继电保护交直流串扰故障原因分析及解决措施

继电保护交直流串扰故障原因分析及解决措施

李莹陈艺玮

（国网山东省电力公司济南市历城区供电公司山东济南250100）

摘要：在电力系统中，交直流串扰是产生保护误动的关键因素，应该让直流系统取代交流系统，在源头上，防止直流串扰的出现。本文介绍了变电站交直流串扰的现状，并进行了分析，根据问题的根本原因，提出了解决交直流串扰的措施。

关键词：继电保护；交直流串扰；故障；

近些年，在我国的电网中，呈现出了多种问题，严重的威胁了供电系统的正常运行，在这些问题中，继电保护装置的误动问题表现的较为明显，交直流电源的串扰就是其中一个主要影响因素。通常，在电源的串扰中，包括工频交流量，以及交流设备窜入直流系统，直流量接入了保护交流电流的回路等。通过分析和研究，我们得知，对交直流串扰的问题而言，主要原因就是直流电源、工频交流点的同时存在。可见，对于变电站的电源，应该加大管理的力度，通过推广变电器的电源，从而减少这类问题的出现次数。

一、变电站交直流串扰的现状及分析

现阶段，在多数变电站里，其应用的设备涉及了直流电源向后台机、变电器，以及保护装置等，这些设备同时供电，为了实现电网供电的稳定性、可靠性，通常使用配备交直流的电源，将UPS当作交流后备电源的形式。在实际应用中，这种措施确实起到了良好的作用。经过分析蓄电池的容量，在直流备的电源中，其容量是大于交流备电源的容量，而从可靠性来分析，在各供电公司中，会设置相应的人员班组，并根据直流后备电源的实际情况，分配专门的班组进行维护、检查。所以，不管是容量，还是保障机制，通过直流后备电源的应用，供电稳定性可以得到有力的保障，十分可靠。

变电站在运行中，为了实现供电功能的有效性，以及稳定又可靠，关注的重心就是电保护装置。从现阶段来看，在继电保护装置方面，多数的变电站使用了相应的配置。利用保护屏、操作箱等来对回路的额定电压进行控制，一般为110伏，或者220伏的直流电源。在接入了其他的办公设备时，如：打印机，以及取暖、照明设备等，额定电压应选择220V的交流电源。对于PT、CT等元件，在二次绕组时，保护装置要输送交流的模拟量。通过电源的使用，会在继电保护的装置的上产生一定的作用，使用220V交流的电源的情况下，其对继电保护装置只是起到辅助作用，而且，从实际来看，在功率的方面，体现出的功率不是很大。

我国的社会经济在发展，国家对电力能源的消耗量也不断攀升，因此，我国加大了电力能源的建设力度，扩大规模，以及数量，甚至建设了几十路且特大型的变电站。由于变电站的出线繁多，稳定性的控制也具有一定的难度，为了稳定供电站的供电性能，在保护措施方面，经常应用双重化的配置。除此之外，在整个变电站的二次网络中，大量的交直流电源存在着，这就使继电保护变得十分复杂，而且，对于与之相配套的二次线路来说，也增加了复杂性。同时，交直流点共存的问题比较严重，无论在直流系统，还是交流系统中，只要存在隐患，很可能造成交直流串扰，进而引起设备跳闸现象，造成供电中断，会给电网造成惨重的经济损失。

二、解决交直流串扰的措施

（一）交直流串扰应对方法

第一种方法，以直流电源的驱动设备作为基础，对现阶段的、常用的交流设备进行替换。第二种方法，引入逆变器来解决直流电窜扰的问题，应用逆变器的时，应逆变直流电源，将其逆变为交流电源，其额定电压是220V。通过逆变，交流电源就可以进行调试，应用于加热器、办公设备、冷却器等中。

两种方法都具有各自的优缺点:就方法一而言，对交直流电串扰的问题进行处理时，可起到根治的作用。但时，也存在很多的不足。如今，在电力设备的市场中，可对直流电源进行应用的设备比较少，而且，在造价成本方面也比较昂贵，不仅使企业在选择设备时，选择面具有一定的局限性，也增加了整个改造工程的投资金额。如果对现有的变电站，以及已投入运营的变电站同时来改造，那么所花费的金额不是一个小数目，投资数字相当惊人。其次，在替换中，所采用的设备的通用性较差，也不具备强大的移植能力，这对未来的维护工作造成了很大的困难。除此之外，把附属设备直接地接入直流电源，会出现直流接地的问题，这时就会形成其他的新问题。在方法二中，通过采用逆变器，对其进行应用的过程中，在交流电器的接口处，可以直接布置逆变器，这样就能在最大的程度上，节省交流线路，也有效减少了电磁的干扰。就这个角度来说，在可操作的层面上，方法二比方法一更占优势，而且，节省了投入的资金。从另一角度来看，在一定的程度上，保护了逆变器的配置，有效避免了交流侧故障，减少了直流系统的伤害。

（二）逆变器对直流系统的影响及解决措施

在正常的状态下，图1是直流系统的示意图。通过R1与R2，共同组成了直流系统的接地测控点，在单点接地判断时，要对流过0接地点的电流进行检测，从而判断是否存在单点接地的情况。不过，受直流系统的电容的影响，即使系统没有接地，在测控点，依然会流过电容电流。在实际应用中，如果流过的测控点的电流超过1.4mA，就可判定为接地。图中0点意味着接地点，Rl与R2均代表点阻。

在直流系统里，逆变器的接入在改造时，若发生逆变器交流侧的问题，会给直流系统会带来很大麻烦，可以将这些影响归为以下几个方面:

（1）逆变器的交流侧单点接地。就如图2示，如果节点3连接了接地点1，就会通过直流测控点，从而形成闭合的回路，与直流接地的系统一样，而且，受测控点的高电阻影响，接地电流的数值较小。然而，与直流接地有所不同的是，在这时所流经的接地电流值、方向，会随时间而变化，在逆变器中，正负极所流入的电流不同于流出的电流，也就出现了不平衡的电流，通过此信号，可对逆变器进行监测、保护。

（2）逆变器交流侧多点接地。详情可见图2，当节点3与接地点1进行连接时，此时，节点4也通了接地点2，在这样的局面下，接地点之间就自然构成了一个，又或者是多个的回路。由于接地点不会对地电压的初始相位、频率造成很大差异的，不同接地点所产生的电压差也较小。但是，此时的接地电流能不通过直流测控点高阻，进而形成回路，因此，会存在很高的接地电流。此外，在交流侧接地的逆变器中，其直流侧电流数值也会很大，这就造成较大的、不平衡的电流。

（3）逆变器交流侧的短路。在系统中，即使是极短的时间，也会产生较强的冲击电流，对系统造成了干扰，逆变器的直流侧电流也较大，不过，没有不平衡的电流。

（4）逆变器交流侧、直流侧短路。参照图1，节点3连接节点5。当系统在良好的绝缘情况中，在逆变器交流侧中，所以对地点位都可使用，如图2。在绝缘状态，对逆变器的直流侧正负极来说，不存在电流差。并且，在直流侧、交流侧之间，能够形成直流的高阻回路。由于短路，交变电流的流量相当大，且直流侧所形成的数值也相当大，因此，就会存在不平衡电流。

结语

对于供电站供电的稳定性来说，继电保护交直流串扰故障是其中一个关键的影响因素，对于此类问题，要脱产解决，否则这不仅影响电网系统的运行，也制约了国民经济的稳定发展。通过对现状的分析，有两种解决方式，通过相互对比，笔者认为，无论是操作性，还是成本方面，方法二都占很大的优势。在保护装置中，对故障的根本原因进行了分析等，进一步提升了系统的安全性。

参考文献：

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