一起两段直流系统共负极引起的故障跳闸分析与处置

一起两段直流系统共负极引起的故障跳闸分析与处置

周晋

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司百色局  广西百色  533000

摘要：变电站直流系统作为保护装置电源和断路器等设备的操作电源，是变电站最重要的系统之一。但造成直流系统异常的原因层出不穷，其引发的后果也颇为严重。直流环网作为直流系统较大的故障问题之一，它有可能造成设备使用年限缩短、接地故障检测灵敏度下降、极差配合失效等危害，甚至造成设备故障跳闸。本文借助一起实际案例对直流环网异常进行分析，并说明其危害。

关键词：直流环网；共负极；接地电阻

2022年2月3日，XX电厂500kV 5432开关操作箱第一组TJR跳闸回路无故障出口，5432开关A、B、C三相分闸，5432断路器保护CSC-121A启动、闭锁重合闸开入。根据5432断路器保护启动报文、5432断路器操作箱信号及故障录波器录波分析，5432断路器操作箱三相跳闸继电器1TJR1’、1TJR2’、1TJR4、1TJR5动作，继电器动作34ms返回。

一、事故发生过程

运行人员反映跳闸时现场仅有运行巡视工作，无一、二次设备检修、消缺工作，无一次设备的操作工作。运行人员巡视打开#5、#6主变联合单元T区保护柜门，关闭保护柜门时5432断路器跳闸。

检查T区保护和操作箱屏柜内的接线端子排、保护插件无锈蚀、凝露、霉变、放电等异常，但T区保护装置内部有较多积灰，存在因屏柜振动尘污导致跳闸回路绝缘降低、瞬时接地的可能性。

使用便携式录波器记录直流Ⅰ段和Ⅱ段的正、负极对地电压，发现直流正、负极对地电压存在异常波动。Ⅰ段直流正对地电压75.3V～127.8V，负对地电压-104.7V～-157.2V。Ⅱ段直流正对地电压77.9V～154.8V，负对地电压-77.9V～-154.8V。初步判断开关跳闸原因是直流系统正负极对地电压存在周期性波动，在负对地电压到达高值又发生跳闸回路一点接地所致。

二、跳闸原因分析

该电厂共配置3台UPS不间断电源及1台EPS事故照明电源，其中1台用于对保护、测控供电的UPS装置与事故照明电源EPS装置分别从两段直流母线取电，接入监测装置。排查发现监测装置的接线设计错误，造成两段直流负极接线并接（详见图1）。

图1：两段直流负极接线并接

电厂基建工程设计时，UPS、EPS及其监测装置的成套设计由厂家负责，外部接线设计由某研究院负责，由于双方对直流电源的接线方式未做有效的沟通，造成UPS和EPS分别从两段直流母线取电，与厂家的成套设计（考虑UPS和EPS从同一段直流母线取电）不配合，最终导致两段直流负极并接。

当直流一、二段不存在共负极且两段母线都有外部接地电阻RZ和Rf时，一段绝缘检测仪的等值电路[1]如图2中共负点左侧所示；当直流一段与二段之间存在共负极且两段母线都存在外部接地电阻RZ和Rf时，一段绝缘检测仪的等值电路则发生改变（详见图2）。

图2：两段母线共负极等值电路图

因两段直流负极并接，负极接地电阻并接（R-降低），两极对地电阻出现不平衡。当直流绝缘监测装置启动检测桥投切检测时，非平衡桥电阻的投入造成两极对地电阻的不平衡度进一步加大，最终导致直流正负极对地电压波动的增大。

分别在直流正、负极对地电压正常和负极对地电压升高等工况下，模拟5432断路器操作箱三相跳闸继电器正电源端一点接地。测试结果验证：当直流正、负极对地电压正常时，操作箱跳闸继电器正电源端发生一点接地不会动作跳闸；当直流负极电压波动超过140V时，操作箱跳闸继电器正电源端发生一点接地会动作跳闸。

由此判定，此次跳闸原因是由于该电厂直流回路接线设计错误，两段直流负极并接，同时受到直流负荷等效电阻的影响，在直流绝缘监测装置检测过程中直流正、负极对地电压出现大幅度波动。运行人员对T区保护屏巡检关闭柜门时，振动和尘污可能导致T区保护至5432断路器操作箱三相跳闸继电器的跳闸回路绝缘降低、发生瞬时性接地，此时直流负极对地电压波动至高值，直流放电过程中操作箱三相跳闸继电器动作跳闸。

三、整改措施

1、开展直流系统环网隐患排查治理工作[2]。可使用直流电源专用解环仪、直流接地快速查找仪、绝缘监测装置开展排查、接地试验，以消除站内直流正、负极对地电压异常。

2、加强直流电源系统的监视和巡视。完成故障录波器改造，将直流系统正、负极对地电压接入故障录波器，以便及时发现、消除直流系统隐患。

3、提升直流电源设备的运行质量。完成直流绝缘监测装置的改造，使直流电源系统绝缘监测装置具备交流窜直流故障的测记和报警功能，同时将相关信息接入保信系统上送集控中心。

四、结束语

直流系统的稳定可靠成为确保变电站设备可靠运行的关键因素，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。因此，对于直流系统隐患，必须制定有效管控措施，避免同类事件的再次发生，为直流系统的稳定可靠提供重要的保障作用。

参考文献：

[1]邱关源,罗先觉.电路[M].北京:高等教育出版社,2011.

[2]钟伟强.论变电站直流系统运行维护[J].科技资讯，2010（6）：127.