变电站站用直流系统的保护

变电站站用直流系统的保护

诰志1，冯爽2,武晋文3

（1邯郸供电公司，河北邯郸056035；23河北德普电器有限公司，河北邯郸 056002）

摘 要：本文分析了直流短路、直流接地、寄生回路、断路器动作异常等故障现象对变电站站用直流系统的影响，并分析了熔断器、直流空开在现实站用直流系统保护中的

不足，提出了采用定时限级差保护的解决方法，介绍了DP901智能型直流系统保

护装置。

关键词：直流，级差，接地，寄生回路，动作异常

1、引言

变电站的直流系统是用来为继电保护及其自动装置、控制、信号、通讯、远动、计算机监控、事故照明等供电的，对于电力系统的安全稳定运行有着极其重要的作用，所以对直流系统的运行可靠性要求很高。

变电站直流系统在运行中，主要故障有短路越级跳闸和直流接地，本文就影响直流系统正常运行的这两大因素结合DP901智能型直流系统保护装置展开论述，分析讨论了采用定时限实现级差保护的解决方法，并讨论了影响变电站继电保护及其自动装置正常运行的寄生回路缺陷和断路器动作异常缺陷的监测方法。。

2、变电站直流系统常见问题及其处理方法

2.1、短路越级跳闸

变电站直流系统中以前普遍采用熔断器，现在越来越多地采用直流空开作为保护装置。直流空开的保护特性为反时限特性，当短路电流达到一定值时还能够进入速断动作区实现快速跳闸。当变电站直流系统发生短路故障时，由于上下级空开常常能够同时越过反时限动作区、达到各自的速断动作值，导致越级跳闸，扩大了继电保护、自动装置、控制回路的停电范围，从而影响了电力系统的正常运行。直流系统空开的保护配合问题成为了急需解决的重点问题。

浙江电力试验研究所、吉林省电力公司、石家庄供电公司、广东电力设计院和湖南电力试验研究院等单位对变电站直流系统的保护问题进行了大量的研究工作，开展的项目有“直流空开和熔断器之间的保护与配合试验”、“ 直流空开选择性配合试验”、“直流系统短路保护用电器设备级差配合试验”、“熔断器、直流空开配合性能研究”等，但一直没有找到理想的解决方案。

110KV变电站直流系统空开配置如表1：

表1 110kV站直流空开配置表

第一级（蓄电池出口）200Ah选用200A以上的熔断器或直流空开（带有告警接点）。

第二级（直流馈线屏）选用带短延时的三段式直流空开。例如北京人民电器厂的GM32B-25、GM32B-32A直流空开。

第三级（直流分电屏）选用进口或合资产的两段式直流空开，例如ABB、西门子等产的10A直流空开。

末级 选用进口或合资产的两段式直流空开，例如ABB、西门子等产的2-6A直流空开。

按照表1的配置，不但空开种类多，动作电流误差大，主要缺点是即使当末级发生短路时，其上级空开中流过的短路电流也达到了其速断动作电流值，常常会造成越级跳闸，扩大停电范围。

德普电器有限公司抓住了这一课题，融合了电力电子技术、信息技术、通讯技术，开发了DP901智能型直流系统保护装置，该装置具有短路电流动作整定、动作时限整定、接地选线、寄生回路报警、断路器动作异常报警等功能，从根本上解决了变电站直流系统易发生的常见问题。

DP901智能型直流系统保护装置的配置如表2：

表2 110kV站DP901智能型直流系统保护装置配置表

第一级（蓄电池出口）200Ah选用200A以上的熔断器或接触器（带有告警接点）。延时100ms以上

第二级（直流馈线屏）选用DP901装置，设置电流32A，延时50ms。带告警、接地监测、通讯等功能。

第三级（直流分电屏）选用DP901装置，设置电流10A，延时25ms。带告警、接地监测、通讯等功能。

末级 选用DP901装置，设置电流2～6A，延时0ms，固有动作时间小于15ms。带告警、接地监测、通讯等功能。

表2配置，种类单一，并且可以替换。电流和时间可以设置。即使发生短路故障时，靠设定的动作时限实现定时限级差保护以防止越级跳闸。DP901智能型直流系统保护装置的整定动作电流误差在3％以内，动作时限的误差在2ms以内。

2.2、直流接地

变电站站用直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多、且较长。所以，很容易受脏污、潮气的浸蚀，致使某些绝缘元器件的绝缘程度降低，甚至绝缘破坏，造成直流接地。直流接地的原因主要有如下几个方面：

a、材料。二次回路绝缘材料不合格、绝缘性能低，或年久失修、严重老化。

b、损伤。存在某些损伤缺陷、如磨伤、砸伤、压伤、扭伤或过流引起的烧伤等。

c、污秽。二次回路及设备严重污秽和受潮、接地盒进水。

d、异物。小动物爬入或小金属零件掉落在元件上造成直流接地故障，如老鼠、蜈蚣等小动物爬入带电回路；某些元件的线头、未使用的螺丝、垫圈等零件，掉落在带电回路上。

当直流系统发生接地故障时，有可能由于线间或对地电容的影响，造成继电器误动作，以致继电保护或自动装置误动，或误发信号；若发生两点接地故障，则可能造成短路失电，或继电保护、自动装置误动或拒动。总之，直流接地故障直接威胁着电力系统的正常运行，应予足够重视并及时消除。

以往查找直流接地是靠运行值班人员采用逐路断电的方法，经调度部门同意后，分别将怀疑发生直流接地故障的回路依次停电，直到找出故障回路。这种方法需要的时间长，试停的回路多，也造成了继电保护或自动装置临时退出运行，对电力系统的安全稳定运行有一定影响。

DP901智能型直流系统保护装置设计了直流接地探测功能。当站用直流系统存在接地故障时，正、负极对地电压不再对称，而是发生了偏移，故障回路中将产生泄漏电流，装置通过判定电压偏移和测定泄漏电流就可定位出接地故障回路，发出报警信号。

2.3、寄生回路

在变电站的建设、改造以及运行维护过程中，由于设计错误、接线错误、随意取用直流电源、线间绝缘破损等原因，致使一个本应该独立的回路错误地取用了另一个回路的正电或负电，这就造成了寄生回路。寄生回路的存在，给变电站继电保护装置的动作行为分析带来了不可预期的麻烦，甚至有时会导致继电保护或自动装置错误动作，影响电力系统的正常运行，造成电力用户非正常停电。