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摘 要：220kV某线2321开关在停电操作过程中发生信号电源空气开关跳闸事件，通过对现场信号回路的检查和测试，找出此次信号电源空气开关跳闸的原因是从断路器汇控柜至断路器机构箱的电缆交直流共用且电缆芯线间绝缘破坏引起交流电压串入直流回路所致，文章对该起故障原因进行了分析并提出防止类似事件重复发生的预防措施。
关键词：信号回路； 交直流回路互串； 预防措施
0 前言
变电站二次设备电源分交流和直流，交直流回路是两个相互独立的系统，交流回路是接地系统，而直流回路是绝缘系统。信号回路是直流回路中的一种，供运行人员监视站内各种电气设备的状态，信号回路串入交流电，造成空气开关（以下简称空开）跳闸，影响系统的安全稳定运行。文中通过对220kV某某线2321开关信号电源空开跳闸事件的原因查找和分析，提出防范措施。
1故障简述
2014年6月23日，220kV某变电站值班人员对220kV某某线2321开关进行停电操作，当执行到断开220kV某某线2321开关时发生220kV某某线测控屏上的“1KD某某线信号电源”空开跳闸，重新合上空开后又立即跳开，信号回路有短路现象存在。
2故障检查
2.1对缺陷进行检查，在拆除测控屏端子排1D3—68的Y3-125-S501电缆芯线后“1KD某某线信号电源”空开跳闸故障消失，由此可以断定某某线测控装置无异常。
2.2通过图纸可以得知，Y3-125-S501电缆芯线是某某线测控屏到断路器汇控柜的信号回路输入公共端（如图一），因此，故障点可能在汇控柜内。
2.3根据图纸，在某某线汇控柜内排查编号Y3-125-S501电缆芯所并联的每一对接点，在端子排-X05：9 （C3-X02：9）、-X05：10（C3-X02：10）处测得约有220V交流电压，C3-X02：9、C3-X02：10是一对C相断路器常闭辅助接点，在断路器汇控柜及C相机构箱端子排上将该对辅助接点两侧拆除悬空，万用表测量C3-X02：9、C3-X02：10电缆芯线仍有约220V交流电压（如图二）。
2.4在断路器端子箱拉开隔离开关控制电源空开后，C3-X02：9、C3-X02：10交流電压消失。经检查，用于隔离开关闭锁回路的断路器常闭辅助接点-X05：11（C3-X02：11）、-X05：12（C3-X02：12）与用于信号回路的断路器常闭辅助接点-X05：9 （C3-X02：9）、-X05：10（C3-X02：10）从机构箱到汇控柜共用同一条电缆，用1000V绝缘表测得C3-X02：9与C3-X02：12电缆芯线间绝缘为零，由此判断从断路器汇控柜到机构箱的电缆绝缘损坏。
2.5本间隔隔离开关控制回路采用交流电源（如图三）。断路器正常运行时，断路器常闭辅助接点打开，C3-X02：11无交流电，回路无异常现象，断路器断开后，隔离开关闭锁回路的DLa，DLb，DLc（C3-X02：11、C3-X02：12）（见图三）以及信号回路的DLc （C3-X02：9、C3-X02：10）（见图一）断路器常闭辅助接点全部闭合，交流控制电源881通过882--S587串入直流S501信号回路，跳开直流信号电源空开1KD。
3原因分析
从逻辑回路上分析，即使交流电压串入直流系统，由于直流系统是绝缘系统，逻辑回路上并没有构成交流电流回路，应该不会造成空气开关跳闸的后果。但对于规模较大、出线间隔较多的变电站，二次电缆的长度较长，二次电缆对地的分布电容较大，同时二次电缆使用屏蔽电缆也会增大电缆的对地分布电容；加上变电站内大量使用的微机保护、综合自动化以及其他一些微机监测设备，工作电源采用直流电源，微机设备为了减少电磁干扰，开关量输入经光电耦合器隔离，并联接入直流系统中，增大了直流系统的对地电容。本次故障发生在220kV变电站，该站出线间隔达60个，二次保护及测控装置达130台，二次电缆总长度估算达52700米，其中直流系统的电缆总长度估算达24000米，其二次电缆对地分布电容不容忽视，分析认为交流电压串入直流系统后通过直流系统的对地分布电容构成交流电流回路引起空开跳闸。3.1交流串入直流回路中的等效电路
图四为本次故障交流串入直流回路中的等效电路，图中、R+、R-为直流正、负极对地等效电阻，C+、C-为直流系统正、负极对地等效电容。
交流电源回路是接地系统，在交流电路中电容具有隔直流通交流的固有特性，交流电缆芯882与直流电缆芯S587间绝缘破坏，断路器分位时其常闭辅助接点闭合，在合直流信号电源空开1KD瞬间，交流电源通过DLabc（表示A相、B相、C相常闭辅助接点串联）、DLc、1KD、C+以及大地在直流回路中形成通路，产生电流。
3.2交流电路计算
某某线路直流信号电源空开1KD采用ABB空开厂S252S-B3DC型，额定电流3A。如忽略二次电缆的电阻，由电容电路计算公式Xc=1/（2πfC） =U/I可得，在220V交流电压回路中，电容值大于43μF时，回路电流大于3A，即可跳开空开1KD。广州市仟顺电子设备有限公司的技术人员，使用该公司生产的直流系统对地参数测试仪对多个供电局多个变电站的直流系统对地电容进行测试，测试数据显示，大部分220kV变电站的直流系统对地电容都大于43uF，如：深圳供电局的220kV清水河站为205.4uF， 220kV盘古石站为60.0uF，临汾供电局的220kV郑庄站为222uF[1]。由于条件限制，此次故障没有对本站直流系统对地分布电容值进行实测验证。
4故障处理
因受停电时间限制，本次故障处理主要是将串入直流系统的交流电压解除。具体做法如下：
4.1在C相断路器机构箱和汇控柜将Y3-C4电缆两端拆除，用1000V绝缘表检查电缆对地、电缆芯线间绝缘，除C3-X02：9与C3-X02：12电缆芯线间绝缘损坏外，其余均在10MΩ以上，满足绝缘条件。 4.2将C相断路器辅助接点-X02：9、-X02：10；-X02：11、-X02：12分别更换成C相断路器备用辅助接点-X02：13、-X02：14；-X02：29、-X02：30（如图五），使分别用于直流回路和交流回路的两对接点不在断路器辅助开关的同一层[2]。
4.3 此次故障电缆涉及回路多，没有更换电缆。以后结合开关大修改造更换电缆及增加交流专用电缆。
5二次接线标准
5.1南方电网《220kV继电保护检验规范》5.2.3？二次回路接线第4项明确规定：为防止断路器、刀闸辅助触点拉弧，交流电压串入直流回路，断路器、刀闸的同一层辅助触点只能都接入直流回路或都接入交流回路；第6项明确规定：交、直流的二次线不得共用电缆[2]。
5.2广东电网公司2013年1月《二次电缆头制作作业指导书》中分析作业风险时指出：制作电缆头时要防止损坏线芯，割剥电缆绝缘带（保护层）时应小心仔细，避免划伤线芯，检查线芯有划伤情况需更换电缆；焊接地线前做好电缆线芯与绝缘带之间的隔热措施，防止焊伤线芯[3]。
6现状调查
6.1 系统中较早投入运行的部分一次设备，在开关汇控柜内，厂家未按二次接线标准提供交直流回路分别使用的断路器辅助接点接线端子，断路器汇控柜到各相断路器机构箱只有一条公共电缆，断路器、隔离开关辅助接点交直流分层使用的要求也未严格执行。
6.2总结多年的现场运行经验可知，由于二次电缆头制作工艺不合格，划伤、焊伤芯线，经过一段时间运行后绝缘下降引起的直流接地、交流分流、交直流互串等現象是时常发生的。
7防范措施
在直流系统对地分布电容较大的变电站，交流串入直流回路，可造成直流系统接地、操作回路空开跳闸（或熔丝熔断）、跳合闸线圈烧坏、微机保护误动及断路器误跳闸等后果，应尽快排除。但更重要的是要采取有效的防范措施。下面就从实际出发，针对因二次回路绝缘下降引起交流串入直流回路的问题提出几点防范措施。
7.1断路器厂家，在配备二次线时，严格按照二次回路接线标准布线。（1）用于交流回路的断路器辅助接点和用于直流回路的断路器辅助接点引出线不得共用同一条电缆，防止电缆芯线间绝缘破坏引起的交直流互串；（2）交、直流回路应使用不同层的断路器辅助接点，防止触点拉弧引起的交直流互串。（3）在断路器汇控柜内设置交流专用接线端子排，与直流接线端子有适当隔离，防止因端子排绝缘下降引起的交直流互串。
7.2设计人员在设计时注意正确选用交、直流回路使用的不同断路器辅助接点，继保人员在审核电气二次图纸时要认真核查，对设计不符合要求的，要及时与设计人员沟通，尽早纠正错误。
7.3对于已投运的不符合二次回路接线标准的老设备，要充分利用机会，尽快改造，抓住设备大修的时机，增加一条交流用的电缆，完善断路器汇控柜和机构箱内部线配置。
7.4施工作业过程，将二次电缆头制作作为工程项目“关键环节”管理，监理部门加强监管，运行维护部门现场见证，电缆芯线绝缘检查满足《南方电网继电保护检验规程》中第10项装置及二次回路绝缘检查的第2条“新安装装置屏柜接线前电缆绝缘检查”规定后方可接入[4]。
7.5验收时，加强绝缘及回路检查。（1）直流回路的绝缘条件应满足《南方电网继电保护检验规程》中第10项装置及二次回路绝缘检查的第3条“屏柜接线后装置及二次回路绝缘检查”标准。（2）断路器汇控柜及断路器机构箱内部元器件虽然是检修人员管辖范围，但继保人员也要多加关注，检查交直流回路是否分开使用电缆，断路器辅助开关接点使用是否正确[4]。
参考文献
[1]Sxakzh1018.直流系统接地检测技术交流.2014.4.
[2]南方电网220kV继电保护检验规范 [S]， 中国南方电网有限责任公司，2011.3.
[3] 二次电缆头制作作业指导书 [S]，广东电网公司，2013.1.
[4]南方电网继电保护检验规程[S]，中国南方电网有限责任公司，2012.8.
作者简介：
屈贤君（1972），女，广东汕头人。工程师，高级技师，从事电网继电保护运行维护与安装调试工作。
关键词：信号回路； 交直流回路互串； 预防措施
0 前言
变电站二次设备电源分交流和直流，交直流回路是两个相互独立的系统，交流回路是接地系统，而直流回路是绝缘系统。信号回路是直流回路中的一种，供运行人员监视站内各种电气设备的状态，信号回路串入交流电，造成空气开关（以下简称空开）跳闸，影响系统的安全稳定运行。文中通过对220kV某某线2321开关信号电源空开跳闸事件的原因查找和分析，提出防范措施。
1故障简述
2014年6月23日，220kV某变电站值班人员对220kV某某线2321开关进行停电操作，当执行到断开220kV某某线2321开关时发生220kV某某线测控屏上的“1KD某某线信号电源”空开跳闸，重新合上空开后又立即跳开，信号回路有短路现象存在。
2故障检查
2.1对缺陷进行检查，在拆除测控屏端子排1D3—68的Y3-125-S501电缆芯线后“1KD某某线信号电源”空开跳闸故障消失，由此可以断定某某线测控装置无异常。
2.2通过图纸可以得知，Y3-125-S501电缆芯线是某某线测控屏到断路器汇控柜的信号回路输入公共端（如图一），因此，故障点可能在汇控柜内。
2.3根据图纸，在某某线汇控柜内排查编号Y3-125-S501电缆芯所并联的每一对接点，在端子排-X05：9 （C3-X02：9）、-X05：10（C3-X02：10）处测得约有220V交流电压，C3-X02：9、C3-X02：10是一对C相断路器常闭辅助接点，在断路器汇控柜及C相机构箱端子排上将该对辅助接点两侧拆除悬空，万用表测量C3-X02：9、C3-X02：10电缆芯线仍有约220V交流电压（如图二）。
2.4在断路器端子箱拉开隔离开关控制电源空开后，C3-X02：9、C3-X02：10交流電压消失。经检查，用于隔离开关闭锁回路的断路器常闭辅助接点-X05：11（C3-X02：11）、-X05：12（C3-X02：12）与用于信号回路的断路器常闭辅助接点-X05：9 （C3-X02：9）、-X05：10（C3-X02：10）从机构箱到汇控柜共用同一条电缆，用1000V绝缘表测得C3-X02：9与C3-X02：12电缆芯线间绝缘为零，由此判断从断路器汇控柜到机构箱的电缆绝缘损坏。
2.5本间隔隔离开关控制回路采用交流电源（如图三）。断路器正常运行时，断路器常闭辅助接点打开，C3-X02：11无交流电，回路无异常现象，断路器断开后，隔离开关闭锁回路的DLa，DLb，DLc（C3-X02：11、C3-X02：12）（见图三）以及信号回路的DLc （C3-X02：9、C3-X02：10）（见图一）断路器常闭辅助接点全部闭合，交流控制电源881通过882--S587串入直流S501信号回路，跳开直流信号电源空开1KD。
3原因分析
从逻辑回路上分析，即使交流电压串入直流系统，由于直流系统是绝缘系统，逻辑回路上并没有构成交流电流回路，应该不会造成空气开关跳闸的后果。但对于规模较大、出线间隔较多的变电站，二次电缆的长度较长，二次电缆对地的分布电容较大，同时二次电缆使用屏蔽电缆也会增大电缆的对地分布电容；加上变电站内大量使用的微机保护、综合自动化以及其他一些微机监测设备，工作电源采用直流电源，微机设备为了减少电磁干扰，开关量输入经光电耦合器隔离，并联接入直流系统中，增大了直流系统的对地电容。本次故障发生在220kV变电站，该站出线间隔达60个，二次保护及测控装置达130台，二次电缆总长度估算达52700米，其中直流系统的电缆总长度估算达24000米，其二次电缆对地分布电容不容忽视，分析认为交流电压串入直流系统后通过直流系统的对地分布电容构成交流电流回路引起空开跳闸。3.1交流串入直流回路中的等效电路
图四为本次故障交流串入直流回路中的等效电路，图中、R+、R-为直流正、负极对地等效电阻，C+、C-为直流系统正、负极对地等效电容。
交流电源回路是接地系统，在交流电路中电容具有隔直流通交流的固有特性，交流电缆芯882与直流电缆芯S587间绝缘破坏，断路器分位时其常闭辅助接点闭合，在合直流信号电源空开1KD瞬间，交流电源通过DLabc（表示A相、B相、C相常闭辅助接点串联）、DLc、1KD、C+以及大地在直流回路中形成通路，产生电流。
3.2交流电路计算
某某线路直流信号电源空开1KD采用ABB空开厂S252S-B3DC型，额定电流3A。如忽略二次电缆的电阻，由电容电路计算公式Xc=1/（2πfC） =U/I可得，在220V交流电压回路中，电容值大于43μF时，回路电流大于3A，即可跳开空开1KD。广州市仟顺电子设备有限公司的技术人员，使用该公司生产的直流系统对地参数测试仪对多个供电局多个变电站的直流系统对地电容进行测试，测试数据显示，大部分220kV变电站的直流系统对地电容都大于43uF，如：深圳供电局的220kV清水河站为205.4uF， 220kV盘古石站为60.0uF，临汾供电局的220kV郑庄站为222uF[1]。由于条件限制，此次故障没有对本站直流系统对地分布电容值进行实测验证。
4故障处理
因受停电时间限制，本次故障处理主要是将串入直流系统的交流电压解除。具体做法如下：
4.1在C相断路器机构箱和汇控柜将Y3-C4电缆两端拆除，用1000V绝缘表检查电缆对地、电缆芯线间绝缘，除C3-X02：9与C3-X02：12电缆芯线间绝缘损坏外，其余均在10MΩ以上，满足绝缘条件。 4.2将C相断路器辅助接点-X02：9、-X02：10；-X02：11、-X02：12分别更换成C相断路器备用辅助接点-X02：13、-X02：14；-X02：29、-X02：30（如图五），使分别用于直流回路和交流回路的两对接点不在断路器辅助开关的同一层[2]。
4.3 此次故障电缆涉及回路多，没有更换电缆。以后结合开关大修改造更换电缆及增加交流专用电缆。
5二次接线标准
5.1南方电网《220kV继电保护检验规范》5.2.3？二次回路接线第4项明确规定：为防止断路器、刀闸辅助触点拉弧，交流电压串入直流回路，断路器、刀闸的同一层辅助触点只能都接入直流回路或都接入交流回路；第6项明确规定：交、直流的二次线不得共用电缆[2]。
5.2广东电网公司2013年1月《二次电缆头制作作业指导书》中分析作业风险时指出：制作电缆头时要防止损坏线芯，割剥电缆绝缘带（保护层）时应小心仔细，避免划伤线芯，检查线芯有划伤情况需更换电缆；焊接地线前做好电缆线芯与绝缘带之间的隔热措施，防止焊伤线芯[3]。
6现状调查
6.1 系统中较早投入运行的部分一次设备，在开关汇控柜内，厂家未按二次接线标准提供交直流回路分别使用的断路器辅助接点接线端子，断路器汇控柜到各相断路器机构箱只有一条公共电缆，断路器、隔离开关辅助接点交直流分层使用的要求也未严格执行。
6.2总结多年的现场运行经验可知，由于二次电缆头制作工艺不合格，划伤、焊伤芯线，经过一段时间运行后绝缘下降引起的直流接地、交流分流、交直流互串等現象是时常发生的。
7防范措施
在直流系统对地分布电容较大的变电站，交流串入直流回路，可造成直流系统接地、操作回路空开跳闸（或熔丝熔断）、跳合闸线圈烧坏、微机保护误动及断路器误跳闸等后果，应尽快排除。但更重要的是要采取有效的防范措施。下面就从实际出发，针对因二次回路绝缘下降引起交流串入直流回路的问题提出几点防范措施。
7.1断路器厂家，在配备二次线时，严格按照二次回路接线标准布线。（1）用于交流回路的断路器辅助接点和用于直流回路的断路器辅助接点引出线不得共用同一条电缆，防止电缆芯线间绝缘破坏引起的交直流互串；（2）交、直流回路应使用不同层的断路器辅助接点，防止触点拉弧引起的交直流互串。（3）在断路器汇控柜内设置交流专用接线端子排，与直流接线端子有适当隔离，防止因端子排绝缘下降引起的交直流互串。
7.2设计人员在设计时注意正确选用交、直流回路使用的不同断路器辅助接点，继保人员在审核电气二次图纸时要认真核查，对设计不符合要求的，要及时与设计人员沟通，尽早纠正错误。
7.3对于已投运的不符合二次回路接线标准的老设备，要充分利用机会，尽快改造，抓住设备大修的时机，增加一条交流用的电缆，完善断路器汇控柜和机构箱内部线配置。
7.4施工作业过程，将二次电缆头制作作为工程项目“关键环节”管理，监理部门加强监管，运行维护部门现场见证，电缆芯线绝缘检查满足《南方电网继电保护检验规程》中第10项装置及二次回路绝缘检查的第2条“新安装装置屏柜接线前电缆绝缘检查”规定后方可接入[4]。
7.5验收时，加强绝缘及回路检查。（1）直流回路的绝缘条件应满足《南方电网继电保护检验规程》中第10项装置及二次回路绝缘检查的第3条“屏柜接线后装置及二次回路绝缘检查”标准。（2）断路器汇控柜及断路器机构箱内部元器件虽然是检修人员管辖范围，但继保人员也要多加关注，检查交直流回路是否分开使用电缆，断路器辅助开关接点使用是否正确[4]。
参考文献
[1]Sxakzh1018.直流系统接地检测技术交流.2014.4.
[2]南方电网220kV继电保护检验规范 [S]， 中国南方电网有限责任公司，2011.3.
[3] 二次电缆头制作作业指导书 [S]，广东电网公司，2013.1.
[4]南方电网继电保护检验规程[S]，中国南方电网有限责任公司，2012.8.
作者简介：
屈贤君（1972），女，广东汕头人。工程师，高级技师，从事电网继电保护运行维护与安装调试工作。