交流窜入直流检测系统二次回路设计

交流窜入直流检测系统二次回路设计

孙西 ,杨锐华 ,张俊赟 ,邱婷 ,张永明

云南电网有限责任公司昆明供电局 云南昆明  650000

摘要：直流系统是控制系统中一次回路运行的主要动力。直流系统的稳定可靠与否直接影响着电厂的安全稳定运行。系统接地是直流系统中最普遍的一种故障，直流系统的接地故障分为直流系统正、负极直接接地。在直流系统的接地故障中，由于交流电源进入直流系统而造成的接地故障是最严重的，只要有一小部分的接地就会造成保护误动。本文介绍了在抽水蓄能电站增加独立交流电流的基础、设计方案、实现效果和预防措施。

关键词：直流系统；交流窜入；检测；设计方案

某抽水蓄能电站220V直流系统投入运行，为保护设备的直流供电，为事故照明、机组黑启动、励磁系统的直流启动、直流高压注油泵电机供电。由于当时的行业规范、技术水平以及运行人员的思想，电厂所安装的直流测控、绝缘检测装置都不具有交窜直检测的能力，更不能满足《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中22.2.3.22条规定的要求。直流系统的交变电流会导致保护装置误动，测控系统误动作等。针对目前尚不具备直接对绝缘监控设备进行改造的现状，针对现场实际情况，研制了一套独立的交流电流互感器测试系统，并实现了交窜直检测功能，确保直流系统和电力设备的安全使用。

1、某电厂交流窜入直流系统引起频繁报警分析

该厂是一座新建的电站，在安装和调试过程中，2号220V直流馈电分屏绝缘监测仪经常出现“一节母线正极接地”的情况，但没有提供具体的分支接地信息。根据绝缘监控设备的探测功能，要报出具体的分支接地信息，一般要10秒左右。所以，不能根据这一警报来判定是否有分支接地或母线接地。同时，也不可能用人力来确定问题的根源。后来偶然在2号机组调速器油压设备2号泵的检查中发现，2号油泵、辅助油泵装载阀回路AC220V的L线通过AC电磁阀绕组与DC220V（正电极）连接。分析原因是1、2泵、副泵的电源均采用直流220V的方式，但是由于厂家提供的负载电磁阀是AC的，所以将其转换成220V。改线时，1号泵改线，2号泵和辅助泵没有改线，使2号泵和辅助泵的负载阀门原本应该连接ACN线路，但连接到DC220V，从而使AC电流进入DC系统。调节器的输出端的加卸阀的工作原理是有电。其控制逻辑如下：水泵起动后，接上电源，4秒后再进行断电加载；当到达停泵状态时，停止工作命令，并在加、卸阀门上供电，7秒后断电。所以，在水泵启动和停机时，发电机220V直流系统会出现“控制母线一正接地”的情况，也就是说，当加/卸荷阀上电时，会有交流电流进入直流系统的正极。经过后续的整改，直流系统上的绝缘监控器没有再次报告报警，证实了这次直流系统的频繁瞬报是由于交流电源进入直流系统正极引起的。

2、直流系统配置

该工程采用2组充电器（整流器）,2组蓄电池，2组控制母线。在正常情况下，2个母线是分段运行的，每一条母线都有一组电池和一组充电设备，在任何一条母线发生故障时，都不会对其他母线造成任何影响；两条母线的负载是相同的，它们是负载的第一和第二电源。220V直流电源装置由四个面的整流屏、四个直流电源屏、两个蓄电池组成。由于直流系统没有交窜直测试的能力，所以在直流系统维修中也不能进行交窜直的相关测试。

3、方案设计

3.1交流窜入直流检测系统方案

图1中给出了AC窜人直流探测系统的方案。图1仅表示第二组DC系统的交窜直探测环路，第一组DC系统的交窜直探测环路与第二组的交窜直检测环路（因为电厂2套直流系统的导线是一样的），并且两组交窜直检测模块共用同一交窜直监测模块。下面将只举第二个例子来解释。一个24V的供电模组被装在一个220V的第二直流馈线屏10LAA004TB中，它把220V的DC取样电压变换成24V的DC电压，用作交窜直监测模块的工作电源。取样电源是从位于地下工厂220V第二套DC馈线屏10LAA004TB中的直流母线监测供电开关9K1获得的，所述电源通常是220V的纯DC，而当AC向直流母线传输时，会掺杂一些AC分量。在第二套220VDC馈线屏10LAA004TB中，将一台交窜直探测模块，通过保险丝FU3和FU4将220VDC取样电源与模块取样端相连接，并将220VDC取样电源通过保险丝FUl和FU2用作该组件的工作电源。该交窜直探测模块能探测220V直流正负母线对地的AC电压（50Hz)，具有±1V(5V-250V）的准确度，并能支持RS-485通讯，如果220V直流正、负母线对地AC电压超出报警阈值，就会发出报警信号，驱动干触点继电器工作。将交窜直监测模块一台220V第二组直流#4整流屏10LAA004RD中，通过RS-485与220V第一组和第二组直流系统交窜直检测模块进行通讯，并对两个交窜直检测模块进行监测和管理，实时显示窜人交流电压曲线及报警信息。在第二套220VDC#4整流屏1004RD中，安装两个交叉窜直报警指示灯，并将两个交叉窜直报警信号串连到相应的两个交叉窜直探测模块的报警开启干触头（ON,COM)，以显示两个直流系统的交叉窜直报警。

图1交流窜入直流检测系统设计图

3.2交流窜入直流检测系统工作原理

交流窜入检测系统在220V直流系统的两节母线或它的馈线支路上发生交流窜入时，从两个母线巡检电源开关9K1获取取样电源，并将其送入IPM-JY.AC型交流窜进检测模块；测试模块对采样数据进行运算，得到50Hz的AC电压，然后用RS-485Modbus通讯的方法向GQH-Td监测模块发送AC电压的实时数据；同时，该探测模块将AC电压和报警阈值（人工设定10V）进行比较，当AC电压超出报警阈值时，由RS-485Modbus通讯系统向GOH-Td监测模块发送报警，由触发干触点动作控制第二级报警指示灯点亮，以警示操作人员交窜直故障。

4应用及效果

按照设计方案，24V电源模块，IPM-JY-AC型交流窜直探测模块、保险丝等附属设备，被安装在第二套220VDC馈线屏10LAA004TB；将交窜直监控模块、交窜直指示灯，安装于第二套220VDC#4整流屏10LAA004RD。当所有线路连接完毕后，启动检测系统，在进行通讯地址设置和报警限制后，就可以通过交窜直监测接口，对一段/段窜入线电压、电压曲线、交流窜入报警记录进行检查。根据实际操作经验，将AC跳入警报上限设置为10V，也就是当取样电源的AC电压高于10V时，它就会发出警报。经过多次实验，验证了本系统的工作性能良好，测量精度达到了预期的要求。正常运行后，由电站的专业维护人员进行测试。

5、结语

交流直流系统的危险性较大，根据模拟结果可以看出，直流系统的直接接地要比直流系统的正、负极直接接地更困难。为了保证电力公司直流系统的安全、可靠运行，根据上述分析，提出了以下几点建议：（1）新建发电厂要加强设备安装周期的管理，确保图与实相符，避免由于线路不正确而造成的交流电流窜入直流系统的隐患。(2)严格遵守《防止电力生产事故的二十五项重点要求》。(3)对于无法测量交流电源进入DC系统的DC绝缘监控器，必须具备正、负、地DC电压的数据存储能力，并保证24小时以上的故障查找。(4)在后续的定期维修中，应对负载端设备的电气元件和控制电缆的绝缘状态进行数据比对，一旦发现绝缘状态的改变，应立即进行相应的处理。

参考文献

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