变电站交流电串入直流回路故障分析与对策 马晋生

变电站交流电串入直流回路故障分析与对策马晋生
摘要：众所周知，在我国各方面对电能需求量的不断增多的背景下，电力系统
平稳运行至关重要。

而变电站二次系统由直流系统和交流系统组成，交直流系统
在正常情况下互不连通，当由于各种原因引起交流串入直流时，对交流回路的影
响一般仅局限于该交流回路内，但却危及0到全站的直流系统和全部直流回路，
极易造成相关继电器误动出口跳闸，同时可能引起直流熔断器熔体熔断，进而造
成全站保护拒动事故。

在电网运行中，由于交流串入直流回路而导致直流回路内
继电器的误动作事故频繁发生。

关键词：变电站；交流电；串入；直流回路故障；对策
1引言
在我国各方面不断进步的过程中，电能发挥着重要作用。

电力系统中，直流
电源的可靠运行对系统的安全稳定起着十分重要的作用，交、直流电缆在长期运
行中的磨损，交、直流装置元器件的损坏，或人为操作的不慎，都会导致交流电
窜入直流系统。

2交流串入直流回路故障检测法原理及步骤
负载2发生交流串入直流故障，其余负载均处于正常运行的状态，开关K 1，K 2均处于闭合状态。

交替闭合K 1，K 2开关接入电阻Ｒ，考虑正负母线及除了
研究负载之外的其他负载对地电容，将其等效为研究负载的正负母线对地电容，
观察正常支路及负载支路的出口电流变化情况，如下所述。

2.1正常负载支路出口电流变化情况
ＲL1为负载电阻，电阻Ｒ，U Z为直流电源220 V，C为正负母线及其他各支
路的等效对地电容。

为负载1的出口电流。

（1）K 1闭合K 2断开时，根据电路理论知识得到出口电流为
其中。

（2）K 1断开K 2闭合时，同理根据电路理论知识得到出口电流值为
结论：由于两种情况下电流表达式相同，不存在交流信号的变化，所以出口
电流在开关交替打开闭合过程中没有发生变化。

因此，可以判定为正常负载支路。

2.2故障负载支路出口电流变化情况
负载2在交替闭合K 1和K 2时情况不同。

ＲL2为负载2的电阻，Ｒ为的电
阻Ｒ，UZ为直流电源220 V，C为正负母线及其他各支路的等效对地电容，为串入+KM母线的交流信号，为出口电流。

（1）K 1闭合K 2断开时，根据
电路理论知识，得到出口电流值为
根据有效值计算公式可以得到
（2）K 1断开K 2闭合时，同理根据电路理论知识，得到出口电流值为
根据有效值计算公式可以得到
很明显，两种开关状态下的出口电流有效值不相等。

因此，根据出口电流的
变化情况可以确定故障支路。

3变电站交流电串入直流回路故障分析的对策
3.1加强直流系统设计施工管控
（1）在变电站设计施工阶段，交、直流电缆应分开布置，不共用1根电缆，避免交流电串入直流回路导致直流接地。

（2）所有二次回路电缆均应使用屏蔽
电缆，屏蔽层两端接地，严禁使用电缆内的空线替代屏蔽层接地。

（3）交直流
端子分区布置，中间加装隔离端子，采用不同颜色或字头区分，防止工作人员误
接线导致交流量直接接入直流回路中。

（4）非电量保护中开关场部分的中间继
电器，须由强电直流启动，且应采用启动功率较大的中间继电器，满足启动功率
不小于5 W，动作电压在额定电压（220 V）的55%~70%，动作时间不小于10 ms。

3.2直流系统异常处理措施
①运行人员在巡视时，注意检查蓄电池是否完好，硅整流装置是否正常，绝
缘监测装置有无报警，发现异常及时汇报上级领导。

②在日常操作中，若发生异常，立即停止操作，及时恢复原运行方式。

③发现异常后，及时询问机炉及其它专业，有操作或工作的应先拉该回路。

④根据各直流负荷所处气侯环境情况，分析可能的故障范围。

⑤通过拉分路进行判别时，应先拉信号和照明部分后拉操作、保护部分；先拉室外部分的设备，后拉室内部分的设备。

在切断各专用直流回路时，切断时间不得超过3秒，不论回路接地与否均应合上。

⑥在判断是否为交流串入直流系统时，可通过万用表交流电压档测量直流正母线对地电压和直流负母
线对地电压，若测得值为60V或100V，为电压互感器二次回路串入直流系统，若测得值为220V，则是普通交流串入直流系统。

3.3运营管理措施
（1）管理直流电源的接入。

安装和调试相关设备时期，直流电源要从继保小
室内的保护试验专门电源屏上接出来，绝对不能用正在运行的直流电源。

在改造
扩建的工程中，直流电源的回路就已经在直流分屏上搭好，这时应该关闭直流分
屏的电源开关，同时应该张贴标识牌于电源断电处，告知人们有人正在工作，禁
止合闸。

施工单位的设备调试和二次接线工作结束后，要确定回路正常、绝缘性
是否良好，验收合格后就接入运行的直流电源，要跟变电站申请，经变电站领导
同意后，才能让工作人员开启直流分屏上控制直流电源的开关，严格禁止未经允
许工作人员擅自接入直流电源的开关。

（2）管理交流电源的接入。

在改造工程中，相关的设备还没有安装完成，设备使用的交流电源已经和运行的设备交流电
源搭接，在工作人员没有确定接入的设备回路是否正常、绝缘性能是否良好的情
况下，运维人员要敦促施工人员切断和运行设备的交流电源的开关，同样要在电
源断点地区张贴指示牌，告知禁止合闸。

在完成改造工程的相关设备准备工作后，连接二次线路，确定回路正常，绝缘性正常，所需接入的运行设备交流电源正常，然后跟变电站申请，经同意，再由工作人员投入交流电源的开关，未经允许，其
他人等不得擅自投退电源开关。

3.4严格控制直流系统电缆布置方式
按照直流系统技术标准，直流系统的电缆不宜敷设过长，应避免和减少迂回，目前设计规程对此并无明确规定，原则上不宜超过400 m[。

从直流系统正负电源
引向开关场的电缆芯数越多，电缆越长，正负极电缆对地分布电容就越大，交流
电串入直流回路时施加于继电器的交流电压衰减越慢，因此合理布置二次电缆至
关重要。

当直流负荷过大时，可考虑采用分开独立供电方式，缩短电缆敷设长度，同时也可确保单段直流系统故障时，非故障段的正常供电。

直流系统的规划设计，
要充分考虑电网系统的适应性，为继电保护系统安全可靠运行创造良好条件。

结语
在电网运行中，交流串入直流的事故时有发生。

一旦交流串入直流回路，相当于在直流母线直接接地的基础上施加一个交流电源。

这比直流系统直接接地造成的危害和破坏更大，将对微机保护等保护设备造成极大伤害。

因此，应重视交流串入直流回路可能发生的所有情况，及时采取相应的措施防患于未然，尽量杜绝该现象的发生，一旦发生，应尽快消除故障。

参考文献：
[1]陈韬，胡书琴．变电站直流系统接地故障的分析及对策［J］．电力学报，2009，24（2）：145－146，149．
[2]李冬辉，史临潼．发电厂和变电站直流系统接地故障检测总体方案［J］．电网技术，2005（1）：56－59．。