变电站直流系统直流互窜事件分析

变电站直流系统直流互窜事件分析

牛方华

国网山西省电力公司超高压变电分公司   山西太原  030000

摘要：近年来，变电站直流电源系统直流互窜故障引起的继电保护、控制等误动事故越来越多，电力生产、运行及维护部门对直流系统直流互窜故障也更加重视。鉴于此，本文首先对直流系统构成做了简要介绍，然后分析了某500 kV变电站一起隐蔽的直流互窜事件，通过分析了事件原因，提出了具体的整改措施，对于一些隐蔽的直流互窜事件的原因的查找具有一定的借鉴作用。

关键词：变电站；直流系统；直流互窜；事件分析

引言

当发生交流电源消失甚至全站停电情况下，直流系统仍可为事故照明、交流不间断电源等提供有限时间的直流电源，保证事故情况继电保护装置、安全自动装置、控制及信号回路和断路器的继续可靠工作。因此，对变电站直流系统出现异常信号进行事件分析，及时处理直流系统直流互窜等故障，开展风险分析并制定相应防范措施，对加强变电站整体风险防控水平有着重要意义[1]。

1变电站直流系统的构成

变电站的直流系统主要由直流电源、直流母线、直流馈线及监控单元、绝缘监察装置组成，其中直流电源包括蓄电池及其充电设备。其中，蓄电池、充电装置、馈线网络和监测单元等模块容易出现故障和异常。监控主要是负责远方监视直流系统4个主要模块的运行情况。

1.1充电模块

将站用变或外接站用电提供的交流电整流成直流电，主要实现正常负荷供电及蓄电池的均/浮充电，常采用高频开关电源，一般由多组充电单元并列运行，采取N+1模式，1个模块作为备用[2]。

1.2蓄电池组

作为直流系统的储能元件，现常采用多组阀控式密封铅酸蓄电池串联组成，将电能与化学能相互转化，平时处于浮充电备用状态，在交流失电/事故状态、大电流启动等情况下，蓄电池是负荷的唯一直流电源供给，一般要求事故情况下能独立为变电站直流设备供电2h。

1.3馈线及网络

直流馈线指直流馈线屏至直流小母线和直流分电屏的直流电源电缆，由于变电站直流用电设备多、分布广泛，直流馈线及网络复杂，主要有环形供电方式和辐射供电方式。

1.4监控单元

对直流系统进行监控管理，负责对直流电源充电装置的交直流电压、直流输出电流和蓄电池电压等电气参数进行测量、显示和控制的装置，负责采集监测各直流模块运行情况，及时将故障异常情况报警及上传远方监控中心。

2直流系统出现直流互窜可能的原因

直流互窜出现的原因一般存在如下几种情况：施工阶段，负荷电源线连接存在问题，跨接两段母线，某个负荷电源线存在超过两根的情况，超过两根的电源线与另一段母线产生连接；倒负荷操作，把某负荷转移至另一端母线，并未将之前负荷开关进行断开操作，致使两段母线共同对此负荷进行供电，最终引起环网；关键保护回路均存在两路电源，安全稳定情况下，仅投一路，若两路均投势必引起环网；部分装置设有两路电源，不过装置内部并未进行隔离；相同电缆内部，分别属于两段母线供电电缆出线破损引起环网[3]。

3事件分析

3.1问题提出

该500 kV变电站设置两段110 V直流母线，正常时，两段母线正、负对地电压基本恒定在为57 V。2019 年12月12日，继电保护人员在开展专业巡视时，发现I段直流绝缘监测装置报“电压预警”“U+:52.24V U-:63.14V”“R+: 50.0 k R_: 999.9 k”“选线结果: 024# :47.5k"; II 段直流绝缘监测装置报“压差告警”“U+:66.01V U_:48.54V”“R+:999.9k R-:46.0k”“选线结果: 037#: 41.9k”。其中I段024#支路为220 kV某线测控屏电源，II段037#支路为220 kV融冰公用测控屏电源。

3.2故障分析

电压预警告警分析：根据DLT1392-2014《直流电源系统绝缘监测装置技术》规范要求: 110 V直流系统中任何一极的对地绝缘电阻降低到15kΩ的整定值时，应发出报警信息。该站预警门限设置为150kΩ，1段直流绝缘监测装置R+: 50.0k，低于预警门限150kΩ。报绝缘预警告警，装置正确告警，并高于标准要求。

压差告警分析：根据DLT 1392 2014《直流电源系统绝缘监测装置技术》规范要求:为防止直流系统一点接地引发保护误动，110V直流系统正负母线对地电压比值U_/U+=0.55/0.45≤1.222，超出时产品应发出报警信息。该变电站绝缘监测装置压差告警门限设定为11V, II段直流绝缘监测U+-U_=66.01-48.54=17.56V,大于装置压差告警门限11V。报压差告警，装置正常告警，并高于标准要求。

计算机监控系统信息分析：该变电站完成将两段直流系统正、负母线对地电压模拟量输人通过测控装置接人计算机监控系统，在计算机监控系统实时显示两段直流系统正、负母线对地电压。对采集到的数据进行保存、处理，并增加画面将保存数据描绘成历史曲线。现场人员通过对两段直流系统正、负母线对地电压历史曲线进行分析，在同一时刻，I段正母线对地电压下降、负母线对地电压上升；II 段正母线对地电压上升、负母线对地电压下降。依据以往经验，初步判断存在直流互窜的情况，随即开展排查。

3.3解决方案

本次事件为工程扩建过程中，因为施工人员未按照施工图导致两段母线正极互窜。

对现有直流系统绝缘监测系统进行升级改造：随着电力行业规程DLT1392-2014《直流电源系统绝缘监测装置技术》的发布，各绝缘监测厂家生产的绝缘监测装置更加规范，在功能上更适用于现场，定位精度有了很大的提高。把原来不满足现技术规范的绝缘监测装置进行升级改造，将大大提高对直流系统的绝缘监测能力。

对计算机监控系统直流系统模拟量进行深度处理：按照南方电网220~500 kV变电站计算机监控系统技术规范要求，厂站已经将直流系统“母线对地电压、负母线对地电压”接人当地和集控中心的计算机监控系统中。在计算机监控系统中将采集到的数据进行保存、处理，并增加画面将保存数据描绘成历史电压曲线。通过可视化的对比，可以很清晰地看到直流系统母线对地电压的变化情况。在故障排查过程中，重点对电压变化量较大的时间点，开展排查，可有效减少排查时间。

寄生回路功能开发：DLT1392-2014《直流电源系统绝缘监测装置技术》对绝缘监测装置直流互窜报警功能进行了要求，但仅要求了“将直流系统I段母线馈出支路与II段母线馈出支路用金属导线直接相连，产品应准确报警”这一极端互窜方式。在现场实际中，寄生回路导致直流互窜的问题更加突出，绝缘监测装置生产厂家开发带寄生回路功能的绝缘监测装置，将大大减小运维单位对直流系统运维的压力。

4结束语

本文从现场实际出发，利用现有的设备发现了改扩建工程中由于误接线导致的直流互窜事件。通过对整个事件的详细分析，并给出解决方案，其中部分方案已在工程中使用并取得很好的效果。通过解决方案的实施，可很好地避免因不及时发现直流系统存在的隐患造成被考核事件的发生。

参考文献

[1]李琳.浅析加强变电站直流系统风险防控的措施[J].湖南电力，2018，38(3):49-50.

[2]杨超余，陈达民，杨磊，等．变电站交流窜入直流报警与录波的研究［J］．电力科学与工程，2015，31（12）：39－42．

[3]李应文，彭明智，张纯.变电站直流电源系统直流环网与交流窜入的原因及危害[J].自动化与仪器仪表，2018(7):57-60.