直流系统主动式交流窜入保护装置的研究

直流系统主动式交流窜入保护装置的研究

孙西 ,钱庆炜 ,缪际 ,阳荣飞 ,段燕青

云南电网有限责任公司昆明供电局 云南昆明650000

摘要：在对交流入侵直流输电线路进行深入研究的基础上，设计了一套主动式交流窜入保护装置。实际应用证明，本设备能够成功地防止电力系统发生交流窜入的情况，从而保证了电力公司的直流电源系统的正常工作。

关键词：直流系统；主动式交流；窜入保护装置

引言

电站的各种防护屏及控制室均须采用直流及交流供电，特别是大型电站，采用的是直接供电方式。直流输电线路靠近交流线路时，很容易出现交流短路。在运行过程中出现的意外事故，还可能造成直流系统进入交流的事故。直流供电和交流供电的直接接触等于是将直流输电线路的金元素接地，造成的影响非常大。根据国网电力公司发生的一系列事故，由于交流电压进入直流电网，致使电力二次设备误动作、失灵等重要事件，对电厂安全效益造成很大影响，当前市场上出现了一些针对直流系统窜入交流故障的检测方法和设备，可测试出窜电交流的振值和具体故障回路，但都存在功能单一，只能检测不能操作的缺陷[1]。因此，此次直流输电线路的绝缘监控安装与改装工程中，对其进行快速的测试，并对其进行有效的控制。

1、直流系统窜入交流的故障分析

造成直流输电线路上跨线的原因有：质量问题、绝缘老化、操作失误以及分布电容等。在直流输电线路进入交流后，电力控制电路和保护电路将发生误操作，导致变电站监测数据错误，并经常更新，导致直流电网出现“现金”接地问题。充电电动机与蓄电池并联后，为直流母线提供电力，R1、R2是用于绝缘探测设备的电桥，R+和R-是直流电源的正、负的接地电阻，C+和C是直流电源的正、负的接地电容，V交流是用于干扰直流的交流，C是用于连接的。将输出端保护的阻抗为R，而起始触头不开时，输出端均会受到交流的电压Ur=Vav·R/(R+1/j的影响。当输出端的起动线距离越长，输出端的电压越高。输出保护装置在保护绕组所受的电力超过最小动作电力时会产生故障，正因如此，交流入侵负汇流引起的误动也是一样的。交流电压窜进直流输电的方法有：尽可能避免交流电流进入直流，加强对直流输电线路之间的隔离；研制一种能迅速探测和截断入侵电流的保护器，将干扰信号的干扰完全地减弱[2]。

2、主动式交流窜入保护装置的研究

（1）当前国内行业类同方案分析。目前，我国的电网正处于蓬勃发展的阶段，其中最关键的部分就是直流供电系统，直流供电系统为所有的设备提供稳定的直流供电工作，而直流供电系统是各大企业和发电厂的关键部分，它的安全运行直接影响到全国人民的生活，所以，为了保证系统的安全、稳定运行，对直流系统中的交流电流进行探测和分析就变得十分必要。

目前，我国已有一些学者针对主动交流窜电保护的二极管驱跳技术，其中KI,K2,K3，…，KN为真正的馈电交换机；在此设计中，DI和D2是一种具有共同接地的高效率二极体。在直流输电线路中，如果有一条线路出现了金元素的交流入侵，那么它的正半周就会被D2切断，而在负半周经过D2，开关KN会出现短路，从而导致KN开关在瞬时的短接电压下断开，从而断开直流的断路。在阳极处进行金属的交互式入侵时，其作用机理类似于负电极。这种方法可以从某种意义上增强直流输电的抗入侵性能，但是它也有一些不可回避的缺陷。①若现场维修工人在进行线路连接时，无意中将交流引入直流电源，则交流将会经二极管直接构成环路，从而对维修工人产生危害。②当交流/直流系统中的二极管产生了短路，通常情况下，支路会被强制跳开，从而切断，如果支路出现问题，不能正常跳开，短路会继续，从而出现更高的跳闸。③在交流入侵直流之后，如果从正电极（或负电极）进入，那么，二极管将会截取下部半周波形（或者上部半波形），这是因为二极管的逆向阻挡。由于该方法的工作原理已经发生了变化，所以不能准确地从信号的角度测量出交流成分的等价。④当交流入侵后，将会对所有的交换机进行强制跳闸，使某些关键负载的切换变得不合适。

（2）改造项目实施方案的确定。发电厂的电源线路比较复杂，它们往往与继电器、信号产生装置、控制装置以及室内和外部设备的组合盒相连，这样的线路纵横交错，发生事故的可能性很大。如果有交流电源进入到电力供应中，那么起回路将会出现故障，而不会出现短路，也不会使保险丝熔断，因此，这种情况下，我们应该及早的解决这个问题，如果不能进行及时解决，那么起回路就会出现问题，从而引发整个区域的电力供应中断。另外，直流输电线路中的交流短路有许多不同的形式，给检测带来了极大的难度。将直接电流窜进交流系统的具体划分，可以分为一次短路和多次同步短路，根据短路电流发生的接点的电气特性，可以将其分为电阻型直流和电容型直流跳相。由于各种类型的复杂故障，使得直流输电进入交流电网的故障监控变得十分棘手。

CK-J直流隔离监控设备主要承担直流电源的数据采集、逻辑判断和人机交互等智能化工作，CK-FJL有源交流切换保护设备，主要承担系统的短路和强制断障支路，保证直流系统的安全和可靠运行。本实用新型的交流电流保护设备，在其原有的直流隔离监控系统的性能上，加入了一种主动的交流电源保护系统。电力维修人员可以设定在隔离监控设备上有没有起动交流电流保护设备，以及有没有强制跳的开关。在直流供电状态下QI和Q2断路，在直流系统中出现了交电流向直流供电的情况下，交流的有效幅度超出了设备内部的交流警报限制，由干结点或外接通讯协定输出告警，隔离监控设备会自动发出声音和光告，告知操作和维修工作。该保护器可依据所设置的强制跳跃状态，使其具有主动交流窜入的保护能力，从而实现对短路的有效分离。在直流系统的绝缘监视设备上添加了一个有源的交流电流保护套。釆集母线电压由直流绝缘监控设备完成，通过对支路泄漏等信息的处理，由该设备的软、硬件处理后，将目前的直流供电对地电压、绝缘阻值、交流侵入等工作资料及故障情况输岀，并配有按钮和LCD屏幕，方便了用户的操作。该系统的安全性主要包括：手动起动，强制跳支路，手动启动；触头短暂关闭，动作联锁式，其关闭状态仅限于220V的交流电压和3s的关闭，以提高其安全性能。交流电流窜进保护设备由正极母线、负极母线和地线构成，其中KAI和KA2是一个继电器，KM1和KM2是一个接点，R是一个电流限制的2Q。该保护线圈是用一个干结点来实现的，它是用一个互相连接的方式来实现的。

该设备将交流报警设定为10V，也就是10V以下的设备只报警而不选择线路，超过10V的设备就会报警并选择线路。当分支电流进入220V交流时，绝缘监控设备会自动进行选线和报警，并将直流电流输入保护设备的负电极接地触点关闭，使其跳闸，并且在±0.2%的允许值（0-260V）范围之内，设备的报文和警报都是正确的[3]。

3、结语

综上所述，在CK-J直流绝缘监控设备中，使用者可以人工设置交流断路器，CK-FJL有源交流短路保护设备，可按设置条件自动切断交流入侵的交流短路支线，降低交流入侵直流电网造成的误动几率，增强直流体系抗交电流入侵的能力。鉴于电站副电网设备条件较差，为了保证交-直流输电的逼跳率，只在副电网中引入了迫跳回路。根据现场的数据，发现有80%的副电网设备出现了直流接地，因此，在电站中有必要进行交流电流的转移防护。

参考文献

[1]张武洋,王同,曹子恒,等.站用直流电源系统中新型主动式保护装置的研究[J].电气传动,2021,51(20):7.

[2]乔国栋.直流系统主动式交流窜入保护装置的研究[J].电工技术,2018(13):74-75,77.

[3]曾尹.分析直流系统主动式接地保护装置研究与开发[J].电力设备管理,2021(7):56-58.