交流电源窜入直流系统解决方案及具体实施

朱军 潘婷婷

摘 要：在变电站的运行中，交流电源窜入直流系统事件屡屡发生，对继电保护装置、自动装置及直流系统接入的设备造成较大的破坏。文章就解决这一问题提出具体方案，通过在不具备检测交流电源窜入直流系统的电气设备上加装监测装置，得以第一时间发现交流电窜入直流系统，进而对预防设备损坏、人身伤害、大面积停电事故发挥重要作用。

关键词：交流窜入直流；危害；解决方案；具体实施

1 交流电源窜入直流系统的危害

直流电源是电力系统的重要组成部分，主要由整流装置将交流电源变换为继电保护及自动控制装置需要的直流电源，并和蓄电池组成一个相互备用的直流系统。正常运行的直流系统和交流系统是相互不连通的，在实际运行过程中，由于一个屏柜内既有交流电又有直流电，供电线缆又较长，交直流端子相隔较近，因误接线、绝缘降低等原因造成交流电源窜入直流系统，带来以下危害：（1）引发直流系统金属性接地，绝缘监测装置工作异常。（2）引起厂站系统监控装置误发大量告警信息，而且频繁刷新。（3）引起继电保护装置保护出口中间继电器误动、尤其是变压器非电量保护误动或引发直流熔丝熔断造成全站保护拒动事故。以往国内发生的事故：2005年10月25日13时52分，内蒙古某发电公司发生一起因外委的设备维护人员在消除缺陷时，误将交流电接入机组保护直流系统，造成运行中的三台机、500kV两台联络变压器全部跳闸、全厂停电的重大设备事故。2011年8月19日，陕西某330kV变电站两台主变高压侧断路器交流电窜入直流系统I段母线后，在330kV断路器操作箱屏主变非电量出口中间继电器与电缆对地等效电容之间形成分压，主跳回路中间继电器动作，两台主变高压侧断路器相继跳闸，110kV母线失压，导致其馈供的15座110kV变电站失压，其中包括2座110kV铁路牵引站。

2 交流电源窜入直流系统的解决方案

为防止交流电源窜入直流系统引发保护误动，拒动以及厂站全停的恶性事故发生，2012年3月国家电网公司制定的《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（修订版）中的第五项“防止变电站全站停电及重要客户停电事故”中5.1.1.18.3明确了“新建或改造的变电站，直流系统绝缘监测装置，应具备交流窜直流故障的测记和报警功能。原有的直流系统绝缘监测装置，应逐步进行改造，使其具备交流窜直流故障的测记和报警功能。”如何防止交流电源窜入直流系统、减小其给系统带来的危险是各运行单位需要解决的问题，但目前直流系统中没有检测交流窜入专用设备，一旦出现类似问题，电网安全运行收到极大威胁。为确保第一时间发现交流电源窜入直流系统，国网芜湖供电公司在220kV变电站实际运行中采用加装IPM-JY-AC交流窜入检测模块的办法来满足电网安全运行的要求。加装此检测模块不用更改原来设备结构，对原有系统不会产生寄生回路、无不良影响，仅需在一段直流母线增加一个检测模块即可。能快速发现问题并及时解决，将变电站运行风险降到最低。

3 交流窜入直流系统检测方案具体实施

3.1 模块功能

IPM-JY-AC交流窜入检测模块主要用于电力电源系统中直流母线对地交流电压的检测。具体功能如下：

3.1.1 模拟量检测：检测正、负母线对地交流电压（50HZ）。

3.1.2 告警输出：若正、负母线对地交流电压超过告警门限，则产生告警并驱动干接点继电器动作。

3.1.3 通讯功能：与上级监控通讯，上送模拟量和告警量数据，并接受监控设置命令（设置交流窜入告警门限），通讯协议为MODBUS。

3.2 工作原理

IPM-JY-AC交流窜入检测模块基本工作原理是提取直流母线上交流分量，进行交流电压测量，测得的交流分量与告警门限进行比较。超出交流窜入门限输出告警。

3.3 接线方式

IPM-JY-AC交流窜入检测模块接线方式如图1所示。

3.4 检测报警

当直流正、直流负中窜入交流电源并超过设定门限值，通过MODBUS规约接入第三方监测系统将窜入交流伏数及时通知变电站变电运维人员，还可通过硬接点上传信号至第三方监控系统并报警。

3.5 功能校验

将220V左右的交流电压通过一个金膜电容（1uF/400V）接入J2端子的KM+与PE，或者KM-与PE间，其中N线接PE，见图2。用万用表交流档测量KM+与PE（或者KM-与PE）间的交流电压，若大于10V，则交流窜入检测模块告警灯会亮，且干接点继电器会动作。

为避免试验时误将交流电源的L线接地，最好选择逆变电源的一路试验（跟站用380電源隔离）。当不容易区分220V交流电源的L和N时，可在N线和PE间也串入一个1uF/400V的金膜电容，见图3。

4 结束语

随着我国国民经济实力的不断提升，人们对电力供电可靠性的要求也日益趋向严格。作为电力系统中保护与控制用的直流系统，在变电站中不仅需要作为相关断路器与刀闸的控制电源，同时还要作为微机保护的供电电源与动力电源。因此，在保证直流系统有专门一套监测母线绝缘的装置外，还要求直流系统在运行过程中不允许接地或者接入其他接地性质的外电源。变电二次运检人员必须保证直流系统的稳定运行以提高继电保护装置的运行可靠性。

参考文献

[1]国家电网公司十八项电网重大反事故措施（修订版）[M].2012.

[2]冯进兵.交流窜入直流监测系统研究[M].华北电力大学，2013.