交直流混电的危害及预防

交直流混电的危害及预防

曹红红

国网山西省电力公司晋中供电公司，山西省 晋中市 030600

摘要：众所周知，如果工作人员误把交流串入直流系统，如此不正确的做法是相当危险的，如果将交流电串入直流电系统，那么继电保护的装置会产生错误的动作而引发事故。所以，我们要认识变电站交流串入直流系统的危害，这样可以更好地运维变电站现场。

关键词：交直流混电；危害；预防

1交流串入直流系统的原理解释

有两种情况通常会造成交流串入直流系统：一种是工作人员的失误，在检修的时候错误地短接两次接线端子；另一种是设备的运行是正常的，但其中交直流的绝缘电缆受到破坏或者直流电缆的对地电容明显偏大等。作为电力系统中不可缺少的组成部分，直流电源是由两部分组成的：一部分是整流装置把交流电源转换为直流电源以维持继电保护和自动控制设备的需要；另一部分是蓄电池组，通常挂在直流母线之上，这两个部分共同组成了直流系统，主要功能是控制及保护、事故照明等。交流电串入直流是直流电源故障的主要形式。直流与交流系统是两个分别的系统，在正常的情况下彼此是不会发生联系的，但是有些特殊情况可以导致交流串入直流。

2交直流混电的危害原因分析

在密闭和有灰尘的环境下，运行时间较长的变电站10kV开关柜面板上安装的数字电能表的交流接线上覆盖了一层黑灰、直流接线长黑毛（包括485电缆），UPS、开关柜里面的交直流电缆也存在这种情况。这些黑灰和黑毛均是由感应电引起的，并且有些设备的交直流接线端子距离很近。如果不做这些设备的裸露芯线和接线端子的除灰工作，交直流混电事故必然发生。这是造成这几起火灾事故的根本原因。变电站二次系统的交流电往往具有电压高、电流大、输出功率高、连接电缆粗、电阻小、绝缘水平较好的特点。如电源电压220V（或380V）、电压互感器（TV）额定输出电压为100V、电流互感器（TA）额定输出电流为5A时，接线电缆芯线的直径一般在2．5mm2以上，回路等效电阻通常小于5Ω。相比较：直流电的电压往往较低，典型值为110V、48V、24V、12V；电缆芯线较细，一般1．5mm2以下。回路等效电阻大，仅串联电池组的内阻就达10Ω；绝缘水平较低。Ｒ直＞Ｒ交，因此在交直流混电事故中，交流电源所产生的短路电流和直流电源所产生的短路电流均对直流设备的破坏作用大。这也是在交直流混电事故中直流设备（UPS、蓄电池等）首先出现火灾的原因。直流电缆和现场布置的接地网设备距离太近，一旦设备出现故障或者倒闸引起零序电流走到直流电缆的附近，就会通过电缆对地分布的电容直接串入直流电系统当中。

3交直流混电的预防

3.1运营管理措施

（1）在电缆敷设施工中，应加强防护措施，避免电缆擦伤。验收时，应严格检测电缆的绝缘水平，对同一沟槽中可能受到擦伤的运行电缆也应进行绝缘水平检查。绝缘水平不符合要求的电缆不得投入运行。（2）管理交流电源的接入。在改造工程中，相关的设备还没有安装完成，设备使用的交流电源已经和运行的设备交流电源搭接，在工作人员没有确定接入的设备回路是否正常、绝缘性能是否良好的情况下，运维人员要敦促施工人员切断和运行设备的交流电源的开关，同样要在电源断点地区张贴指示牌，告知禁止合闸。在完成改造工程的相关设备准备工作后，连接二次线路，确定回路正常，绝缘性正常，所需接入的运行设备交流电源正常，然后跟变电站申请，经同意，再由工作人员投入交流电源的开关，未经允许，其他人等不得擅自投退电源开关。（3）管理直流电源的接入。安装与调试相关设备阶段，直流电源需从继保小室内的保护试验专门电源屏上接出来，绝对不能用正在运行的直流电源。在改造扩建的工程中，直流电源的回路就已经在直流分屏上搭好，这时应该关闭直流分屏的电源开关，同时应该张贴标识牌于电源断电处，告知人们有人正在工作，禁止合闸。施工单位的设备调试和二次接线工作结束后，要确定回路正常、绝缘性是否良好，验收合格后就接入运行的直流电源，要跟变电站申请，经变电站领导同意后，才能让工作人员开启直流分屏上控制直流电源的开关，严格禁止未经允许工作人员擅自接入直流电源的开关。

3.2电位补偿法

电位补偿法是通过电流抵消的方式来消除直流偏磁的影响，电位补偿法也就是常说的反向电流法，也就是通过电流反向的方式来消除或减弱电流的作用和影响，故分为正向电位补偿和负向补偿。其中U0为大地电动势，U为补偿电源电动势。如果将所有点位方向以及电流方向取反，则为负电位补偿法。正负电位补偿法不改变系统的参数，结构比较简单，对直流电流的补偿可以控制，在对变压器中性点直流电流抑制的实际应用中具有较大的优势。

3.3串接电容法

通过在变压器中性点与系统地之间串接电容，以达到隔断直流的目的。在中性点装设电容后，如果主变高压侧发生接地故障，变压器中性点产生很高的暂态电压，当电容器两端电压达到限值时，通过电流旁路保护动作以限制暂态电压幅值，降低了对中性点串接电容器的容量要求。当系统恢复正常运行后，电流旁路保护装置自动复归，中性点串接电容器重新投入运行。不过使用这种方式提高了中性点的电位，改变了系统结构，继电保护装置定值需重新整定，对绝缘的配合也有一定要求。

3.4反事故措施

我们在进行二次设备的安装过程中，严格实施自动装置的反事故措施。（1）有直流接地和大部分光字牌的信号暗亮、频繁地烧控制保险，跳合线圈的时候，最应该优先考虑的是有交流电串入直流的回路。方法是，用万用表的交流电源来档测直流母线的对地电压。（2）一旦确定是交流接地，马上组织工作人员积极应对，以免造成更加严重的后果。（3）拉路法以及取保险法可以诊断直流接地的方位，此时可以考虑是否有相似的单点或者多点接地，如果不这样考虑会使查找的任务无从下手。（4）我们在应用拉路法或者取保险法来查找直流接地点时，设备还在不断运行中，因此在拉断直流电源的时候，要和运行人员及时沟通并清楚交代，同时要注意拉断的时间要短，太长了就容易出现设备故障，保护装置就不能行使正确动作。（5）在查找直流接地点时，一定不能毫无目标地拉路，应尽可能地收集直流接地的前后的信息，比如直流回路是否工作、已经进行了哪些操作等，然后再从现场的信号中做出判断。

结束语：

保护开关的回路电缆很长，因此对地分布的电容就比较大，交流串入直流系统就会错误启动保护装置以及开关误跳等现象。为了能降低直流回路对地电容，可以在保护回路里装设大功率继电器，这样就使光耦动作门槛提升了，平时一些不投跳回路电缆也被断开了。这样做的结果是预防了交流串直流现象所引起的保护误动及开关误跳。相关工作人员在提升自身专业技能的同时，也要加强对直流、交流系统的管理，使交流串入直流系统的可能性降到最低，以确保电网平稳安全地发展运行。
总之，如今的变电站工作越来越复杂，设备运行要求越来越高，我们应在日常工作中多做运行维护工作总结以提高我们的故障处理能力，而在变电站用交直流系统运行工作中我们不仅要掌握故障处理技巧，还要就故障监测和处理的设备进行更新、对维护体系的科学化进行革新。

参考文献：
[1]潘纪良.变电站直流系统的运行及维护检查研究[J].低碳世界,2016,(24):70-71.[2017-10-06].DOI：10.16844/j.cnki.cn10-1007/tk.2016. 24.043.

[2]王贺，孟凡志.变电站用交直流系统的运行及故障处理[J].黑龙江科技信息，2014，（32）：100-100.