变电站交流窜入直流报警与录波的研究

杨超余， 陈达民， 杨　磊

(国网温州供电公司，浙江 温州 )



变电站交流窜入直流报警与录波的研究

杨超余， 陈达民， 杨磊

(国网温州供电公司，浙江 温州 )

摘要：研究了交流窜入直流故障选线技术原理，发现当交、直流馈线发生混接时，所在的交流馈线、直流馈线会同时出现交流和直流漏电流。利用这一点，就可以实现对故障交、直流支路选线。同时考虑改造变电站的便捷，将交流窜入监测装置与绝缘检测装置融合，设计制作了新型智能直流绝缘监测装置系统可以稳定、全面监测直流状态参数，运用在110 kV墨城变交流窜入直流监测改造中，在随后的试验与日常使用中取得良好的效果。

关键词：变电站；交流窜入；选线；绝缘监测

0引言

由于交流窜入直流而引发的事故不断发生，严重影响电网安全运行。2009年四川500 kV某变电所由于交流窜入直流造成主变无故障跳闸[1]。2010年冀北电力所属的某500 kV变电站内,发生了一起典型的交流串入直流系统故障,造成500 kV断路器跳闸的恶性事故[2]。

2012年3月国家电网公司修定《国家电网公司十八项重大反事故措施》中第5.1.18项“防止变电站交流电源窜入直流电源事故”中明确提出直流电源系统要增加具有交流窜入直流电源的报警和测记装置，并且定期检查其可靠性和有效性[3]。

目前，国内现有在变电站运行的直流绝缘装置分为两种：一种是简单的绝缘监察继电器，另一种是带接地选线的直流接地选线装置。这两种产品只是对直流系统发生直流接地进行报警和测量：采用直流电压、电流值的异常与否来判断系统状况，仅结合直流电压的参数进行测量分析接地状态，并没有全面地分析交流与直流的关系，并不能对直流窜入了交流或者不接地的交流信号或纹波进行有效的监测[4，5]。

虽然有些文章提到对交流窜入处理和防范的方案[6，7]，还有些文章专门对交流窜入直流做了试验和研究[8]，但都没有提出研制一台专门的设备去检测，本文希望能通过研究交流窜入直流故障选线技术原理，实现变电站直流系统的直流绝缘装置具有交流窜入直流的报警和测记功能，使其可以全面分析监测直流系统中交流、直流和纹波含量，防止变电站交流电源窜入直流事故的发生。

1直流系统交流窜入直流故障选线技术原理及内容

交流系统馈线与直流系统馈线因接线错误或者绝缘破坏等原因，发生交流窜入直流故障，如图1(直流馈线支路Zm与交流馈线支路Jn中的某相线经接触电阻Rjc一点相连)。

图1　交流窜入直流系统接线图

由图1可见，经接触电阻Rjc产生的附加交、直流电流只流经直流馈线Zm支路的故障极和交流馈线Jn支路的故障相，直流馈线Zm支路的正负极中流过的电流将不平衡，即直流馈线Zm支路漏电流：

(1)

而Zm支路无接地或交流回路窜入时：

(2)

同样当交流窜入直流时，交流馈线Jn支路漏电流：

(3)

所以当发生交直流系统混接时，交直流系统的故障支路都会产生同样的漏电流，此漏电流包含直流和工频交流分量。利用这一点，可以实现对故障交、直流支路选线；同样在出现直流系统直接接地时，直流馈线中将仅出现直流漏电流，因此可以实现直流接地故障判别选线，并且区别于交直流互窜故障。

2交流窜入直流监测与录波

本文实现的直流系统中交流窜入直流监测与录波装置的原理：采用耦合、交直流分解、脉动信号分离等特殊电路处理，将交流信号和直流信号进行隔离，高速采样，采用全范围测量法，对直流系统的直流量、交流量和纹波量进行有效、实时准确地测量，若测量窜入的交流量超过设定值时，装置进行报警并记录。最后设计出来的交流窜入直流监测与录波装置的电路原理框图如图2所示。

图2　交流窜入直流监测与录波原理框图

其中交流电压监测回路，利用电容隔离母线直流，利用差分运放回路、快速整流回路、50 Hz带通滤波回路、高速AD采样回路，实时监测母线上的交流信号，并反馈至CPU，若外部交流窜入电压大于所设定的信号保护门限值，通过声光报警及外部通讯接口输出报警信息，并记录保存本次报警相关信息，包括交流窜入直流发生的时间，窜入交流量的幅值、波形、相位等信息。

这里需要说明的是，图2所示的纹波电压指的是直流系统正负极之间的纹波量，而不包括对地的窜入交流量。而纹波电压采样电路的作用就是监测这一部分纹波并计算相应的直流系统纹波系数。

3交流窜入监测试验

项目组成功研制出了集成交流窜入检测功能，全面监测直流状态参数的新型智能直流绝缘监测装置，并在实验室搭建简易检测回路，由图3中直流供电装置提供直流电源并模拟直流系统直流母线，由图3中交流供电装置提供试验用交流窜入电流，万用表检测窜入交流量的大小，同时可以与项目组研制的交流窜入检测装置检测值做对比。

利用图3试验图，分别测试了3组交流窜入电压，同时将设备录波的波形图对应附上，如图4，对检测到的交流量和纹波量有效值进行记录列入表1中(其中需要说明的是本装置主要提供交流窜入检测告警，而交流检测精度相对较低，电压检测精度只是到个位)，但从检测结果来说，完全可以检测出窜入到直流的交流量，并且相对误差较小，满足实际需要。

图3　交流窜入检测试验图

通过上述试验可以看出:

图4　3组交流窜入检测和录波试验图

(1)本套装置可以实现交流窜入量的检测和报警，同时测量相对误差较小，基本满足现场实际应用的需要。

(2)本套装置可以实现交流录波功能，随时可以调取历史交流窜入量的波形记录。

(3)纹波有效值的准确实时测量也说明了直流系统纹波检测电路的有效性(这里的纹波量指的是直流正负极之间的纹波含量，不包括对地的交流窜入量)。

表1　三组交流窜入电压检测和

项目组将该装置运用到温州地区110 kV墨城变的绝缘巡检仪的不停电改造工程中，实现了墨城变对交流窜入直流的监测告警功能，同时交流检测与绝缘检测共用一套传感器，完全兼容原有的直流系统监控主机，实现全面监测直流状态参数的功能。

4结论

本文研究了直流系统交流窜入直流故障选线技术原理及内容和交流纹波含量的监测与录波的原理，成功研制出了集成交流窜入检测功能，全面监测直流状态参数的新型智能直流绝缘监测装置，经过试验验证了其功能的可靠性和准确性，最后将其运用到110 kV墨城变的绝缘巡检仪的不停电改造工程中，实现了墨城变对交流窜入直流的监测，完全兼容原有的直流系统监控主机，实现全面监测直流状态参数，完全顺应了“国网的十八项反措”中对交流窜入监测的要求，保证了电网安全稳定运行。

参考文献：

[1]胡晶晶，曾丽.交流串入直流造成500 kV主变压器无故障跳闸的分析及改进措施[J].四川电力技术，2012,35(3)：61-63.

[2]臧斌，张建勋，王海英，等.交流串入直流系统引起500 kV断路器跳闸分析[J].山东电力技术，2013,(4):48-51.

[3]国家电网公司十八项电网重大事故措施(2012年修订)[Z].国家电网公司，2012.

[4]冯卓明，游大海.直流系统接地检测方法比较[J].电测与仪表，1997,34(5)：27-30.

[5]向小民，李洁琪.对直流系统接地故障检测方法的研究[J].电气开关，2009,(5)：52-54.

[6]祁胜利，许常顺，魏志川，等. 变电站交流串入直流系统危害分析及防范措施[J]. 电力安全技术，2014，16(4)：56-57.

[7]丁晓兵，赵曼勇，皮显松，等.防止交流串入直流导致母线保护误动的措施[J].电力系统保护与控制，2008，36(22)：97-99.

[8]尉镔.交流窜入直流系统故障的试验与研究[J].电力科学与工程，2013，29(3)：29-32.

Research on Alarm and Recorder of AC Flowing into DC in the Substation

Yang Chaoyu， Chen Damin, Yang Lei(State Grid Wenzhou Power Supply Company, Wenzhou , China)

Abstract：This paper studied the principle of fault location technology for that AC was wired into DC system. It was found that when AC was wired into DC system, the AC leakage current and DC leakage current would appear on the fault AC line and DC line at the same time. The fault AC line and DC line could be realized by using this theory. New intelligent insulation monitoring device which could be used for monitoring DC system state parameters steadily and fully was designed. The device could monitor AC flowing into DC and insulation faults in DC system at the same time. The substation could be retrofitted easily by using this device. This device was used in the 110 kV Mocheng Substation retrofit and it achieved good effect in daily use in the later test.

Keywords：substation; AC flowing into DC; fault line selection; insulation monitoring

作者简介：杨超余(1987-)，男，工程师，主要从事直流检修相关工作，E-mail:yangmouren5618@163.com。

收稿日期：2015-09-27。

中图分类号:TM773

文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2015.12.007