繼電保護回路中交流電串入直流回路的危害及防范措施

姜 晉，劉廣旭，陳安峰，楊國眾，雷 浩

華能沁北發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 濟源 459000

0 引言

電力系統(tǒng)作為現(xiàn)代社會最重要的能源供給系統(tǒng)之一，相較于其他能源供給系統(tǒng)，能源不易儲存是其最大的特殊性。其是否能夠安全穩(wěn)定運行又事關(guān)國計民生。繼電保護設(shè)備作為保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要設(shè)備，其是否具備選擇性、速動性、靈敏性、可靠性對于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電單元能否可靠穩(wěn)定運行具有重要的意義[1]。2011 年國務(wù)院頒布了《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理條例》（以下簡稱《條例》），《條例》的頒布在法律責(zé)任、事故監(jiān)管和電網(wǎng)風(fēng)險等方面對電力企業(yè)產(chǎn)生了較大的影響。《條例》頒布后，電力企業(yè)著手開展了安全事故風(fēng)險分析。在歸納出的諸多變電安全事故風(fēng)險中，“廠站交流串入直流系統(tǒng)風(fēng)險”為影響較重大的風(fēng)險之一。當(dāng)繼電保護回路中發(fā)生交流電串入直流回路的事故時，有可能導(dǎo)致繼電器等元器件出現(xiàn)拒動或誤動現(xiàn)象，進而導(dǎo)致繼電保護失去本應(yīng)具有的保障能力，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定工作。因其可能造成廠站多元件跳閘，電網(wǎng)破壞力大、負荷損失率高、防范難度大等，被列為重大風(fēng)險[2]。繼電保護專業(yè)人員應(yīng)提高對交流電串入直流回路問題的發(fā)現(xiàn)和處理能力。

1 繼電保護回路中交流電串入直流回路的原因

1.1 直接短路

交直流回路發(fā)生直接短路的現(xiàn)象在廠站生產(chǎn)現(xiàn)場較少出現(xiàn)，但若發(fā)生此種情況會對繼電保護設(shè)備的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生巨大的危害。導(dǎo)致交直流回路產(chǎn)生直接短路的原因主要有以下幾種。

1.1.1 廠站基建時期遺留的接線問題

廠站設(shè)備中的交直流回路共在一個屏柜里，共用一個端子排。在基建施工過程中，設(shè)計圖紙問題和人為因素都可能導(dǎo)致交流回路直接與直流回路連接。此種情況較少出現(xiàn)，且在后續(xù)維護過程中容易發(fā)現(xiàn)問題，但因交直流回路直接接觸面積較大且接觸牢固，其產(chǎn)生的危害相較于其他情況導(dǎo)致的危害程度最為嚴(yán)重[3]。

1.1.2 回路絕緣等級降低

在廠站的生產(chǎn)現(xiàn)場，如配電室、電子間內(nèi)電氣設(shè)備屏柜、電纜橋架電纜溝等處，存在許多交流回路與直流回路的交叉處或接近處，這些點易因絕緣問題發(fā)生交直流回路短路故障。例如回路中的接觸器，其動作線圈接在交流回路中，而接點接在直流回路中，若接觸器本身發(fā)生故障，交直流接線之間絕緣降低，有可能導(dǎo)致交流電串入直流回路。

此外，交流電纜與直流電纜共處同一電纜橋架、電纜溝，或控制柜、配電柜內(nèi)部的交流回路端子緊挨直流回路端子，若端子排或電纜之間因老化或外力原因?qū)е峦馄そ^緣層破損，交流回路與直流回路就有可能因互相接觸發(fā)生短路故障。此種情況較上一種情況出現(xiàn)概率更大，且故障點因各種原因更隱蔽，更難在后續(xù)維護工作中被發(fā)現(xiàn)。但因交直流回路直接接觸面積由元器件的故障情況和絕緣層的破損嚴(yán)重程度而定，且接觸相對不牢固，其產(chǎn)生的危害程度相較于上一種情況較小。

1.2 電磁感應(yīng)

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，電磁場會在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生交流電，電磁場來源眾多，導(dǎo)致交直流回路產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因主要有以下幾種。

1.2.1 廠站內(nèi)部設(shè)備之間的感應(yīng)

廠站設(shè)備眾多，同一個設(shè)備可能同時存在交流回路、直流回路，其需要的電纜長度可能很長。在同一電纜橋架或電纜溝中可能有高壓動力電纜、低壓控制電纜，低壓控制電纜中又有交流電纜及直流電纜。不同電壓等級、不同類型的電源的眾多電纜同處在一個電纜橋架或電纜溝中，之間的距離很近。根據(jù)交流電固有的性質(zhì)，電磁感應(yīng)原理決定了其必然在相鄰導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。按照要求，廠站使用的電纜都應(yīng)有屏蔽層并應(yīng)接地良好，但現(xiàn)場實際工作中很有可能存在沒有屏蔽層的電纜或電纜外皮破損導(dǎo)致屏蔽層失效的電纜，甚至在基建施工階段有可能出現(xiàn)將用于交流回路的線芯與用于直流回路的線芯置于同一根電纜內(nèi)的情況。即使是電纜屏蔽層完好且接地良好，但進入設(shè)備屏柜后需要剝開電纜，眾多線芯必然會綁扎在一起進而產(chǎn)生感應(yīng)電壓[4]。

1.2.2 無線通信輻射的干擾

無線通信設(shè)備的運行原理在于產(chǎn)生一定的電磁場，然后利用電磁場強度、頻率的變化表達信息。如今，生活中有大量移動通信基站，現(xiàn)場工作人員隨身攜帶移動通信設(shè)備，使空間中每時每刻都存在大量的電磁場，而變化的電磁場有可能耦合到繼電保護回路中，時刻改變的信號強度會在繼電保護回路內(nèi)部感應(yīng)產(chǎn)生交流電流，有可能導(dǎo)致繼電保護設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致繼電保護設(shè)備失去作用，進而降低廠站一次設(shè)備的運行效能[5]。因此，在廠站的日常生產(chǎn)工作中，有必要采取措施降低通信設(shè)備的信號輻射的干擾，使繼電保護設(shè)備能夠正常運行。

2 繼電保護回路中交流電串入直流回路的危害

當(dāng)繼電保護回路中出現(xiàn)交流電串入直流回路現(xiàn)象時，將產(chǎn)生巨大的危害。繼電保護可靠性是電力系統(tǒng)繼電保護的最基本要求，繼電保護可靠性是指在繼電保護設(shè)備需要保護的范圍內(nèi)發(fā)生了繼電保護設(shè)置中應(yīng)發(fā)生動作的故障時，繼電保護設(shè)備不應(yīng)該拒絕動作（簡稱拒動），這也稱為繼電保護設(shè)備的可信賴性；在其他任何情況下發(fā)生了繼電保護設(shè)備保護設(shè)置中不應(yīng)動作的故障時，繼電保護設(shè)備不應(yīng)該錯誤動作（簡稱誤動），這也稱為繼電保護設(shè)備的安全性。

繼電保護四大要求中最重要的是可靠性?？煽啃耘c繼電保護設(shè)備的設(shè)計制造、安裝調(diào)試的質(zhì)量有關(guān)，也與日常運行和檢修維護的水平息息相關(guān)[6]。通常來說，繼電保護設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量越好、設(shè)計接線越簡單、回路中的外接觸點數(shù)量越少，設(shè)備可靠性就越高。安裝調(diào)試質(zhì)量、運行維護水平等人為因素也會影響繼電保護設(shè)備的可靠性。

當(dāng)繼電保護回路中出現(xiàn)交流電串入直流回路的現(xiàn)象時，將會對繼電保護設(shè)備及回路的可靠性造成以下危害。

（1）因為直流回路是一個絕緣系統(tǒng)，而交流回路是一個接地系統(tǒng)。所以若二者發(fā)生直接短路，會改變直流電流的流向、不同元器件的正負極端，可能導(dǎo)致直流回路正負極發(fā)生短路，還會降低直流回路的絕緣電阻，造成直流接地故障的發(fā)生，進而造成誤動或拒動情況的發(fā)生。

（2）因為繼電保護直流二次回路的組成元器件，例如繼電器的線圈、某些元器件的二極管等，其只有在直流電源正負極方向正確的情況下元器件才會動作；若是正負極方向相反，元器件不會動作。交流電的電流方向會發(fā)生周期性變化。所以當(dāng)交流電串入直流回路中時會導(dǎo)致繼電保護拒動或誤動等情況的發(fā)生。

（3）因為廠站使用的繼電保護直流控制電源的電壓等級通常為110 V 或220 V，以110 V 直流電源為主，甚至某些控制元器件采用的是48 V 以下的直流電源。我國采用的交流電壓等級為220 V，也就是說在絕大多數(shù)情況下，生產(chǎn)現(xiàn)場所接觸的交流電電壓等級不會低于220 V。當(dāng)施加在直流回路中的繼電保護元器件上的交流電壓較大時，可能導(dǎo)致信號指示燈不正常發(fā)光顯示、繼電保護元器件不正常動作等情況的發(fā)生，進而造成運行人員的誤判或繼電保護的誤動作，危害人身及設(shè)備的安全[7]。

3 繼電保護回路中交流電串入直流回路的防范措施

3.1 做好工程基建時期繼電保護設(shè)備的管理

廠站繼電保護設(shè)備自身的質(zhì)量以及工程基建時期的工程質(zhì)量對投產(chǎn)后的檢修維護工作有著直接的影響。繼電保護設(shè)備有著元器件多、設(shè)備連接廣、回路較復(fù)雜等特點，若在工程基建時期忽視了設(shè)備的采購管理、工程施工監(jiān)理及竣工驗收工作，必然會遺留眾多較難發(fā)現(xiàn)隱患，增加后期運行維護工作的難度。因而在工程基建時期，廠站業(yè)主方應(yīng)嚴(yán)格按照國家相關(guān)法律規(guī)定建立完善的制度，在設(shè)備采購、工程招標(biāo)中杜絕可能出現(xiàn)的低價中標(biāo)、徇私舞弊等情況的發(fā)生。加強對施工單位及監(jiān)理單位的管理，提高驗收標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格工程管理，確保廠站工程基建時期的工程質(zhì)量[8]。如此才可以有效減少投產(chǎn)后繼電保護設(shè)備發(fā)生故障的概率，防止交流電串入直流回路惡性事故的發(fā)生，減少對人身及設(shè)備的損害。

3.2 做好投產(chǎn)后的日常運行管理和檢修維護工作

由于廠站內(nèi)部有大量的電氣一次、二次設(shè)備，良好的日常運行管理和檢修維護工作顯得尤為重要。為提升繼電保護設(shè)備的管理效能，應(yīng)重點開展對繼電保護設(shè)備的檢查，針對繼電保護工作的相關(guān)要求、規(guī)定等，建立專門的維護管理制度，并做好相應(yīng)的監(jiān)督，確保各項管理工作的落實[9]。檢修維護管理人員也要根據(jù)現(xiàn)場情況對維護方案展開優(yōu)化，結(jié)合繼電保護設(shè)備的運行情況及常見故障制訂更科學(xué)的維護方案，建立完善的檢修維護制度，對繼電保護設(shè)備實行全壽命周期管理，針對可能發(fā)生的交流電串入直流回路問題加以整改。同時建立科學(xué)公正的考核晉升制度，保證人員的有效流動，提高繼電保護專業(yè)人員的工作積極性。確保繼電保護設(shè)備的巡回檢查制度的有效落實，時刻掌握繼電保護設(shè)備的運行狀態(tài)，防止因高溫老化等情況導(dǎo)致交直流回路絕緣層破損、絕緣等級降低，導(dǎo)致惡性事故發(fā)生，確保廠站設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，使電力生產(chǎn)活動可以獲得更加安全的環(huán)境。

3.3 提升繼電保護專業(yè)人員的工作能力

繼電保護設(shè)備的運行、檢修、維護水平，都與繼電保護技術(shù)人員的專業(yè)水平密切相關(guān)，廠站應(yīng)該加強對人才的培養(yǎng)，加強對繼電保護專業(yè)人員的培訓(xùn)，強化繼電保護專業(yè)技術(shù)能力的學(xué)習(xí)。在提升人員專業(yè)技術(shù)水平的同時，也要培養(yǎng)繼電保護專業(yè)人員的安全和質(zhì)量意識，使其認識到繼電保護工作的重要性，確保嚴(yán)格按照檢修維護相關(guān)規(guī)程開展工作[10]。通過做好日常運維、檢修改造等工作，確保繼電保護設(shè)備得到有效的檢修維護，提升廠站全系統(tǒng)的運行效率，使繼電保護設(shè)備的安全穩(wěn)定運行能力得到大幅度提升。

3.4 提高電纜保護回路上的跳閘繼電器動作電壓

交流電串入直流回路引發(fā)保護誤動、開關(guān)跳閘事故的原因之一是保護回路電纜的長度較大和保護動作繼電器的動作電壓較小。因此可以考慮在規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)，通過測試將電阻值合適的電阻串接到跳閘繼電器線圈回路，以提高跳閘繼電器的交流電壓動作門檻及繼電保護回路的抗交流的能力。這樣一來減少了直流回路電纜的對地分布電容，降低了因交流串入直流而導(dǎo)致保護誤動的可能性。

4 結(jié)束語

廠站的繼電保護設(shè)備對廠站自身的安全穩(wěn)定生產(chǎn)極為重要，因此廠站管理人員及運行維護人員應(yīng)當(dāng)堅持把可靠性作為繼電保護設(shè)備運維的基本導(dǎo)向，明確繼電保護回路中交流電串入直流回路現(xiàn)象的危害，制定有效的防范措施，力圖將可能導(dǎo)致不利影響的因素扼殺在萌芽狀態(tài)，以滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)電、供電的需求。廠站內(nèi)部要制定有效、可執(zhí)行的配套管理制度，細化繼電保護設(shè)備的運行檢修規(guī)程。在現(xiàn)場施工及后期檢修維護工作中仔細檢查，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，及時查找串入直流回路的交流電，按照相關(guān)規(guī)定及要求預(yù)防各種可能發(fā)生的事故，提高繼電保護設(shè)備的可靠性，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行作出應(yīng)有的貢獻。