变电站双套直流电源串电检测装置的研究

张秋慧 周博

摘 要：变电站直流电源系统是变电站最为重要的系统之一，要求其必须具有高度的可靠性。直流电源串电会引起保护装置误动、断路器无故障跳闸，甚至导致变电站全停事故，基于此，本文对变电站双套直流电源串电检测装置进行研究，通过分别计算四种串电组合的阻抗值，确定串电支路，进而找出串电点。

关键词：变电站；直流系统；串电；检测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.154

1 引言

變电站直流电源系统作为保护装置电源和断路器等操作电源，是变电站最为重要的系统之一，其运行状况好坏对继电保护装置和断路器动作行为有着至关重要的作用，因此要求直流系统及其网络必须具有高度的可靠性。变电站直流系统是公用系统，如果系统发生异常，可能会导致保护误动作、断路器无故障跳闸，甚至可能导致变电站全停事故[1]。目前我国变电站的直流系统中，经常发生直流网络对地绝缘强度降低和接地故障，对电力系统的安全运行造成较大的威胁[2]。

变电站双套直流电源系统的直流母线正常时，采用母线分段运行方式，系统需要时，可合上两段直流母线间的联络刀闸成为并列运行方式，即I段母线的正、负极分别与II段母线的正、负极对应相连。变电站采用两套独立运行的直流电源系统，可以提高站用电系统的可靠性，但实际运行中一些不当因素会使两段直流母线发生互串。直流互串是指两套分开运行的直流电源之间存在一点或一点以上的电气连接，使一段直流母线一极与另一段直流母线一极出现非正常联接，而两段直流母线的剩余一极并不相连的情况。其连接方式可能为直接连接或通过电阻连接，有的正极之间连接，有的负极之间连接，有的则正极与负极连接等。直流互串会造成变电站两段直流母线的正、负极对地电压及其绝缘状况发生变化，若此时直流电源系统中再出现接地故障，会给直流电源系统带来巨大的安全问题。

2 直流电源串电危害

产生直流电源系统直流互串的原因主要有以下三点[3]：

（1）在变电站新建、扩建、技术改造、设备大修中，将负荷的电源线分别接入两段直流母线中。

（2）在倒负荷操作时，由于人员误操作，将某些负荷从一段母线转到另一段母线后，未将其原来一路的空开断开，导致两套直流电源系统并列运行。

（3）老旧变电站绝缘性能下降或电缆芯线间的绝缘破坏，造成同一根电缆中两套直流电源系统的供电回路相连。

产生直流电源系统直流互串的危害主要有以下四点：

（1）接地故障告警灵敏度下降，或引起两套直流系统同时接地故障告警，一段正极接地，另一段负极接地；

（2）增加保护误动机会，或造成负荷“失压”，即没有工作电源，可能引起相关设备的拒动；

（3）缩短蓄电池使用寿命；

（4）引起直流系统火灾。

综上所述，进行双套直流电源的串电检测是很有必要的。

3 双套直流电源串电检测装置

（1）直流电源串电检测基本原理。本文研究的双套直流电源串电检测装置用在220kV及以上电压等级电力系统中，检测两套相同额定电压、相对独立，并且两套直流电源系统均有各自独立的正极和负极的直流电源系统的串电现象。其基本原理是将可能发生的串电情况分为4种串电组合，分别是直流系统一的正极和直流系统二的正极之间串电、直流系统一的正极和直流系统二的负极之间串电、直流系统一的负极和直流系统二的负极之间串电、直流系统一的负极和直流系统二的负极之间串电，对4种串电组合中加大通入电流，因为通入的电流将主要流入串电支路，分别测量各支路中的电压、电流，根据U1/I2分别计算4种串电组合的阻抗值，阻抗值最小的组合即为串电支路，可快速准确地确定出串电支路。

（2）检测装置检测过程。本文研究的直流串电检测装置中0.5kVA调压器输入端额定电压为～220V，最大输出电压为～250V。SMG2000B型数字双钳相位伏安表的功能量程开关可以切换到I1、I2、U1、U2、U1U2、I1I2、U1I2、I1U2等8个区域，其中I1、I2为电流量测量区域，I1与I2又各分为10A、2A和200mA等3个档位；U1、U2为电压量测量区域，U1与U2又各分为500V、200V和20V等3个档位；U1U2、I1I2、U1I2、I1U2等均为测量两路电气量之间相位的区域，并且一律以前一个电量为基准向量。SMG2000B型数字双钳相位伏安表用于变电站双套直流电源系统串电检测时，电压量接入U1输入插孔，量程开关切到60V档，电流量接入I2插孔，量程开关切到200mA档。

检测时，将直流系统一和直流系统二分别按4种可能的串电组合将两个直流系统分别对应的1个电极与控制盒上的被测元件接入端子⑧和⑨连接，分4次进行测量，即：第一次测量时，直流系统一的正极和直流系统二的正极分别连接端子⑧和⑨，第二次测量时，直流系统一的正极和直流系统二的负极分别连接端子⑧和⑨，第三次测量时，直流系统一的负极和直流系统二的正极分别连接端子⑧和⑨，第四次测量时，直流系统一的负极和直流系统二的负极分别连接端子⑧和⑨。

根据以上4种串电组合分4次进行测量，每次测量时，分别向对应的串电组合中通入2mA的电流，测量每种连接情况下的U1、I2以及U1～I2的相位角α，通过相位角α判断串电元件的阻抗特性。如果相位角α等于或者接近于0?，说明两个直流系统之间通过电阻性元件串电，如果相位角270?<α<360?，说明串电支路中存在比较大的电容分量，再结合常规的测量各支路中工频电流的方法，即可确定出串电支路，进而找出串电点。

4 结论

本文关于变电站双套直流电源系统串电检测装置的研究，进一步完善了我国直流电源串电检测系列产品，可以实现变电站双套直流电源系统串电的快速检测，操作简单，测量精度高，检测速度快，对提高变电站直流系统运行的可靠性具有重要意义，具有很大的推广价值。

参考文献：

[1]李修金，王乃科，邓洁清等.变电站直流系统两段母线串电分析[J].江苏电机工程，2011，30（03）：38-40.

[2]陈东升.变电所直流系统绝缘微机检测装置[J].能源技术与管理，2006（06）：118-119.

[3]李晶，罗洋，陈轲娜.检测桥电阻对直流电源系统安全运行的影响分析[J].四川电力技术，2014，37（06）：16-19.

作者简介：张秋慧（1990-），女，辽宁沈阳人，助理工程师，研究方向：电力系统自动化装置维护与研究。