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[摘 要]在火力发电厂电气设备回路中，为了实现电源、控制、保护、信号等功能，一个盘柜或端子箱内不仅有交流电，同时也有直流电。而且由于盘柜内空间有限或为了实现更多的功能，会使交、直流接线端子距离很近，故在回路设计安装和检修过程中，极易因设计不合理、安装质量不合格、误触、误碰、误接线等原因，造成交流电串入直流电系统，而发生事故。本文描述了一起火力发电厂交流串入直流的事故案例，对交串直的原因及危害进行了分析和介绍，并列出了一系列防范措施。
[关键词]交流串入直流;事故分析;事故防范
[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）05–00–03
Talking About the Hazards and Preventive Measures of AC Series-Connected DC Systems in Thermal Power Plants
Zhang Jia-yin
[Abstract]In the electrical equipment loop of a thermal power plant， in order to realize the functions of power supply， control， protection， signal， etc.， there is not only alternating current but also direct current in a panel or terminal box.In addition， due to the limited space in the panel or in order to achieve more functions， the AC and DC terminals will be very close.Therefore， it is easy to cause unreasonable design， unqualified installation quality， and accidental touch during loop design， installation and maintenance.， Accidental touch， wrong wiring， etc.， causing AC power to be connected to the DC system and accidents.The article describes an accident case of AC-to-DC in a thermal power plant， analyzes and introduces the causes and hazards of AC-to-DC， and lists a series of preventive measures.
[Keywords]AC series into DC; accident analysis; accident prevention
在火力发电厂电气设备运行过程中，如因设计不合理、人员误操作或电缆绝缘损坏等情况，将交流回路接入直流回路，会对电气设备的运行带来很的大安全隐患，设备跳闸线圈或继电保护装置可能会出现误动情况，而引起事故的发生。所以，电气工作人员必须认识到交流串入直流系统的危害，方能确保电气设备的安全运行。
1 交流串入直流系统的原理
火力发电厂二次系统的工作电源可分位直流系统及交流系统。正常运行时，直流系统为不接地系统，它的正负极与地之间存在分布电容及电阻，交流系统则可视为接地系统，当交流系统串入直流系统后，首先引起直流接地。若直流系统有较大的对地分布电容，就会引起以直流电源为工作电源的跳闸线圈及保护出口继电器发生误动。造成交流串入直流系统的主要原因可分为三种：
（1）安全措施不到位，检修人员回路不清楚、专业技能不熟练、工作不仔细等，误将两系统接线短接。
（2）设备老化、交直流电缆绝缘破损短路等情况，导致交流串入直流。
（3）设计问题，交流回路与直流回路安装过近，一旦发生振动就可能发生接触，或直流控制电缆与接地网设备距离太近，一旦出现设备故障或倒闸操作接地网就会出现零序电流，交流电就会通过对地分布电容串入直流系统。
2 一起交流串入直流事故分析
2.1 设备概况
在发电厂生产过程中，需要利用多台空压机取得大量的压缩空气，来维持机组的安全稳定运行。空压机在运行中需要利用冷却风机对压缩机进行冷却，确保安全运行温度。冷却风机的启动控制回路为220V交流回路，高压电机电源开关合、分闸控制回路为110V直流回路。而空压机出厂设计中，为防止本体因超温而损坏，将冷却风机自启动交流回路与开关合、分闸直流回路共用一只继电器的常开、常闭接点进行控制，继电器各接点端子间距离较小，极易造成交、直流回路短接，使交流串入直流回路中。
发电机出口开关、6kV厂用设备电源开关等重要设备的控制回路，多采用110V直流电源，且部分设备取自一个直流母线段，一旦交流串如直流回路，会使保护出口继电器线圈或开关跳闸线圈通过对地等效电容形成回路，如果交流电压足够高或在电缆等效分布电容上产生的电流足够大，就会导致继电器或开关的误动作，造成设备或机组跳闸，甚至设备损坏。
2.2 事故故障现象
某330 MW火力发电厂，机组正常运行，主变高压侧开关突然跳闸，ETS首出“发变组出口开关跳闸”，检查机组继电保護、热机保护、220kV系统继电保护、稳控装置无异常报警信号，检查出口开关本体机构、六氟化硫压力表等均正常，查看录波器三相电流、电压波形无波动，三相不一致未动作，判断开关未发生偷跳情况。检查发变组直流控制回路各点电位正常，绝缘测试正常。检查DCS人员行为操作记录未发现异常情况;检查升压站视频监控、DCS工程师站视频监控未发现有人员出入。 检查机组110V直流母线绝缘监察装置报文内有交流串入直流回路的报文，通过对机组110V直流母线所带负荷进行逐一排查，发现空压机就地控制柜内一支继电器接线端子螺丝松动，端子引线与相邻端子有搭接现象，此继电器作用为高压开关分闸后可继续保持冷却风扇运行，其接点分别接引了交流（冷却风扇控制）和直流（高压开关合分闸）回路，交直流接线端子紧邻。
2.2 原因分析
空压机就地控制回路内有一支交、直流共用输出接点的继电器3K3，其一对常开接点及常闭接点为直流回路，分别用于高压开关合、分闸，另一个常闭接点为交流回路，用于高压开关分闸失败时保持冷却风机继续运行。如图1所示：
因此继电器交流端子接引不牢固，且空压机运行时本体振动较大，导致引线螺丝松动脱离，搭接在相邻开关分闸直流回路接线端子上，使交流回路与直流回路瞬间接通，直流系统内出现180V交流电压，由于发电机出口跳闸回路电缆较长，对地分布电容较大，串入的交流电经蓄电池、跳闸线圈、分布电容构成回路，导致发变组出口开关跳闸线圈励磁动作，发变组出口开关跳闸。如图2所示。
当交流电从直流正极串入时，交流电源UAC、蓄电池、跳闸线圈TQ、对地分布电容C形成一个闭环回路，电容C会通过TQ放电，形成放电电流Ic1。
通过电容电阻串联公式：可知，电容C与电流I成正比，当分布电容较大时，放电电流Ic1也较大。
同时直流蓄电池还会经过TQ向C充电，从而形成了充电电流Ic2，当UAC处于正半波时，两个电流形成了叠加。就可能满足TQ的动作条件，以致TQ误动。如图3所示。
2.3 整改措施
为了避免交流再次串入直流系统，故取消3K3继电器风机自启动用常闭接点。安装冷却风机启动/停止转换把手SQ，接至交流电源L与冷却风机启动接触器线圈之间。用于在正常停止空压机或急停空压机后，高压开关分闸失败时，手动启动冷却风机。
对高压开关合、分闸继电器3K3进行换型，由小型继电器更换为接触器，交流线圈与直流接点接线端子距离更远，且内部接点与接点间、线圈与接点间均有绝缘隔板，确保了交流与直流间的可靠隔离。
3 交流串入直流系统的防范措施
3.1 优化回路设计
避免交流串入直流回路最主要的措施，就是合理的回路设计，应取消交直流共用一支继电器的回路，或增加交流转换直流电源模块及中间继电器来实现回路上的隔离。为了能防止直流回路对地电容的充放电电流，可以在跳闸回路里装设较大功率的出口继电器，使光耦动作门槛提升，不易发生误动。
3.2 做好物理隔离
尽量防止直流接地或交直流混联，确保交、直流电源开关和接线端子分开布置，做到可靠隔离，颜色区分明显，禁止交、直流共用一根电缆。保护屏内交流照明回路取消、打印机交流电源设置在盘柜底部，用专用的电源插销及插座连接，不得接入端子排。对无法通过改造将交、直流回路完全隔离的继电器端子，采取浇筑绝缘硅胶的方法，进行绝缘隔离。
3.3 提高技能水平
加强电气回路原理及图纸的学习，提高现场电气专业人员的技术能力和责任心。保护定检、二次回路检修及改造后，要对照图纸进行全面核查，避免错误接线或存在寄生回路，同时测量交直流回路间的绝缘电阻，确保绝缘阻值达到标准要求。在合上交流或直流电源前，测量负荷侧是否有直流或交流电位。
3.4 加强技术管理
加强图纸管理，建立标准图库，并在就地控制箱内放置新图纸，便于现场的检修及消缺工作。回路变动后及时修改图纸，并确保绘制的准确性，认真开展二次回路工作保证安全的组织和技术措施，做好安措票和危险点的分析。
3.5 规范日常检查
每日检查绝缘监测装置，发现有绝缘降低等异常情况，及时查明原因并处理。雨季前全面检查室外端子箱、机构箱封堵情况，避免漏水导致端子排绝缘下降，发生交流串入直流情况。
4 结语
在发电厂，发变组出口开关的跳闸回路电缆一般都很长，对地分布电容会比较大，交流串入直流系统后极易驱动跳闸线圈，造成开关误跳闸。为了能减少误动的可能，就需要从多方面考虑。优化回路，取消公共继电器，增加电源模块及中间继电器，增大继电器动作功率，做好物理隔离，交直流分电缆布置、取消不必要的交流回路，增加隔离端子排。提高人员自身专业技术，加强对直流、交流系统的图纸管理，规范日常检查，掌握设备运行状态等。只有多方面的防范措施得以落实，才能将交流串入直流系统的可能性降到最低，以确保机组的安全稳定运行。
参考文献
[1] 王军.变电站交流串入直流系统的危害及其防范措施[J].中国高新技术企业，2014（32）：20-22.
[2] 吴良方.直流系统防交流侵入方案研究[D].北京：华北电力大学，2017.
[3] 毛盾.交流窜入直流系统引起保护误动分析[J].东北电力技术，2007，28（3）：32-34.
[4] 邱健斌.工频交流串入直流系统引起误动的分析与处理[D].广州：华南理工大学，2013.
[5] 孙婉胜，张海梁.基于单片机的交流窜入直流系统监测装置设计与实现[J].电工技术，2018（8）：117-118.
[6] 雷立超，薛小平，王健，等.交流窜入直流系统的检测建议[J].水电自动化与大坝监测，2015，1（3）：55-59.
[7] 祁胜利，许常顺，魏志川，等.变电站交流串入直流系统危害分析及防范措施[J].电力安全技术，2014，16（4）：56-57.
[8] 黄勇輝.变电站直流电源系统直流环网与交流窜入的原因及危害分析[J].电力系统装备，2019（19）：25-26.
[9] 王伟，王祥，唐华东，等.一起交流串入直流导致双极闭锁的事故分析[J].电工电气，2018（6）：71-73.
[10] 刘玉富.交流窜入直流系统故障分析[J].电工技术，2016（11）：71.
[关键词]交流串入直流;事故分析;事故防范
[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）05–00–03
Talking About the Hazards and Preventive Measures of AC Series-Connected DC Systems in Thermal Power Plants
Zhang Jia-yin
[Abstract]In the electrical equipment loop of a thermal power plant， in order to realize the functions of power supply， control， protection， signal， etc.， there is not only alternating current but also direct current in a panel or terminal box.In addition， due to the limited space in the panel or in order to achieve more functions， the AC and DC terminals will be very close.Therefore， it is easy to cause unreasonable design， unqualified installation quality， and accidental touch during loop design， installation and maintenance.， Accidental touch， wrong wiring， etc.， causing AC power to be connected to the DC system and accidents.The article describes an accident case of AC-to-DC in a thermal power plant， analyzes and introduces the causes and hazards of AC-to-DC， and lists a series of preventive measures.
[Keywords]AC series into DC; accident analysis; accident prevention
在火力发电厂电气设备运行过程中，如因设计不合理、人员误操作或电缆绝缘损坏等情况，将交流回路接入直流回路，会对电气设备的运行带来很的大安全隐患，设备跳闸线圈或继电保护装置可能会出现误动情况，而引起事故的发生。所以，电气工作人员必须认识到交流串入直流系统的危害，方能确保电气设备的安全运行。
1 交流串入直流系统的原理
火力发电厂二次系统的工作电源可分位直流系统及交流系统。正常运行时，直流系统为不接地系统，它的正负极与地之间存在分布电容及电阻，交流系统则可视为接地系统，当交流系统串入直流系统后，首先引起直流接地。若直流系统有较大的对地分布电容，就会引起以直流电源为工作电源的跳闸线圈及保护出口继电器发生误动。造成交流串入直流系统的主要原因可分为三种：
（1）安全措施不到位，检修人员回路不清楚、专业技能不熟练、工作不仔细等，误将两系统接线短接。
（2）设备老化、交直流电缆绝缘破损短路等情况，导致交流串入直流。
（3）设计问题，交流回路与直流回路安装过近，一旦发生振动就可能发生接触，或直流控制电缆与接地网设备距离太近，一旦出现设备故障或倒闸操作接地网就会出现零序电流，交流电就会通过对地分布电容串入直流系统。
2 一起交流串入直流事故分析
2.1 设备概况
在发电厂生产过程中，需要利用多台空压机取得大量的压缩空气，来维持机组的安全稳定运行。空压机在运行中需要利用冷却风机对压缩机进行冷却，确保安全运行温度。冷却风机的启动控制回路为220V交流回路，高压电机电源开关合、分闸控制回路为110V直流回路。而空压机出厂设计中，为防止本体因超温而损坏，将冷却风机自启动交流回路与开关合、分闸直流回路共用一只继电器的常开、常闭接点进行控制，继电器各接点端子间距离较小，极易造成交、直流回路短接，使交流串入直流回路中。
发电机出口开关、6kV厂用设备电源开关等重要设备的控制回路，多采用110V直流电源，且部分设备取自一个直流母线段，一旦交流串如直流回路，会使保护出口继电器线圈或开关跳闸线圈通过对地等效电容形成回路，如果交流电压足够高或在电缆等效分布电容上产生的电流足够大，就会导致继电器或开关的误动作，造成设备或机组跳闸，甚至设备损坏。
2.2 事故故障现象
某330 MW火力发电厂，机组正常运行，主变高压侧开关突然跳闸，ETS首出“发变组出口开关跳闸”，检查机组继电保護、热机保护、220kV系统继电保护、稳控装置无异常报警信号，检查出口开关本体机构、六氟化硫压力表等均正常，查看录波器三相电流、电压波形无波动，三相不一致未动作，判断开关未发生偷跳情况。检查发变组直流控制回路各点电位正常，绝缘测试正常。检查DCS人员行为操作记录未发现异常情况;检查升压站视频监控、DCS工程师站视频监控未发现有人员出入。 检查机组110V直流母线绝缘监察装置报文内有交流串入直流回路的报文，通过对机组110V直流母线所带负荷进行逐一排查，发现空压机就地控制柜内一支继电器接线端子螺丝松动，端子引线与相邻端子有搭接现象，此继电器作用为高压开关分闸后可继续保持冷却风扇运行，其接点分别接引了交流（冷却风扇控制）和直流（高压开关合分闸）回路，交直流接线端子紧邻。
2.2 原因分析
空压机就地控制回路内有一支交、直流共用输出接点的继电器3K3，其一对常开接点及常闭接点为直流回路，分别用于高压开关合、分闸，另一个常闭接点为交流回路，用于高压开关分闸失败时保持冷却风机继续运行。如图1所示：
因此继电器交流端子接引不牢固，且空压机运行时本体振动较大，导致引线螺丝松动脱离，搭接在相邻开关分闸直流回路接线端子上，使交流回路与直流回路瞬间接通，直流系统内出现180V交流电压，由于发电机出口跳闸回路电缆较长，对地分布电容较大，串入的交流电经蓄电池、跳闸线圈、分布电容构成回路，导致发变组出口开关跳闸线圈励磁动作，发变组出口开关跳闸。如图2所示。
当交流电从直流正极串入时，交流电源UAC、蓄电池、跳闸线圈TQ、对地分布电容C形成一个闭环回路，电容C会通过TQ放电，形成放电电流Ic1。
通过电容电阻串联公式：可知，电容C与电流I成正比，当分布电容较大时，放电电流Ic1也较大。
同时直流蓄电池还会经过TQ向C充电，从而形成了充电电流Ic2，当UAC处于正半波时，两个电流形成了叠加。就可能满足TQ的动作条件，以致TQ误动。如图3所示。
2.3 整改措施
为了避免交流再次串入直流系统，故取消3K3继电器风机自启动用常闭接点。安装冷却风机启动/停止转换把手SQ，接至交流电源L与冷却风机启动接触器线圈之间。用于在正常停止空压机或急停空压机后，高压开关分闸失败时，手动启动冷却风机。
对高压开关合、分闸继电器3K3进行换型，由小型继电器更换为接触器，交流线圈与直流接点接线端子距离更远，且内部接点与接点间、线圈与接点间均有绝缘隔板，确保了交流与直流间的可靠隔离。
3 交流串入直流系统的防范措施
3.1 优化回路设计
避免交流串入直流回路最主要的措施，就是合理的回路设计，应取消交直流共用一支继电器的回路，或增加交流转换直流电源模块及中间继电器来实现回路上的隔离。为了能防止直流回路对地电容的充放电电流，可以在跳闸回路里装设较大功率的出口继电器，使光耦动作门槛提升，不易发生误动。
3.2 做好物理隔离
尽量防止直流接地或交直流混联，确保交、直流电源开关和接线端子分开布置，做到可靠隔离，颜色区分明显，禁止交、直流共用一根电缆。保护屏内交流照明回路取消、打印机交流电源设置在盘柜底部，用专用的电源插销及插座连接，不得接入端子排。对无法通过改造将交、直流回路完全隔离的继电器端子，采取浇筑绝缘硅胶的方法，进行绝缘隔离。
3.3 提高技能水平
加强电气回路原理及图纸的学习，提高现场电气专业人员的技术能力和责任心。保护定检、二次回路检修及改造后，要对照图纸进行全面核查，避免错误接线或存在寄生回路，同时测量交直流回路间的绝缘电阻，确保绝缘阻值达到标准要求。在合上交流或直流电源前，测量负荷侧是否有直流或交流电位。
3.4 加强技术管理
加强图纸管理，建立标准图库，并在就地控制箱内放置新图纸，便于现场的检修及消缺工作。回路变动后及时修改图纸，并确保绘制的准确性，认真开展二次回路工作保证安全的组织和技术措施，做好安措票和危险点的分析。
3.5 规范日常检查
每日检查绝缘监测装置，发现有绝缘降低等异常情况，及时查明原因并处理。雨季前全面检查室外端子箱、机构箱封堵情况，避免漏水导致端子排绝缘下降，发生交流串入直流情况。
4 结语
在发电厂，发变组出口开关的跳闸回路电缆一般都很长，对地分布电容会比较大，交流串入直流系统后极易驱动跳闸线圈，造成开关误跳闸。为了能减少误动的可能，就需要从多方面考虑。优化回路，取消公共继电器，增加电源模块及中间继电器，增大继电器动作功率，做好物理隔离，交直流分电缆布置、取消不必要的交流回路，增加隔离端子排。提高人员自身专业技术，加强对直流、交流系统的图纸管理，规范日常检查，掌握设备运行状态等。只有多方面的防范措施得以落实，才能将交流串入直流系统的可能性降到最低，以确保机组的安全稳定运行。
参考文献
[1] 王军.变电站交流串入直流系统的危害及其防范措施[J].中国高新技术企业，2014（32）：20-22.
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[6] 雷立超，薛小平，王健，等.交流窜入直流系统的检测建议[J].水电自动化与大坝监测，2015，1（3）：55-59.
[7] 祁胜利，许常顺，魏志川，等.变电站交流串入直流系统危害分析及防范措施[J].电力安全技术，2014，16（4）：56-57.
[8] 黄勇輝.变电站直流电源系统直流环网与交流窜入的原因及危害分析[J].电力系统装备，2019（19）：25-26.
[9] 王伟，王祥，唐华东，等.一起交流串入直流导致双极闭锁的事故分析[J].电工电气，2018（6）：71-73.
[10] 刘玉富.交流窜入直流系统故障分析[J].电工技术，2016（11）：71.