張成

摘 ?要：該文主要從正極一點(diǎn)接地、負(fù)極一點(diǎn)接地、電源端一點(diǎn)接地等三方面分析了二次直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地故障理論方面的內(nèi)容，利用多階動(dòng)態(tài)理論建立直流二次回路接地故障暫態(tài)解析方程，以此為基礎(chǔ)對(duì)于故障暫態(tài)特征以及規(guī)律進(jìn)行分析，在充分考量到繼電器線圈電感作用的基礎(chǔ)上完善一點(diǎn)接地故障理論，最后針對(duì)直流系統(tǒng)二次回路故障提出解決處理建議。

關(guān)鍵詞：二次直流系統(tǒng);一點(diǎn)接地故障;理論分析

中圖分類號(hào)：TM862 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

對(duì)于二次直流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一點(diǎn)接地故障是重要故障之一，總的來(lái)說(shuō)主要分為“正極一點(diǎn)接地”、“負(fù)極一點(diǎn)接地”、“正電源端一點(diǎn)接地”等類型，雖然已有的研究中對(duì)于不同類型一點(diǎn)接地故障進(jìn)行了分析，就其對(duì)繼電保護(hù)的影響進(jìn)行了論述，但有關(guān)繼電器線圈電感作用還缺少必要的分析。該文主要為了完善此方面理論內(nèi)容，針對(duì)上述3種類型的接地故障響應(yīng)理論進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ο鄳?yīng)專業(yè)人士有所幫助。

1 直流系統(tǒng)等值電路

出口繼電器線圈不僅具備電阻，同時(shí)還存在比較大的電感值。在繼電器中，因?yàn)榇怕废到y(tǒng)非線性，再加上其在吸合、釋放期間的氣隙在發(fā)生變化，那么繼電器的電感就屬于變量。它的浮動(dòng)情況和漏磁導(dǎo)、激磁安匝大小以及工作氣隙大小有密切的聯(lián)系，通過(guò)實(shí)測(cè)，不同的繼電器線圈電感值也具有差異性，部分電感值還達(dá)到亨級(jí)。

2 二次直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地危害

發(fā)電廠和變電所為了在交流電源故障停電的情況下仍然能夠?qū)τ嘘P(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，通常都設(shè)置一套獨(dú)立的直流蓄電池組和充電設(shè)備，這些設(shè)備和以直流電源操控的操作控制繼電保護(hù)裝置以及事故應(yīng)急照明、事故油泵等組成了“直流系統(tǒng)”。直流系統(tǒng)具有正極和負(fù)極導(dǎo)線，正常時(shí)正極和負(fù)極之間絕緣，正極和負(fù)極對(duì)地也是絕緣的。如果正極和負(fù)極相碰就構(gòu)成“短路”，如果正極或負(fù)極與大地導(dǎo)通，就構(gòu)成“正接地”或“負(fù)接地”。單獨(dú)發(fā)生“正接地”或“負(fù)接地”對(duì)直流系統(tǒng)并沒有直接的危害，可以繼續(xù)運(yùn)行，但必須盡快消除接地故障[1]。否則，如果已經(jīng)存在“正接地”，再出現(xiàn)“負(fù)接地”就會(huì)發(fā)生短路，造成直流系統(tǒng)瓦解，后果不堪設(shè)想。在目前我國(guó)使用的控制、保護(hù)、自動(dòng)裝置等直流二次回路結(jié)線中，都是只控制正電源，而將繼電器線圈、控制電器及開關(guān)跳合閘線圈等均接在直流系統(tǒng)負(fù)極上。線圈一端來(lái)了正電將造成動(dòng)作，如果直流系統(tǒng)正極接地后，由于某種原因開關(guān)跳閘線圈、保護(hù)出口跳閘繼電器和其他控制繼電器線圈偶然再有一端接地，將導(dǎo)致開關(guān)誤跳而造成嚴(yán)重事故。所以直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地后是很危險(xiǎn)的，應(yīng)立即設(shè)法排除。

3 二次直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地故障分析

3.1 正極一點(diǎn)接地分析

對(duì)于二次直流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其正極接地故障可以用圖1所示的電路圖表示。

圖1中，E為電源電勢(shì)， R+和R-為正極和負(fù)極的具體對(duì)地電阻， C-為負(fù)極的具體對(duì)地電容，R2為絕緣監(jiān)察裝置具體等效電阻， 字母R和L為繼電器具體等值電阻以及電感， 字母C為將繼電器線圈以及上一級(jí)繼電器觸頭相應(yīng)控制電纜連接起來(lái)的對(duì)地電容。

通過(guò)圖1以及基爾霍夫電壓定律能夠得出電路中的關(guān)系，并且也能夠得到繼電器兩側(cè)電壓初值。繼電器等值電阻會(huì)出現(xiàn)以下3種情況。1）繼電器兩側(cè)的電壓可以表示為函數(shù)形式，繼電器兩側(cè)電壓可以表示為2個(gè)衰減函數(shù)的形式，并且前部分函數(shù)的系數(shù)相對(duì)較高，相應(yīng)的衰減時(shí)間也較長(zhǎng)，而后部分則與之相反，因此端電壓的衰減受到絕緣電阻影響更大，會(huì)隨著其變化而正向變化[2]。2）繼電器兩側(cè)電壓會(huì)呈現(xiàn)出振動(dòng)衰減的趨勢(shì)，隨著繼電器等值電感的增加衰減時(shí)間會(huì)逐漸放緩，并且振蕩頻率會(huì)不斷上升。但是在連接繼電器線圈與上一級(jí)繼電器觸頭控制電纜對(duì)地電容參數(shù)增大的情況下，雖然振蕩頻率會(huì)有所增加，但是衰減速度并不會(huì)受到嚴(yán)重影響。3）繼電器兩側(cè)電壓會(huì)呈現(xiàn)出振動(dòng)衰減的趨勢(shì)，并且隨著繼電器等值電感的增加衰減速度會(huì)逐漸放緩，但是在連接繼電器線圈與上一級(jí)繼電器觸頭控制電纜對(duì)地電容參數(shù)增大的情況下，衰減速度不會(huì)受到嚴(yán)重影響。

3.2 負(fù)極一點(diǎn)接地分析

對(duì)于二次直流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)基爾霍夫電壓定律能夠得出電路中的關(guān)系，并且也能夠得到繼電器兩側(cè)電壓初值。對(duì)于二次直流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是對(duì)于負(fù)極接地故障還是對(duì)于正極接地故障來(lái)說(shuō)，只是繼電器裝置兩側(cè)電壓初值發(fā)生了改變，但是具有同樣的變化趨勢(shì)。

3.3 正電源端一點(diǎn)接地分析

對(duì)于正電源端一點(diǎn)接地故障來(lái)說(shuō)，無(wú)論是正負(fù)極對(duì)地電阻還是絕緣監(jiān)測(cè)裝置電阻，都會(huì)對(duì)繼電器線圈兩側(cè)電壓初值和終值產(chǎn)生相應(yīng)的影響，從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，繼電器兩側(cè)電壓主要是由2個(gè)衰減函數(shù)組成，并且衰減函數(shù)系數(shù)對(duì)于衰減時(shí)間的影響較大，而衰減函數(shù)系數(shù)對(duì)于衰減時(shí)間的影響較小，所以端電壓的衰減受到衰減函數(shù)影響更大，會(huì)隨著其變化而正向變化。其中衰減函數(shù)系數(shù)的作用在于衰減前期加速或者減緩電壓曲線衰減速度，實(shí)際的加速或者減緩情況主要是通過(guò)具體參數(shù)值來(lái)決定的。隨著繼電器等值電感參數(shù)產(chǎn)生改變，衰減函數(shù)并沒有產(chǎn)生明顯變化，衰減總體保持穩(wěn)定狀態(tài)，但是隨著正極對(duì)地電容的增加，衰減函數(shù)值會(huì)下降，但是衰減速度會(huì)減少。從另外一個(gè)角度來(lái)看，在二次直流系統(tǒng)正電源端一點(diǎn)故障情況下，電壓值會(huì)形成非振蕩衰減的過(guò)程，實(shí)際的衰減速度主要受到這2個(gè)衰減函數(shù)的影響。

4 二次直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地故障仿真驗(yàn)證

4.1 正極一點(diǎn)接地仿真分析

從上述相應(yīng)理論分析可知，對(duì)于繼電器電壓變化具有較大影響的因素包括繼電器的等值電阻、電感和連接繼電器線圈和上一級(jí)繼電器觸頭的控制電纜的對(duì)地電容等。這些參數(shù)取值的差異也會(huì)造成電壓曲線有所差異，該文主要針對(duì)繼電器等效電感變化情況繼電器兩側(cè)電壓進(jìn)行仿真分析。

主要是通過(guò)PSCAD建立起二次直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地故障仿真電路圖，在仿真時(shí)確保其他參數(shù)不變的情況下，主要控制繼電器等效電感逐漸轉(zhuǎn)變。通過(guò)PSCAD仿真以及Matalb能夠得到相應(yīng)的曲線[3]。

從相應(yīng)的理論分析和仿真能夠得知，在繼電器等效電感小于3.125H（“H”代表電感單位亨利）的情況下繼電器兩側(cè)電壓曲線并不會(huì)產(chǎn)生振蕩，同時(shí)隨著等效電感的增加繼電器兩側(cè)電壓衰減速度變慢。在繼電器等效電感大于3.125H的情況下，繼電器兩側(cè)電壓曲線出現(xiàn)振蕩，同時(shí)隨著等效電感的增加繼電器兩側(cè)電壓曲線振蕩會(huì)逐漸緩慢，也更加容易造成繼電器發(fā)生舞動(dòng)，因此繼電器誤動(dòng)情況要按照具體參數(shù)來(lái)確定。

4.2 負(fù)極一點(diǎn)接地仿真分析

在對(duì)負(fù)極一點(diǎn)接地進(jìn)行仿真時(shí)，在確保其他參數(shù)不變的情況下控制電纜對(duì)地電容逐漸產(chǎn)生變化。通過(guò)PSCAD仿真以及MATALB能夠得到相應(yīng)的曲線。

從相應(yīng)理論分析和仿真能夠得知，隨著控制電纜對(duì)地電容的增加，繼電器兩側(cè)的電壓衰減會(huì)逐漸緩慢，這就更容易造成繼電器發(fā)生誤動(dòng)。

4.3 繼電器正電源端一點(diǎn)接地仿真分析

在確保其他參數(shù)不變的情況下，在仿真過(guò)程中確保繼電器等效電感逐漸變化。通過(guò)PSCAD仿真以及Matalb能夠得到相應(yīng)的曲線結(jié)果。從仿真結(jié)果能夠得知，仿真結(jié)果和理論分析基本一致。因?yàn)閷?duì)連接繼電器線圈和上一級(jí)繼電器觸頭控制電纜的對(duì)地電容值來(lái)說(shuō)電感值相對(duì)較小，因此電感對(duì)于充放電電流所具有的限制作用大體上很難有所反應(yīng)，繼電器兩側(cè)電壓差異相對(duì)較小，因此電感的影響大體上可以忽略。

5 電廠直流系統(tǒng)二次回路故障的處理措施

針對(duì)直流系統(tǒng)二次回路故障的理論分析，該文將提出幾點(diǎn)初步的處理措施建議，優(yōu)化我國(guó)電廠直流系統(tǒng)二次回路的運(yùn)作性能。具體內(nèi)容包括3點(diǎn)。1）相關(guān)的工作人員需要進(jìn)一步提升直流系統(tǒng)二次回路的抗外部干擾的整體水平，根據(jù)實(shí)際情況，相應(yīng)地提高繼電器反應(yīng)電壓以及反應(yīng)功率，同時(shí)還要相應(yīng)地減小工作繼電器反應(yīng)動(dòng)作的靈敏程度。2）在直流系統(tǒng)二次回路中，相關(guān)的工作人員要盡可能防止接入一些長(zhǎng)電纜，這樣能夠有效地防止產(chǎn)生繼電器誤動(dòng)的問(wèn)題，保證直流系統(tǒng)二次回路地順利運(yùn)作。3）針對(duì)蓄電續(xù)航周期較短、監(jiān)測(cè)體系不完善，此時(shí)，電廠不僅需要盡快地提高蓄電池應(yīng)用的合理性，同時(shí)還應(yīng)該不斷地改善蓄電池的維護(hù)監(jiān)測(cè)機(jī)制。在對(duì)蓄電池組提供充放電處理的時(shí)候，也需要預(yù)先充分地考量各個(gè)蓄電池的運(yùn)作狀況，有目的性地對(duì)單個(gè)蓄電池提供充放電處理，從而有效地提高蓄電池組的各個(gè)蓄電池壽命，從而提升蓄電池組的總體使用周期。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文詳細(xì)地闡述了二次直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地故障的具體情況，分別針對(duì)“正極一點(diǎn)接地”、“負(fù)極一點(diǎn)接地”、“正電源端一點(diǎn)接地”等不同情況進(jìn)行了分析，在其中充分考量了繼電器線圈電感對(duì)于故障的作用。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于不同類型接地故障進(jìn)行了仿真分析，從仿真結(jié)果能夠得知，仿真結(jié)果和理論分析基本一致。通過(guò)該文的介紹，能夠?qū)Χ沃绷飨到y(tǒng)一點(diǎn)接地故障提供參考和幫助。

參考文獻(xiàn)

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