交流窜入直流系统的检测建议

雷立超，薛小平，王 健

（1.雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂，四川省西昌市 615000；2.雅砻江流域水电开发有限公司官地水力发电厂，四川省西昌市 615000）

交流窜入直流系统的检测建议

雷立超1，薛小平2，王 健1

（1.雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂，四川省西昌市 615000；2.雅砻江流域水电开发有限公司官地水力发电厂，四川省西昌市 615000）

为加深对交流电源窜入直流系统后的危害认识，结合某电厂一起现场交流窜入直流系统实例，以现场所涉及设备的真实测量参数为基础，通过Multisim软件仿真，还原了故障发生时的状态，并对于交流窜入直流系统的现象、特征以及各变量的影响进行了探索。结果表明：交流窜入直流系统单极后，直流系统正负间电压未受影响，接地点的分布电容、电感、电阻对窜入直流系统的交流电压及直流系统对地电压产生了不同影响，由此也间接证明了交流窜入直流系统的复杂性。本文对于交流窜入直流系统的现场实例的现象、数据仿真过程及结果、依据结果提出完善建议进行了详细描述，为现场直流系统运行维护管理提供一些有益的建议。

直流系统；交流窜入直流系统；仿真

0 引言

众所周知，直流系统为控制系统、一次回路的操作提供工作电源。电厂能否安全、稳定运行在很大程度上取决于直流系统是否稳定、可靠。直流系统常见故障之一为系统接地。直流系统接地故障有两种情况：一种为直流系统正、负极直接接地，另一种为交流混入直流引起直流系统接地。直流系统接地故障中，交流电源窜入直流系统引起的接地故障危害最大，一点接地即可引起保护误动[1]。

鉴于交流电源窜入直流系统的极大危害，国家能源局2014年4月下发的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》[2]中，要求新建或改造的变电站、直流电源系统绝缘检测装置，应具备交流窜直流故障的测记和报警功能。原有的直流电源系统绝缘检测装置，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。目前国内多数电厂直流系统尚未进行绝缘监测装置改造，对于交流窜入直流引发的故障，只能单一采用人工排查手段。

为加深对交流窜入直流后的危害认识，预控交流窜入直流系统故障，本文分析了一起现场交流窜入直流系统实例，并通过Multisim软件仿真，对于交流窜入直流系统的现象、特征以及各变量的影响进行了探索，为现场直流系统运行维护管理提供一些有益的建议。

1 某电厂交流窜入直流系统引起频繁报警分析

该电厂为新投运电厂，安装调试期间，2号机组220V直流馈电分屏绝缘监测仪频繁瞬报“一段母线正极接地”，未报出具体支路接地信息。依据绝缘监测装置检测功能，要报出具体支路接地信息，大约需要10s的时间。因此，无法依据此报警判断是支路接地还是母线接地。相应也无法通过人工排查手段判断故障来源。

后偶然在检查2号机组调速器油压装置2号泵运行无反馈故障时发现，调速器油压装置2号油泵、辅助油泵加载阀回路交流220V的L线经交流电磁阀线圈接入直流220V（正极）。分析原因为1号泵、2号泵以及辅助泵加载阀电源设计为直流220V控制，但由于厂家所供加载电磁阀为交流电磁阀，故改为220V交流电源控制。在改线过程中，只对1号泵进行了改线，而未对2号泵、辅助泵进行改线，造成2号泵、辅助泵的加载阀电源本应接交流N线，却接入了直流220V的正极，导致交流电窜入了直流系统。

调速器泵出口加/卸载阀动作逻辑为：得电卸载，失电加载。控制逻辑为：泵启动运行后，得电卸载，4s后失电加载；达到停泵条件时，发出停泵令，同时加/卸载阀得电，7s后失电加载。因此，在泵启停阶段导致机组220V直流系统频报“控母一正接地报警”，即在加/卸载阀得电时，有交流电窜入直流系统正极。绝缘监测仪报警时间与泵启停时间对照见表1。

表1 直流系统绝缘监测仪报警事件与CCS上泵启停动作的对照表

经后续整改，直流系统上绝缘监测仪未再报出报警信息，确认此次直流系统频繁瞬报直流系统正接地报警的原因为交流电源窜入直流系统正极造成。

2 交流电源窜入直流系统仿真及结果

目前交流窜入直流系统相关文献多数着重分析继电器误动后的危害，较少描述交流窜入直流系统本身的特性及现象。结合此次实例，运用Multisim软件建立模型进行仿真，探索各变量对交直流电压的影响，有利于预控交流窜入直流系统故障。

故障点一旦确立，等效电阻及等效电感基本就确定了，而直流系统对地分布电容情况是直流系统越大，回路越复杂，所接设备越多，静态型保护装置越多，控制电缆越长，分布电容越大。直流系统用等值模型进行等效分析，分析直流系统时所采用的等值模型如图1所示。

图1 交流窜入直流系统等效仿真图

图1 中，R1、R2为绝缘检测装置平衡桥电阻；R3、R4为直流系统正负极对地绝缘电阻；R5为电磁阀等效电阻；L1为电磁阀线圈电感；C1、C2为正负极对地电容；C3为电磁阀线圈和直流正极母线间电缆对地电容；E为直流电源电动势。根据装置说明及实测结果，R1=R2=30kΩ，R3=R4=1MΩ，R5为462.5Ω。根据相关材料计算[3]，C3取值0.298μF/km×0.5km=0.15μF=150nF，L取值范围为0.2～20H，暂取2H；C1、C2取等值25μF。交流电源设置参数为220V，50Hz单相电源。

通过仿真得知，在交流电源窜入直流系统正极后，万用表XMM1显示直流电压为232V，交流电压0V；万用表XMM2显示直流电压为3.571V，交流电压19.123V；万用表XMM3显示直流电压为－228.429V，交流电压19.123V。示波器XSC1显示，在直流系统正极中测得交流分量：频率50Hz，峰值为30.614V，谷值为－23.472V，波形见图2。

相关试验数据见表2。

图2 直流系统正极窜入交流分量波形

表2 交流窜入直流系统正极仿真结果

仿真试验还原了此次交流窜入直流系统正极的故障，对于分析结果有了直观的数据支撑。根据仿真结果可得以下几个结论：

（1）交流窜入直流系统正极后，直流系统正负间电压差未受影响，只有通过测量正负母线对地电压，才能判断直流母线的运行状况。

（2）接地点分布电容影响窜入直流系统的交流分量，电容值越大，即接地点越远，交流分量越小。

（3）接地电阻值及影响交流分量，又影响直流量。接地电阻值越大，交流分量影响越小，直流对地电压越大；即接地电阻值越小，交流分量影响越大，对直流单极对地电压影响越大。

（4）交流窜入直流系统的电感对交流分量有抑制作用，但对于直流分量无影响，即电感值越大，交流分量影响越小，反之交流分量影响越大。

3 结束语

交流窜入直流系统危害大，且依据仿真结果，可发现交流窜入直流系统比直流系统正、负极直接接地更难查排。为保障电厂直流系统的安全稳定运行，结合以上分析，建议如下：

（1） 新投电站应加强设备安装期管理，确保图、实相符，杜绝因错误接线而引起交流窜入直流系统隐患。

（2）严格执行《防止电力生产事故的二十五项重点要求》，绝缘检测仪增加交流电源窜入直流系统的测记、报警和选线功能。

（3）不能测记交流电源窜入直流系统的直流绝缘监测仪，应要求具备正、负对地直流电压波形数据存储功能，且至少保证24h，以便于故障查找。

（4）后续定期检修工作中，对于直流负荷侧设备的元器件及控制电缆的绝缘状况，应有数据记录和对比，发现绝缘状况变化，应及时采取处理措施。

[1] 孟凡超，高志强，杨书东. 交流窜入直流回路引起开关跳闸的原因分析［J］.继电器，2007，35（14）：77-78.

[2] 国家能源局关于印发《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的通知,国能安全〔2014〕161号.

[3] 冯进兵. 交流窜入直流检测系统研究［D］.北京：华北电力大学，2013.

[4] 邱健斌. 工频交流窜入直流系统引起误动的分析与处理［D］.广州：华南理工大学，2013.

[5] 尉镔.交流窜入直流系统故障的试验与研究.电力工程，2013,（3）：29-31.

雷立超（1985—），男，助理工程师，主要研究方向：大型水电厂自动控制检修维护。E-mail：leilichao@ylhdc.com.cn

薛小平（1975—），女，工程师，主要研究方向：大型水电厂自动控制检修维护管理。E-mail：gaoxia126@126.com.cn

王 健（1991—），男，主要研究方向：大型水电厂自动控制检修维护。E-mail：wangjian@ylhdc.com.cn

Communication into the Detection of AC Intrusion into DC System

LEI Lichao1, XUE Xiaoping2, WANG Jian1
(1.YALONGJIANG River basin Hydropower development corporation JINPING Hydroelectric power station, Xichang 615000, China;2.YALONGJIANG River basin Hydropower development corporation GUANDI Hydroelectric power station, Xichang 615000, China)

To deepen understanding of the harm AC intrusion into DC system, combined together in a power plant site AC intrusion into DC system to the real measurement parameters involved in the site device. In real the measurement parameters based, by Multisim simulation software, restoring the state when the failure occurred. And for AC intrusion into DC system phenomena, characteristics, and explores the effects of the variables. The results showed that:After the AC intrusion into DC system Unipolar,DC system between the positive and negative voltage is not affected.Ground of distributed capacitance,inductance, resistance to the AC voltage of AC intrusion into the DC system and DC system on the ground voltage have different influence. It also indirectly proves that the complexity of AC intrusion into DC system. This paper based on AC intrusion into DC system the phenomena and data simulation process and the result has carried on the detailed description,and improving suggestions according to the results, for the DC system for onsite operation maintenance and management to provide some useful suggestions.

DC system; AC intrusion into DC system;simulation