徐峰
【摘 要】在电力系统中，直流电源是输变电设备中非常重要的设备之一，变电站内的断路器操作控制回路和继电保护装置均为直流电源供电，而直流供电网络一般分布在一次和二次设备处，极易发生接地故障，一旦发生接地故障将对变电站内的整个电力系统造成很大的危害。尤其是交流窜入直流电源系统造成直流电源两点接地，危害更为严重，为此如何监测并防止交流窜入直流电源系统，关系着变电站安全稳定的运行。本文针对交流窜入直流的危害以及如何监测交流窜入直流，进行论证和验证。
【关键词】直流系统 交流窜入 保护误动 馈线开关控制火线 直流互窜 支路选线
1 引言
随着电网规模的不断扩大，越来越多的变电站实现了无人值守，为了保障变电站的安全稳定的运行，提高变电站的自动化水平势在必行。虽然目前电网调度自动化已经非常成熟完善，且已涵盖了部分直流系统的信息，但大部分直流设备运行状况还是没有完全掌握。直流电源系统为测控装置、继电保护、信号采集、自动装置、断路器分合闸操作、事故照明、通讯传输等应急设备提供电源，是整个变电站安全运行中的重要保障，称为“动力之源”。由于直流系统为浮空制的不接地系统，若发生两点接地，就可能引起上述装置的误动和拒动，从而造成重大电力事故。随着电气设备导线老化、绝缘下降、改造误碰、误接等原因，造成直流电源故障的发生之事屡见不鲜，随着变电站一体化电源的大量推广，交流窜入直流的现象将更加突显。因此，对直流电源系统进行全面的实时远程监测非常必要，使变电站直流电源系统达到“可控”、“在控”状态；变“定期检修”为“状态检修”。本监测方法可实时监测变电站直流系统的各项指标，实时监测到交流窜入直流的信号波动，并及时告警，实现直流系统信息的统一管理，使维护人员及时掌握各变电站直流电源系统的运行情况，及早发现异常情况，把事故消灭在萌芽状态。提高变电站直流系统的可靠运行能力，提高维护效率，降低维护成本和劳动强度。
2 交流窜入直流的原因及危害
2012年3月 26日发布的《国家电网十八项安全反措》中指出，严防交流窜入直流电源事故，说明了低压交流窜入直流电源可能会造成电网事故。通常意义中的交流窜入直流是指低压交流电源的一端或两端与直流电源回路发生电气连接，如电压互感器二次侧交流电压信号窜入到直流系统中，或交流电源混到了直流电源中，由于交流电源是接地的电源，直流电源是不接地电源，交流电源与直流发生电气相接后，直流系统的安全性就发生了根本性的变化。一旦由于某一种原因接地，使交流信号窜到直流电源系统，也就是会产生直流母线上叠加了一个很大的对地交流电压，大大超过保护、控制等装置的额定电压，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。在复杂的保护回路中同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能动作于跳闸、致使越级跳闸。主要造成交流窜入直流的原因有：
（1）由于保护屏、控制屏上小母线既有交流回路也有直流回，在屏顶的小母线上操作或者小动物接触引起小母线短路时，很可能造成交直流回路串接。
（2）保护屏和端子箱内的端子排上不仅接有交流模拟量回路（交流电流、电压）和交流电源回路（打印机电源、照明电源、驱潮电源），同时保护屏和端子箱内的端子排上也接有大量的控制、信號等直流回路。端子排接线错误或者试验过程中的误接线、误碰都可能造成交流窜入直流。
（3）变器冷控箱、有载调压箱内不仅有风扇电源、油泵电源、调压电机电源等交流回路，也有信号、冷却器全停保护、主变档位遥信回路等直流回路。若接线错误或工作过程中的误接线、误碰等都有可能造成交流窜人直流。主变油温表、绕组温度表内同样既有启动风冷的交流控制回路又有告警、跳闸等保护的直流回路，除了误碰、误接线外，如果节点间的间隙不够，节点拉弧使交流窜人直流的可能性也存在。
（4）交流电源回路包括电气五防、刀闸操作电源、断路器储能电源、加热器等电源。直流电源回路包括断路器操作电源、跳合闸回路、刀闸切换回路等。如若误碰、误接线以及节点拉弧都可能使交流窜入直流。
（5）虽然交、直流不允许共电缆，但由于设计或者施工的错误，交直流共缆在一些变电站内仍然存在。当电缆芯线的绝缘损坏时也会造成交直流互窜。
3 交流窜入直流的监测与预防
直流电源的安全可靠运行对于变电站的安全可靠运行至关重要。但由于直流系统分布范围广、外露部分多、电缆传输长。所以，很容易受尘土、潮气的腐蚀，使某些绝缘薄弱元件绝缘降低，甚至绝缘破坏造成直流接地或由于一个屏柜内既有交流电，又有直流电，供电线缆又较长，交直流端子相隔较近，经常会因为误接线或绝缘降低，导致交流电窜入直流系统。 引起绝缘监测装置报直流接地故障。这种故障严重时会导致设备损坏，或保护设备误动，给变电站安全运行带来严重影响。在实际运行中直流系统是不接地运行，虽然单点接地不影响系统的正常运行，但必须尽快查找故障予以消除，否则发生第二点接地时，就会造成继电器或保护装置误动作，引起严重后果。
目前，在变电站中普遍使用了直流系统绝缘及选线装置，虽起到了一定的效果。但在变电站现场对“交流窜入直流故障”仍然缺乏有效的监控手段和故障告警措施，对交流窜入直流引发的故障处理仅仅局限于人工排查单一手段。 下面针对如何监测并预防交流窜入直流系统提出新的方法。
3.1 监测原理
如图3-1所示，为一段直流系统等效电路图。其中，C1+、C1-分别为直流正负母线对地电容。R1+、R1-分别为直流母线对地电阻。V+、V-分别监测正母线对地电压和负母线对地电压。当交流电窜入直流系统，直流母线对地电压将呈现正弦波形。而直流母线正负两端电压不会变化。因此，通过检测直流系统对地电压的变化可以判断出是否发生交流窜入，或者是否发生瞬间接地。
本方法内置平衡桥，检测桥，偏差补偿桥。平衡桥和检测桥相配合完成对直流系统正负母线对地绝缘电阻的测量；当直流系统正负母线对地电压发生偏差时，通过投入补偿桥使正负母线对地电压恢复至相对平衡。支路选线功能采用漏电流检测法进行支路选线，当主装置监测到直流系统发生绝缘降低或者交流窜入时，自动启动选线装置进行支路选线，选线准确率100%。
交流与直流信号的采样传感上可以采用两种方法：①是电容隔离法；②是变压器法。利用电容的隔直流通交流的特性。将直流电源中的交流就可以耦合过到直流成份被隔离。变压器法，由于交流电源，通过变压器后，副边会产生一个交流电量，其交流分量是一个完整的交流成份，不产生任何的直流的因素。两种方法都会有其利和弊的部分。电容隔离法需要一个耐压较高1000V以上的无极性电容，具有体积较大的缺点，变压器法由于其采样也需要一个具有一定初级内阻要达到 50KΩ 以上内阻的变压器，才能较好地解决我们采取了一种新型采样法。如图所示：以电容型为主件，结合了电容与变压器相结合的方法进行。
4 结语
交流窜入直流对变电站的稳定运行具有巨大的影响，通过本文提出的技术和方法实时检测直流中的交流分量，及时通知检修人员及时进行故障排查和处理，避免重大电网事故的发生。另外还要加强变电站的规范化设计：
（1）避免交直流电缆混用、交直流辅助节点混用，严防交直流回路共用一根电缆。
（2）规范端子箱和保护屏端子设计制造，开关端子箱各功能端子排独立布置，不同功能端子排成组布置，交流端子排对与直流端子排分列布置，并赋以不同编号、不同色标区分，对于同排布置的交流回路端子排应与直流回路端子排间有明显间隔。
（3）规范二次电缆的传输路径，尽可能离开高压母线、避雷器和避雷针的接地点、并联电容器、电容式电压互感器、结合电容及电容式套管等设备，避免和减少迂回，缩短二次电缆的长度，与运行设备无关的电缆应予拆除。
（4）加强对一二次设备制造安装环节的技术监督、检查驗收和端子箱防潮工作。各电气设备的内部和外部交流电缆和直流电缆靠近敷设布置时要做好隔离和屏蔽措施。做好户外端子箱包括线路TV端子箱的密封、防潮、防凝露措施，安装加热驱潮器。
（5）加强直流系统的配置和运行管理，避免交流窜人后越级将总熔丝熔断造成全站保护拒动事故。
（6）加强继保工程施工安措管理和图纸管理，避免人员三误造成交直流互窜事故。认真做好继电保护工作，保证安全的组织措施和技术措施，做好继电保护安全措施票，工作中注意危险点分析，防止误碰、误接线等。将继电保护图实相符工作作为继保重要的基础管理工作，确保现场作业图实相符。做好现场监护、核对和验收工作，避免接线错误造成交流串人直流回路。
