变电站直流系统接地对继电保护的影响

姜传霏等

摘 要：电力产业是我国国民经济的重要支撑，它的发展直接关系到社会主义现代化建设的前进步伐。近年来，我国电力产业呈现了高速发展态势，特别是智能变电站建设取得了一定的成果。智能变电站建设过程中，直流系统也愈来愈受到关注，它不但可以为电力系统运作提供稳定供电，并且可以充当电力保护装置的直流电源。基于此，文章分析了变电站直流系统接地对继电保护的影响，提出了相关观点，以供参考。

关键词：变电站；直流系统；继电保护

引言

对于电力系统而言，直流系统发挥了重要的作用。直流系统具备了独立性电源，同时还具备相关充电设备。因此，在电力系统正常运作时，直流系统可保证供电安全，为相关装置如短路器、远程控制装置等提供稳定电力。当电力系统出现故障时，直流系统依然可保证电力维护装置供电[1]。直流系统接地主要是指直流电源实际运行时某一点与地面接触，可能会造成电源短路或保险丝熔断，从而影响到继电保护系统乃至整个电力系统正常运行。因此，在直流电源运作时需要对直流接地进行细致化检查，避免出现意外事故。

1 继电保护系统概述

电力系统长时间负荷运载，而且易受到自然因素影响，出现故障是不可避免的。当电力系统运行出现故障时，继电保护系统将发挥保护作用，在最短时间内将故障设备从系统中切断，并及时反馈相关监控人员，以预防设备损坏。线路出现问题时，将会造成系统出现超负荷，导致电压异常或电机出现短时间失磁。继电保护系统可对电力系统实时运行状态进行有效监控，当某个电力元件出现问题时，继电器将被触发，使故障元件转变为非工作状态，让其脱离电力系统，避免危害[2]。总之，继电保护系统为电力系统运行提供了一个相对稳定的环境，是电力系统安全运行的重要基础。

2 直流系统接地对继电保护影响分析

2.1 点接地影响

直流系统点接地影响主要分为两点接地影响及单点接地影响，具体如下：（1）两点接地影响。直流电源实际运行过程中，会受到外界环境影响，造成电源两端线路与地表连接，并导致保护设备失电。直流电源两端接地時，由于线路电流未经过电源两端的高阻值电阻，电流值便会上升。接地两点与地表及继电器组成了一个完整回路，那么上述高值电流会直接进入继电器，造成继电器超负荷工作。若电流值超过额定电流范围，将导致继电器元件出现故障。假设故障未被及时发现，继电器就会长期高负荷工作，最终烧毁跳闸电圈，使继电设备损坏。除短路外，二点接地还会导致继电器拒动、误动。（2）单点接地。某些情况下，单点接地也会使继电器出现故障，影响电力系统正常运行。一点接地之所以会造成继电器出现误动，主要由于直流母线对地电容所造成。多数变电站内，继电保护相关设备由微机操控，自动化设备及微机监控设备主要经直流供电。微机接入系统后，将促使整体直流负载下降，然而相关微机设备需要凭借DC/DC电源模块才能保证稳定供电。上述电源模块通常采用5V、12V、24V辅助工作电源，并且需要一定的EMI抗干扰措施[3]，以防开关电源与设备受到噪声源影响。具备EMI的电路在正对地与负对地之间存在电容，并且电源设备数量较多。当这些电容汇集于直流系统中，将导致对地电容大幅度上升。上述情况下，即便是单点接地也会造成电容产生较大充放电电流，并对继电器产生冲击作用，导致继电器发生瞬间误动。

2.2 正接地影响

若直流系统出现正接地，会造成继电保护装置出现误动。通常情况下，电力系统保护动作均由电源负极触发。当电源正极接地时，会使得跳闸线圈与电源负极出现电源一致的情况，并且线圈上存在的负极电荷会造成跳闸项圈也带有负电，造成继电器触发。上述情况不但未给予电流有效保护，而且还影响到了电力系统的正常运转。

2.3 负接地影响

直流电源负极与地面接触时，形成负极接地。负极接地与正极接地存在显著区别，电源负极接地时会使跳闸线圈出现短路。而跳闸线圈出现短路就会降低电力系统的电力感知能力，使相关元件失去原本的作用，系统也无法对元件故障进行准确判别。上述情况下，由于继电器无法判断元件是否存在故障，便会拒绝触发，相关设备也就无法得到正常保护。

2.4 对地电压影响

直流系统接地时，可能会造成对地电压过高，此时若存在对地电容，将产生严重的安全隐患。对于存在继电保护的直流系统而言，直流电压绝缘并不能与对地绝缘划上等号。在实际监测过程中，绝缘监视仪内部直流母线正负对地均接有数值在100K以上的采样电阻。以往的监测系统主要利用平衡桥原理进行监控，在直流母线中会置入一个桥电阻接地网络，来实现接地监控。其中点接一个直流小电流继电器，电阻值为15K，继电器另一端接地。由于直流系统对地电阻相对偏低，所以在直流系统中继电器内阻远小于15K时，出现直流单点接地，继电器上分压远小于其动作电压[4]。此时，绝缘检测电桥电阻并不会对继电器误动产生影响。平衡桥检测电阻阻值较小，对地电压也会保持较为稳定的状态。换句话说，仅当直流系统电阻下降幅度较大时才会对对地电压产生影响。如今，这一情况已经发生改变，小功率继电器应用范围不断扩大，内阻也有一定程度提升。同时，微机监测所需要的桥电阻阻值也在不断增加，对地电压平衡会受到影响，稳定性有所缺失。

2.5 对地电容影响

对地电容可对直流母线共模干扰进行有效控制，保证了相关设备正常工作。设备内部存在对地电容，并且在空气开关当中存在过载动作元件，还有过流动作元件，可将这种结构视作为电流继电器。若直流母线正极存在冲击突波，突波电流会经过空气开关正极动作线圈。此时，突波电压基本上会加载于动作线圈上，造成瞬时功率过大，会对空气开关正常动作产生影响，造成误动。

3 相关防范措施

首先，应当加强相关管理工作。对直流电源及直流回路进行全程化管理，从设计、调试直至直流改造工作需严格按照相关标准执行。对运行维护管理工作给予充分重视。对支路直流系统绝缘状态进行定期检查。再者，对相关技术环节进行优化。直流电源容量筛选要达到事故时最大冲击负荷要求。在直流熔断器配置及回路配置过程中，需要消除寄生回路，同时强化保护功能冗余度。对自动小开关与熔断器配合关系进行确认，保证两者符合幅值关系及时间关系。对支路跳闸回路进行检查，先将支路断路器闭合，再取下支路电源熔断器，于负荷侧进行正负极短接，观察绝缘电阻能否达标。直流操作与信号负荷需保持相对独立性，由专用熔断器供电，防止控制回路出现故障。在故障检测过程中，应该严格控制大功率便携式接地仪使用，避免交流电压与直流系统串入。提升继电器抗干扰能力，尽可能降低直流系统对地分布电容值。

4 结束语

综合来看，变电站直流系统接地对继电保护会产生多方面影响。为保证继电保护装置充分发挥作用，需结合实际运行环境及装置状态，采取针对性措施进行有效防范，避免线路短路，为电力系统运行提供一个良性环境。

参考文献

[1]李林芝，王小飞.直流接地对继电保护装置的影响分析[J].硅谷，2013，14：30+29.

[2]张永生，胡旭东，王伟，等.变电站直流系统接地故障分析[J].电力安全技术，2012，1：49-50.

[3]罗长兵.直流系统分布电容对继电保护的影响[J].云南电力技术，2012，4：62-63.

[4]南海军.电力系统继电保护装置直流接地问题的防范[J].电子技术与软件工程，2015，6：241.