雙路直流供電系統(tǒng)的電源疊加風(fēng)險(xiǎn)及排解

摘要：雙路直流系統(tǒng)可以提高供電的可靠性，不接地系統(tǒng)中雙路直流電源經(jīng)二極管隔離的供電方式可能潛在電源疊加的風(fēng)險(xiǎn)，組建電源系統(tǒng)應(yīng)慎重考慮、妥善排解。雙路直流供電也有其支路差流的不確定性，對支路接地監(jiān)測、母線接地監(jiān)測提出了新的要求。文章分析了雙供電系統(tǒng)的特點(diǎn)并提出了解決方案。

關(guān)鍵詞：雙路直流系統(tǒng)；二極管隔離；電源疊加；接地監(jiān)測

中圖分類號：TM621.7+1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0030-02

沙角C電廠3臺660MW機(jī)組各單元原設(shè)計(jì)僅有一套48V直流電源系統(tǒng)，單元機(jī)組48V直流電源之間設(shè)有人工操作的母線聯(lián)絡(luò)刀閘。需要時(shí)可短時(shí)并列運(yùn)行，以便退出其中一套的充電裝置、蓄電池組進(jìn)行維護(hù)。48V電源供給熱工控制、電氣信號和其他控制系統(tǒng)，相對于各終端用戶，仍視為單一電源供電。對于那些因失電就會引致機(jī)組解列或喪失重要功能的重要設(shè)備，供電可靠性顯然不能滿足要求。

采用二極管隔離的雙路直流供電方式提高了供電可靠性，實(shí)現(xiàn)了無間斷的電源切換。在機(jī)組大修中，我們對重要的終端用戶進(jìn)行了雙路供電改造，重新設(shè)計(jì)了電源系統(tǒng)。單元機(jī)組內(nèi)設(shè)主、輔兩套電源，取消了機(jī)組之間的母線聯(lián)絡(luò)，使電源系統(tǒng)更具單元獨(dú)立性，減低了運(yùn)行人員處理單一機(jī)組事故時(shí)可能影響其它機(jī)組運(yùn)行的顧慮壓力。

一、基礎(chǔ)電路

單元48V直流系統(tǒng)設(shè)主、輔兩套電源。主母線向原來的所有用戶供電包括重要負(fù)荷，輔母線向重要負(fù)荷提供第二路電源，主、輔電源并無技術(shù)上的區(qū)別。簡化的基礎(chǔ)電路見圖1，不接地的雙回路直流供電采用這種結(jié)線方式的較為常見，停電隔離時(shí)將正極、負(fù)極的熔斷器均取下，但其運(yùn)行中潛在的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)引起注意。

二、電源疊加風(fēng)險(xiǎn)

在單一的不接地直流電源系統(tǒng)中，一極接地通常并不產(chǎn)生事故，兩極接地的短路事故有可能危及母線，導(dǎo)致全停電。但恢復(fù)供電后一般的用電設(shè)備都能重新投入工作，極少發(fā)生損壞用電設(shè)備的情況。

在不接地的雙路供電直流系統(tǒng)中，主、輔電源一旦發(fā)生了異極接地則有可能造成電源疊加。由于異極同時(shí)接地情況下，構(gòu)成了其中的一路電源發(fā)生短路，F(xiàn)U1、FU4均有可能熔斷（參見圖2）。當(dāng)僅熔斷FU1時(shí)，兩組電源經(jīng)接地點(diǎn)構(gòu)成串聯(lián)，形成由主母線正極經(jīng)FU2、D1、RL、FU4回到輔母線負(fù)極的疊加供電回路。這種情況下用電設(shè)備極有可能因承受兩倍電源電壓而損壞，即便電源恢復(fù)了正常供電，用電設(shè)備也難以即時(shí)重新投入工作，如果RL為群組負(fù)荷，情況將更為嚴(yán)重。

圖2

圖2的支路保險(xiǎn)如果設(shè)計(jì)為雙極自動開關(guān)，仍有可能因觸頭的同期偏差造成瞬間過電壓，僅在用電設(shè)備的濾波、吸收回路較完善時(shí)危害程度有所降低。

主、輔電源的正極母線或負(fù)極母線之一采用硬連接方式可排除電源疊加風(fēng)險(xiǎn)，異極同時(shí)接地的極端情況下蓄電池主保險(xiǎn)熔斷，其危害程度與單一的不接地直流電源系統(tǒng)相同，相比倍壓疊加的危害性要小得多。短路時(shí)熔斷器保護(hù)是降低損失的可靠手段。

圖3采用了共用負(fù)極母線的方式，雙電源互為備用的特性不會改變。設(shè)計(jì)中也可選擇共用正極母線，隔離二極管相應(yīng)布置在負(fù)極回路。事實(shí)上，傳統(tǒng)采用單向二極管隔離的回路在用電側(cè)已經(jīng)將另一極性相連接（參見圖1），盡管它們的電源母線在形式上是分置的。

三、接地監(jiān)測

（一）母線接地監(jiān)測

共用極性母線相連接后，采用平衡電阻法母線接地監(jiān)測裝置只需裝設(shè)一套，主母線、輔母線均在檢測范圍之內(nèi)，但如果原來就各自裝有一套，則平衡電阻的阻值是它們的并聯(lián)值，如果不作修改，應(yīng)該注意到它們的檢測靈敏度有所下降。

（二）支路接地監(jiān)測

在雙路供電結(jié)線方式下，電源電壓較高的一方自動成為主供電源，電源電壓較低的一方處于備供狀態(tài)。以圖3結(jié)線方式為例，電流由主供電源母線正極經(jīng)二極管再到負(fù)荷，之后有可能流經(jīng)兩路不同的饋電回路返回負(fù)極共母線，造成該支路正負(fù)導(dǎo)體電流量值差異，這種情況下采用差流檢測法的支路接地監(jiān)測系統(tǒng)就有可能發(fā)出“支路接地”誤報(bào)警。因此，供給同一負(fù)荷的兩路饋電電纜需穿過同一只差流檢測元件（見圖4），以消除原理性誤報(bào)警。

圖4

四、實(shí)際應(yīng)用

共負(fù)極母線結(jié)線方式應(yīng)用實(shí)例如圖5，承造商按配置圖生產(chǎn)供貨。二極管隔離點(diǎn)通常布置在用戶端，以獲得更高的可靠性。自2006年3月投運(yùn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，投退維護(hù)靈活方便，雙路電源互備、隔離良好，母線及支路接地監(jiān)測均有效正常運(yùn)作。

五、結(jié)語

二極管隔離雙路直流供電系統(tǒng)解決了兩電源之間無間斷切換的問題，但不能忽視由此帶來新的風(fēng)險(xiǎn)，盡管它發(fā)生的幾率很低。

雙電源異極接地的情況可能是由絕緣損壞引起，也可能由人為錯(cuò)誤工作產(chǎn)生，一旦形成電源串聯(lián)疊加，受危害的將是系統(tǒng)上的所有用戶，后果非常嚴(yán)重。

采用單極性共用母線結(jié)線方式避免了電源疊加的風(fēng)險(xiǎn)。最壞情況下異極同時(shí)接地由總保護(hù)動作，這種情況與單電源供電的正、負(fù)極短路情形相同，而另一路電源仍可正常向用戶供電。

作者簡介：庾文峰(1956-)，男，廣東省粵電集團(tuán)有限公司沙角C電廠工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣技術(shù)。