淺談火力發(fā)電廠交流串入直流系統(tǒng)的危害及防范措施

張佳音

[摘 ? ?要]在火力發(fā)電廠電氣設(shè)備回路中，為了實(shí)現(xiàn)電源、控制、保護(hù)、信號(hào)等功能，一個(gè)盤柜或端子箱內(nèi)不僅有交流電，同時(shí)也有直流電。而且由于盤柜內(nèi)空間有限或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)更多的功能，會(huì)使交、直流接線端子距離很近，故在回路設(shè)計(jì)安裝和檢修過程中，極易因設(shè)計(jì)不合理、安裝質(zhì)量不合格、誤觸、誤碰、誤接線等原因，造成交流電串入直流電系統(tǒng)，而發(fā)生事故。本文描述了一起火力發(fā)電廠交流串入直流的事故案例，對(duì)交串直的原因及危害進(jìn)行了分析和介紹，并列出了一系列防范措施。

[關(guān)鍵詞]交流串入直流;事故分析;事故防范

[中圖分類號(hào)]TM621 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）05–00–03

Talking About the Hazards and Preventive Measures of AC Series-Connected DC Systems in Thermal Power Plants

Zhang Jia-yin

[Abstract]In the electrical equipment loop of a thermal power plant， in order to realize the functions of power supply， control， protection， signal， etc.， there is not only alternating current but also direct current in a panel or terminal box.In addition， due to the limited space in the panel or in order to achieve more functions， the AC and DC terminals will be very close.Therefore， it is easy to cause unreasonable design， unqualified installation quality， and accidental touch during loop design， installation and maintenance.， Accidental touch， wrong wiring， etc.， causing AC power to be connected to the DC system and accidents.The article describes an accident case of AC-to-DC in a thermal power plant， analyzes and introduces the causes and hazards of AC-to-DC， and lists a series of preventive measures.

[Keywords]AC series into DC; accident analysis; accident prevention

在火力發(fā)電廠電氣設(shè)備運(yùn)行過程中，如因設(shè)計(jì)不合理、人員誤操作或電纜絕緣損壞等情況，將交流回路接入直流回路，會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行帶來很的大安全隱患，設(shè)備跳閘線圈或繼電保護(hù)裝置可能會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)情況，而引起事故的發(fā)生。所以，電氣工作人員必須認(rèn)識(shí)到交流串入直流系統(tǒng)的危害，方能確保電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

1 ?交流串入直流系統(tǒng)的原理

火力發(fā)電廠二次系統(tǒng)的工作電源可分位直流系統(tǒng)及交流系統(tǒng)。正常運(yùn)行時(shí)，直流系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，它的正負(fù)極與地之間存在分布電容及電阻，交流系統(tǒng)則可視為接地系統(tǒng)，當(dāng)交流系統(tǒng)串入直流系統(tǒng)后，首先引起直流接地。若直流系統(tǒng)有較大的對(duì)地分布電容，就會(huì)引起以直流電源為工作電源的跳閘線圈及保護(hù)出口繼電器發(fā)生誤動(dòng)。造成交流串入直流系統(tǒng)的主要原因可分為三種：

（1）安全措施不到位，檢修人員回路不清楚、專業(yè)技能不熟練、工作不仔細(xì)等，誤將兩系統(tǒng)接線短接。

（2）設(shè)備老化、交直流電纜絕緣破損短路等情況，導(dǎo)致交流串入直流。

（3）設(shè)計(jì)問題，交流回路與直流回路安裝過近，一旦發(fā)生振動(dòng)就可能發(fā)生接觸，或直流控制電纜與接地網(wǎng)設(shè)備距離太近，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障或倒閘操作接地網(wǎng)就會(huì)出現(xiàn)零序電流，交流電就會(huì)通過對(duì)地分布電容串入直流系統(tǒng)。

2 ?一起交流串入直流事故分析

2.1 ?設(shè)備概況

在發(fā)電廠生產(chǎn)過程中，需要利用多臺(tái)空壓機(jī)取得大量的壓縮空氣，來維持機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行?？諌簷C(jī)在運(yùn)行中需要利用冷卻風(fēng)機(jī)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行冷卻，確保安全運(yùn)行溫度。冷卻風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)控制回路為220V交流回路，高壓電機(jī)電源開關(guān)合、分閘控制回路為110V直流回路。而空壓機(jī)出廠設(shè)計(jì)中，為防止本體因超溫而損壞，將冷卻風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)交流回路與開關(guān)合、分閘直流回路共用一只繼電器的常開、常閉接點(diǎn)進(jìn)行控制，繼電器各接點(diǎn)端子間距離較小，極易造成交、直流回路短接，使交流串入直流回路中。

發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、6kV廠用設(shè)備電源開關(guān)等重要設(shè)備的控制回路，多采用110V直流電源，且部分設(shè)備取自一個(gè)直流母線段，一旦交流串如直流回路，會(huì)使保護(hù)出口繼電器線圈或開關(guān)跳閘線圈通過對(duì)地等效電容形成回路，如果交流電壓足夠高或在電纜等效分布電容上產(chǎn)生的電流足夠大，就會(huì)導(dǎo)致繼電器或開關(guān)的誤動(dòng)作，造成設(shè)備或機(jī)組跳閘，甚至設(shè)備損壞。

2.2 ?事故故障現(xiàn)象

某330 MW火力發(fā)電廠，機(jī)組正常運(yùn)行，主變高壓側(cè)開關(guān)突然跳閘，ETS首出“發(fā)變組出口開關(guān)跳閘”，檢查機(jī)組繼電保護(hù)、熱機(jī)保護(hù)、220kV系統(tǒng)繼電保護(hù)、穩(wěn)控裝置無異常報(bào)警信號(hào)，檢查出口開關(guān)本體機(jī)構(gòu)、六氟化硫壓力表等均正常，查看錄波器三相電流、電壓波形無波動(dòng)，三相不一致未動(dòng)作，判斷開關(guān)未發(fā)生偷跳情況。檢查發(fā)變組直流控制回路各點(diǎn)電位正常，絕緣測試正常。檢查DCS人員行為操作記錄未發(fā)現(xiàn)異常情況;檢查升壓站視頻監(jiān)控、DCS工程師站視頻監(jiān)控未發(fā)現(xiàn)有人員出入。

檢查機(jī)組110V直流母線絕緣監(jiān)察裝置報(bào)文內(nèi)有交流串入直流回路的報(bào)文，通過對(duì)機(jī)組110V直流母線所帶負(fù)荷進(jìn)行逐一排查，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)就地控制柜內(nèi)一支繼電器接線端子螺絲松動(dòng)，端子引線與相鄰端子有搭接現(xiàn)象，此繼電器作用為高壓開關(guān)分閘后可繼續(xù)保持冷卻風(fēng)扇運(yùn)行，其接點(diǎn)分別接引了交流（冷卻風(fēng)扇控制）和直流（高壓開關(guān)合分閘）回路，交直流接線端子緊鄰。

2.2 ?原因分析

空壓機(jī)就地控制回路內(nèi)有一支交、直流共用輸出接點(diǎn)的繼電器3K3，其一對(duì)常開接點(diǎn)及常閉接點(diǎn)為直流回路，分別用于高壓開關(guān)合、分閘，另一個(gè)常閉接點(diǎn)為交流回路，用于高壓開關(guān)分閘失敗時(shí)保持冷卻風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。如圖1所示：

因此繼電器交流端子接引不牢固，且空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)本體振動(dòng)較大，導(dǎo)致引線螺絲松動(dòng)脫離，搭接在相鄰開關(guān)分閘直流回路接線端子上，使交流回路與直流回路瞬間接通，直流系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)180V交流電壓，由于發(fā)電機(jī)出口跳閘回路電纜較長，對(duì)地分布電容較大，串入的交流電經(jīng)蓄電池、跳閘線圈、分布電容構(gòu)成回路，導(dǎo)致發(fā)變組出口開關(guān)跳閘線圈勵(lì)磁動(dòng)作，發(fā)變組出口開關(guān)跳閘。如圖2所示。

當(dāng)交流電從直流正極串入時(shí)，交流電源UAC、蓄電池、跳閘線圈TQ、對(duì)地分布電容C形成一個(gè)閉環(huán)回路，電容C會(huì)通過TQ放電，形成放電電流Ic1。

通過電容電阻串聯(lián)公式：可知，電容C與電流I成正比，當(dāng)分布電容較大時(shí)，放電電流Ic1也較大。

同時(shí)直流蓄電池還會(huì)經(jīng)過TQ向C充電，從而形成了充電電流Ic2，當(dāng)UAC處于正半波時(shí)，兩個(gè)電流形成了疊加。就可能滿足TQ的動(dòng)作條件，以致TQ誤動(dòng)。如圖3所示。

2.3 ?整改措施

為了避免交流再次串入直流系統(tǒng)，故取消3K3繼電器風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)用常閉接點(diǎn)。安裝冷卻風(fēng)機(jī)啟動(dòng)/停止轉(zhuǎn)換把手SQ，接至交流電源L與冷卻風(fēng)機(jī)啟動(dòng)接觸器線圈之間。用于在正常停止空壓機(jī)或急?？諌簷C(jī)后，高壓開關(guān)分閘失敗時(shí)，手動(dòng)啟動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)。

對(duì)高壓開關(guān)合、分閘繼電器3K3進(jìn)行換型，由小型繼電器更換為接觸器，交流線圈與直流接點(diǎn)接線端子距離更遠(yuǎn)，且內(nèi)部接點(diǎn)與接點(diǎn)間、線圈與接點(diǎn)間均有絕緣隔板，確保了交流與直流間的可靠隔離。

3 ?交流串入直流系統(tǒng)的防范措施

3.1 ?優(yōu)化回路設(shè)計(jì)

避免交流串入直流回路最主要的措施，就是合理的回路設(shè)計(jì)，應(yīng)取消交直流共用一支繼電器的回路，或增加交流轉(zhuǎn)換直流電源模塊及中間繼電器來實(shí)現(xiàn)回路上的隔離。為了能防止直流回路對(duì)地電容的充放電電流，可以在跳閘回路里裝設(shè)較大功率的出口繼電器，使光耦動(dòng)作門檻提升，不易發(fā)生誤動(dòng)。

3.2 ?做好物理隔離

盡量防止直流接地或交直流混聯(lián)，確保交、直流電源開關(guān)和接線端子分開布置，做到可靠隔離，顏色區(qū)分明顯，禁止交、直流共用一根電纜。保護(hù)屏內(nèi)交流照明回路取消、打印機(jī)交流電源設(shè)置在盤柜底部，用專用的電源插銷及插座連接，不得接入端子排。對(duì)無法通過改造將交、直流回路完全隔離的繼電器端子，采取澆筑絕緣硅膠的方法，進(jìn)行絕緣隔離。

3.3 ?提高技能水平

加強(qiáng)電氣回路原理及圖紙的學(xué)習(xí)，提高現(xiàn)場電氣專業(yè)人員的技術(shù)能力和責(zé)任心。保護(hù)定檢、二次回路檢修及改造后，要對(duì)照?qǐng)D紙進(jìn)行全面核查，避免錯(cuò)誤接線或存在寄生回路，同時(shí)測量交直流回路間的絕緣電阻，確保絕緣阻值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在合上交流或直流電源前，測量負(fù)荷側(cè)是否有直流或交流電位。

3.4 ?加強(qiáng)技術(shù)管理

加強(qiáng)圖紙管理，建立標(biāo)準(zhǔn)圖庫，并在就地控制箱內(nèi)放置新圖紙，便于現(xiàn)場的檢修及消缺工作?；芈纷儎?dòng)后及時(shí)修改圖紙，并確保繪制的準(zhǔn)確性，認(rèn)真開展二次回路工作保證安全的組織和技術(shù)措施，做好安措票和危險(xiǎn)點(diǎn)的分析。

3.5 ?規(guī)范日常檢查

每日檢查絕緣監(jiān)測裝置，發(fā)現(xiàn)有絕緣降低等異常情況，及時(shí)查明原因并處理。雨季前全面檢查室外端子箱、機(jī)構(gòu)箱封堵情況，避免漏水導(dǎo)致端子排絕緣下降，發(fā)生交流串入直流情況。

4 ?結(jié)語

在發(fā)電廠，發(fā)變組出口開關(guān)的跳閘回路電纜一般都很長，對(duì)地分布電容會(huì)比較大，交流串入直流系統(tǒng)后極易驅(qū)動(dòng)跳閘線圈，造成開關(guān)誤跳閘。為了能減少誤動(dòng)的可能，就需要從多方面考慮。優(yōu)化回路，取消公共繼電器，增加電源模塊及中間繼電器，增大繼電器動(dòng)作功率，做好物理隔離，交直流分電纜布置、取消不必要的交流回路，增加隔離端子排。提高人員自身專業(yè)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)直流、交流系統(tǒng)的圖紙管理，規(guī)范日常檢查，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。只有多方面的防范措施得以落實(shí)，才能將交流串入直流系統(tǒng)的可能性降到最低，以確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 王軍.變電站交流串入直流系統(tǒng)的危害及其防范措施[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（32）：20-22.

[2] 吳良方.直流系統(tǒng)防交流侵入方案研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2017.

[3] 毛盾.交流竄入直流系統(tǒng)引起保護(hù)誤動(dòng)分析[J].東北電力技術(shù)，2007，28（3）：32-34.

[4] 邱健斌.工頻交流串入直流系統(tǒng)引起誤動(dòng)的分析與處理[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[5] 孫婉勝，張海梁.基于單片機(jī)的交流竄入直流系統(tǒng)監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電工技術(shù)，2018（8）：117-118.

[6] 雷立超，薛小平，王健，等.交流竄入直流系統(tǒng)的檢測建議[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測，2015，1（3）：55-59.

[7] 祁勝利，許常順，魏志川，等.變電站交流串入直流系統(tǒng)危害分析及防范措施[J].電力安全技術(shù)，2014，16（4）：56-57.

[8] 黃勇輝.變電站直流電源系統(tǒng)直流環(huán)網(wǎng)與交流竄入的原因及危害分析[J].電力系統(tǒng)裝備，2019（19）：25-26.

[9] 王偉，王祥，唐華東，等.一起交流串入直流導(dǎo)致雙極閉鎖的事故分析[J].電工電氣，2018（6）：71-73.

[10] 劉玉富.交流竄入直流系統(tǒng)故障分析[J].電工技術(shù)，2016（11）：71.