智能電網(wǎng)：交流串入直流回路故障原因的分析與處理

在電力系統中，直流接地是直流系統常見(jiàn)性故障，它的存在對繼電保護裝置的誤動(dòng)與拒動(dòng)有較大影響，而交流串入直流回路，除了有金屬性直流接地具有的所有危害之外，還對繼電保護裝置、自動(dòng)裝置及直流系統接入的設備具有很大的破壞作用。本省黃石老電廠(chǎng)就曾發(fā)生過(guò)一起特殊的交流串入直流回路故障。2010年底經(jīng)過(guò)總結分析，認為匯編出來(lái)，還是可供電廠(chǎng)、變電站等部門(mén)參考。

一、故障分析與處理

2009年7月20日，電廠(chǎng)開(kāi)6號機，運行人員發(fā)現中央控制信號屏“直流系統故障”光字牌亮，直流監控屏上“直接接地”燈亮，切換“+”對地電壓為220V、“-”對地電壓為0V，很顯然是負電源直接接地，運行人員通過(guò)臨時(shí)斷路法確定接地點(diǎn)在6KV五段開(kāi)關(guān)的控制電源上，而6KV五段的控制小母

線(xiàn)主接線(xiàn)圖如圖1所示。

繼保人員對6KV五段控制電源進(jìn)行了檢查。首先拉開(kāi)刀閘K4，直流接地仍存在，初步判斷接地點(diǎn)未在6KV五段11，然后拉開(kāi)刀lK3，直接接地消失，因此判斷，在6KV21控制電源上肯定存在一接地點(diǎn)，于是進(jìn)行如下操作：將6KV21控制小母線(xiàn)上的各路開(kāi)關(guān)控制保險依次取下后檢查，結果直流接地仍然存在，由此看來(lái)接地點(diǎn)可能在保險的上端頭引線(xiàn)上或在控制小母線(xiàn)上。于是將控制小母線(xiàn)至熔斷器的引線(xiàn)的端子排連線(xiàn)依次解除后再檢查，結果直流接地仍未消失。根據排除法，該直流接地點(diǎn)有可能在KM小母線(xiàn)上，而6號機組在運行，6KV五段母線(xiàn)也正在運行，且該小母線(xiàn)完全封裝在開(kāi)關(guān)屏的頂部，無(wú)法對KM小母線(xiàn)進(jìn)行檢查，至此，直流接地查找工作只好暫停。 不久，運行人員反映，部分6KV開(kāi)關(guān)一操作就燒控制保險，有些連跳閘線(xiàn)圈都燒壞，在一個(gè)運行班內排粉機的控制保險就燒了三次，跳閘線(xiàn)圈燒了一次，其他磨煤機、給水泵等均有類(lèi)似現象，當班的電氣運行人員整天忙于換保險。

分析認為，燒保險和跳閘線(xiàn)圈應是直流接地引起的，于是組織繼保人員對發(fā)生直流接地前后情況進(jìn)行了統計分析，其情況歸納如下：

1、6KV五段內的小車(chē)開(kāi)關(guān)為標準式開(kāi)關(guān)可相互替換，在6號機開(kāi)機前，小車(chē)開(kāi)關(guān)集中一處，進(jìn)行了一次檢修和清掃，故開(kāi)機時(shí)，推入各開(kāi)關(guān)柜的小車(chē)開(kāi)關(guān)大部分已變換位置;

2、在開(kāi)機時(shí)，出現直流接地;

3、6號機運行中，凡進(jìn)行操作的開(kāi)關(guān)，其控制保險熔斷、跳閘線(xiàn)圈燒壞較頻繁;

4、中央控制屏各有關(guān)直流接地的光字牌均微亮;

5、直流監察屏電壓指示不正常，指示值有400V-440V，跟隨時(shí)間變化而變化，而事故剛開(kāi)始時(shí)誤認為監察屏有故障;

經(jīng)過(guò)上述情況比較分析后，判斷有可能是交流電串入直流回路所致，為證實(shí)推斷，用萬(wàn)用表的交流檔測量正、負直流的交流電壓均為220V，這說(shuō)明直流監察屏顯示的電壓是正確的。而且交流電源就在6KV21段內，于是對6KV21段內的所有斷路器的接點(diǎn)和回路進(jìn)行檢查，發(fā)現只有送風(fēng)機小車(chē)開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)與交流回路有關(guān)連，如圖2所示。

圖中甲、乙送風(fēng)機均引兩對空接點(diǎn)SF至上圖所示的給粉機甲、乙控制回路中，甲送風(fēng)機位于6KV五段21，乙送風(fēng)機位于6KV五段22。如甲送風(fēng)機引入的空接點(diǎn)SF在斷路器內部有一線(xiàn)與斷路器的控制電源負電源相連，則交流串入直流回路的可能性就較大。于是首先拔下送風(fēng)機甲小車(chē)開(kāi)關(guān)的二次插頭，用萬(wàn)用表交流檔測量直流母線(xiàn)電壓，發(fā)現仍有220V交流電壓存在，而此時(shí)再拉開(kāi)圖1中刀閘K2時(shí)，則直流回路的交流電壓消失。這就是說(shuō)在6KV五段22中也有一交流串入直流回路中，這正是為什么6KV五段21控制保險依次取下時(shí)，直流接地仍然存在的原因。按上述操作步驟，將送風(fēng)機乙和送風(fēng)機甲小車(chē)開(kāi)關(guān)的二次插頭同時(shí)取下，再測量控制小母線(xiàn)的交流電壓，此時(shí)交流電壓為0，同時(shí)直流接地信號消失。

因此斷定甲、乙送風(fēng)機引入給粉機操作回路的兩對空接點(diǎn)，均在斷路器內端子排與負電源相連是成立的，于是將送風(fēng)機的開(kāi)關(guān)柜替換出來(lái)，打開(kāi)小車(chē)開(kāi)關(guān)柜后部的面板，果然發(fā)現這兩臺開(kāi)關(guān)引至給粉機回路的空接點(diǎn)均有一根連線(xiàn)與負電源相連，最終檢查6KV五段內所有小車(chē)開(kāi)關(guān)，只有這兩臺小車(chē)開(kāi)關(guān)的空接點(diǎn)與負電源相連。

二、交流串入直流回路故障分析

在發(fā)電廠(chǎng)，由于直流供電范圍大，饋線(xiàn)電纜長(cháng)，因而電纜對地阻抗等效為電阻與電容的并聯(lián)回路;又因電纜運行年代久，當運行濕度較高時(shí)，直流母線(xiàn)對地電容將增大，其絕緣電阻也會(huì )降低。圖3畫(huà)出了交流串入直流回路的等效電路。

圖中C1、C2為直流母線(xiàn)對地的等效電容，通常情況下C1與C2基本相等;R1、R2為直流母線(xiàn)對地電阻，大小也基本相等;C為母線(xiàn)間的等效電容。

2.1為什么在直流母線(xiàn)負極串入交流后，其負極對地直流電壓為0V呢?

由于交流串入直流回路，而三相交流電為中性點(diǎn)接地系統。當單相交流電與直流母線(xiàn)負極相連后，通過(guò)C2大電容就相當于短路，其等效電路如圖4所示。故此時(shí)用萬(wàn)用表直流檔測量負極母線(xiàn)電壓，當然是為0V。也就是說(shuō)此時(shí)的直流母線(xiàn)負極對地等效電阻為0。

2.2為什么在直流母線(xiàn)負極串入交流后，其正、負極對地交流電壓均為220V呢?

根據線(xiàn)性電路疊加原理可知，其交流等效電路應采取如下方法簡(jiǎn)化，直流電源220V相當于短路，這樣相當于直流正、負母線(xiàn)同時(shí)接入交流電源，因而直流母線(xiàn)對地的交流電壓應均為220V。

2.3為什么在直流母線(xiàn)負極串入交流后，中央信號屏的光字牌會(huì )微亮呢?

這是因為有大電容C1、C2的存在，220V交流電源通過(guò)直流母線(xiàn)、光字牌燈泡、大電容C1、C2和大地形成通路，這時(shí)在電容上分擔了大部分交流電壓，光字牌燈泡上的電壓分量較小，故中央信號屏光字牌會(huì )微亮的緣故。