变电站继电保护交直流电源串扰成因及解决对策分析

冯琳

摘 要：受到各方面因素的影响，变电站的电气设备在运行过程中往往会出现各种故障，继电保护装置交直流电源串扰引起保护误动给电网的安全运行带来了威胁。为了进一步提高电力系统运行的可靠性，文章主要从继电保护交直流电源串扰的成因着手，提出了一系列解决对策，以供参考。

关键词：继电保护；交直流电源串扰；成因；对策

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）20-0082-01

电力系统电气设备在运行过程中受到安装工艺、荷载、绝缘老化、过电压、误操作等因素的影响，短路、断线等故障频繁出现，这些故障将会直接影响变电站的安全稳定运行，特别是由交直流电源串扰引起的继电保护装置误动严重威胁着电网供电的安全性和可靠性。造成继电保护交直流电源串扰的根本原因是直流和工频交流电源的同时存在，文章将结合实践经验对变电站继电保护交直流电源串扰的成因进行分析，并提出切实可行的解决方案。

1 继电保护交直流电源串扰现状和成因

当前，变电站采用的是交直流电源向多种电气设备和装置同时供电的手段，为了进一步提升供电可靠性，在变电站中通常会配备相应的交直流电源，交流电源采用的是UPS，直流电源则采用蓄电池组。从容量方面看，交流电源小于直流电源，从可靠性方面看，由于电力企业比较重视对直流备用电源的检修和维护，所以直流电源的可靠性较高，而从作用方面来看，220 V交流电源多用于打印机、储能电机、加热器和照明设备，只起到辅助作用，其实际功率也相对较小。电压直流、交流回路中的带电感元件、辅助继电器、电路器操作线圈等的一系列操作可能会引起电压升高，从而干扰直流系统操作。若被操作断路器的断开时间为零，耐压为无限大，说明此断路器为理想断路器，其暂态仅限于线圈以及其引线范围，振频一般为1 000 Hz，但是可能会产生很高的尖峰电压，计算公式为：

若被操作断路器不是理想断路器，那么在触点开断过程中电弧很可能会出现重燃，从而产生严重的暂态过电压，这个暂态过电压就会向直流母线传输，最终波及整个控制回路。此种情况下，在断路器断开过程中，断路器触点两端的暂态过电压值超出由当时触点间距决定的击穿电压时，电弧将出现重燃，所以电流呈现着时断时续的状态，这样就加剧了断路器触点两端暂态过电压的震荡，而线圈和引线的电容充电也会时高时低，甚至会向母线放电，形成一系列电压浪涌，进而流向整个控制网络中。

2 继电保护交直流电源串扰解决对策

2.1 解决方法的提出

对于变电站继电保护交直流串扰问题，当前尚没有较为成熟的解决对策，在实际操作中，主要是依靠工作人员工作经验来降低事故发生率甚至是避免事故的发生。直流电源在变电站运行的作用是不可替代的，通常将其作为继电保护装置控制电源，下面主要提出两种使用直流电源代替交流电源的方案。

①用直流电源驱动设备代替交流设备。这种方法能够有效将继电保护交直流电源的串扰问题解决，但是由于市场相关设备较少，可供选择的余地很小，加上设备没有较好的通用性，会加大设备维护难度。此外，如果直流系统被直接接入直流电源驱动的设备，将会大大增加直流接地发生率，最终会导致新问题的产生。

②采用逆变器将220 V直流电源逆变为220 V交流电源，逆变后的220 V交流电源主要供加热器、打印器等这些设备使用。在逆变器的实际应用过程中，为了在确保供电情况下将交流线路缩到最短，并杜绝继电保护装置直流串扰问题的发生，可在交流设备电源的接口处直接接上逆变器，此外，对于逆变器自身来说，可根据实际情况配置相适应的保护装置，以有效降低逆变器交流侧故障对直流系统的影响。由于当前我国的逆变器技术已相对成熟，所以此方案的具有非常强的操作性，且成本较低，能够有效减少电能干扰。

2.2 逆变器对直流系统的影响

直流系统的正常状态图如图1所示。其中，直流系统的接地测控点是由接地点O、高阻R1和R2组成的，要想判断出直流系统是否产生单点接地现象，可对流过接地点O上的电流进行检测。在直流系统中，通常会有电容的存在，所以哪怕是系统处于无接地状态，测控点仍然会有电容电流流过，在实际应用中，当流过接地点O的电流超出1.4 mA时，说明直流系统发生接地。

当逆变器接入直流系统中，逆变器交流侧故障必将会对直流系统带来影响，包括以下几方面。

①当节点3与接地点1相通时，逆变器交流侧发生单点接地，系统就会通过直流测控点构成闭合回路，在高电阻作用下，接地电流数值很小，这与直流接地系统是相同的，而在这种情况下，流过测控点接地电流的大小以及电流方向实际上都是随着时间的变化而变化的，且逆变器直流侧正极、负极的流出、流入电流不相同，电流呈现不平衡状态，这个信号能够对继电器进行监测和保护。

②当节点3与接地点1相通而节点4又与接点2想通，逆变器接地点间就会构成一个或多个回路，这个时候接地电流的数值就会很大，而在逆变器直流侧也会产生较大的不平衡电流。

③若逆变器交流侧出现短路，大量冲击电流的产生会干扰系统运行，而逆变器直流侧的电流数值也会相应增大。

④当节点3与节点5接通，逆变器直流侧与交流侧会出现短路。

2.3 具体解决方法

针对上述故障，可进行保护设计，包括瞬时过电流、瞬时过差流、过载和过差流保护。对于瞬时过电流保护，在逆变器输出端两点接地或多点接地、输出端出现短路现象、交流侧和直流侧出现短路时进而导致那些从逆变器流过的电流值超出正常范围时，可瞬间将电流切断，与此同时，暂停逆变器运行，避免电气设备出现安全故障。对于瞬时过差流保护，在逆变器输出端两点接地或多点接地、交流侧与直流侧出现短路时进而导致那些从逆变器输入端流过的电流不平衡且电流值超出正常范围时，应瞬间将电流切断，并暂停逆变器运行。对于过载保护，在逆变器输出端的负荷超出容许值时，应暂停逆变器运行，及时发出故障告警，并将故障告知值班人员，由值班人员进行处理，确保设备和系统的安全。对于过差流保护，在逆变器交流侧出现单点接地现象进而导致流过输入端的不平衡电流超出正常范围，应立即暂停逆变器运行，及时发出故障告警，进行故障处理。

3 结 语

文章主要对变电站继电保护交直流电源串扰的成因进行了分析，指出了其产生的根本原因是直流电源和工频交流电源的同时存在，因而，我们应当进一步推广变电站继电保护装置电源的单一化，对于直流电源，可用逆变器来代替，这样才能有效降低继电保护交直流电源串扰引起的保护装置误动事故的发生率，从而进一步提高继电保护系统的可靠性。

参考文献：

[1] 杨春雨，张国良.浅谈继电保护交直流串扰解决措施[J].黑龙江科技信息，2011，（22）.

[2] 谢昊.关于保护装置交直流串扰问题的研究[J].城市建设理论研究，2011，（31）.