所可能產(chǎn)生的問(wèn)題控制在最低限度內(nèi)。

4 ?結(jié)語(yǔ)

在本文的實(shí)際研究中首先對(duì)升壓站某次復(fù)雜跳閘事故進(jìn)行了回顧，并從現(xiàn)場(chǎng)檢查的角度對(duì)問(wèn)題的檢查與排除進(jìn)行了具體介紹。其次，結(jié)合本次事故以及過(guò)往類(lèi)似事故的整理及分析找到交流電竄入直流系統(tǒng)的事故動(dòng)作機(jī)理及其主要特征，為后續(xù)的排查提供必要依據(jù)。最后，從一次設(shè)計(jì)及二次設(shè)計(jì)的角度分別給出了誤動(dòng)故障的優(yōu)化方式。

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