雙直流電源供電問題的研究與優(yōu)化

錢曉忠，黃盛聰，胡　敏（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙 410213）

雙直流電源供電問題的研究與優(yōu)化

錢曉忠，黃盛聰，胡敏
（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙 410213）

摘要：通過對雙直流電源回路供電系統(tǒng)進(jìn)行描述，分析了雙直流電源回路中二極管所起到的隔離作用，與此同時(shí)，二極管的隔離也給直流系統(tǒng)帶來了巨大的潛在威脅。從原理上闡述了雙直流電源供電對接地查找?guī)淼睦_，更重要的是，它會對直流系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生很大影響并產(chǎn)生直流接地，為此，從原理著手得出了雙電源供電的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)；抽水蓄能電站；絕緣監(jiān)測儀；雙電源

1　引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)對直流電源的穩(wěn)定性和可靠性要求越來越高。直流系統(tǒng)是火車、通信、發(fā)電廠、變電站的一個重要的組成部分，直流系統(tǒng)是其斷路器的控制回路、信號回路、繼電保護(hù)和自動裝置等二次回路所需的不間斷電源，因此，直流系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，將會給發(fā)電廠所有控制系統(tǒng)設(shè)備帶來嚴(yán)重影響，并危及電廠的安全運(yùn)行。

直流系統(tǒng)的故障一般表現(xiàn)為直流接地和直流系統(tǒng)的電壓波動，這也是發(fā)電廠和變電站的主要問題。直流接地是一種常見且對電力系統(tǒng)危害較大的故障，直流系統(tǒng)正極接地可能造成保護(hù)裝置誤動，負(fù)極接地造成拒動，因此，不允許直流系統(tǒng)在出現(xiàn)一點(diǎn)接地的情況下長期運(yùn)行，必須對直流系統(tǒng)的接地問題進(jìn)行排查。對于一般的直流接地問題，目前的絕緣監(jiān)測儀很容易能夠查找出接地支路，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，很多設(shè)備的負(fù)載對電源的可靠性要求極高，因此采用了雙電源回路供電的方式，且大多是采用二極管來對雙電源進(jìn)行隔離，而二極管進(jìn)行隔離的雙電源回路會產(chǎn)生直流接地和過電壓的問題，目前這一問題是很難解決的。為此，本文對雙電源所形成的環(huán)路供電方式進(jìn)行了分析，并著重分析了環(huán)路接地時(shí)整個環(huán)路接地網(wǎng)絡(luò)中各個支路漏電流的分布情況，提出了解決這一問題的實(shí)際方法，既能保證電源的可靠性，也能保證直流系統(tǒng)的安全。

2　雙電源供電回路描述

目前黑麋峰電廠出現(xiàn)的雙電源供電問題主要出現(xiàn)在勵磁和調(diào)速器系統(tǒng)，其控制電源供電如圖1所示。

圖1雙直流供電示意圖

圖1中分別有直流電源I和直流電源II，直流電源I的正極與直流電源II的正極分別用正向并聯(lián)的二極管D1和D3進(jìn)行隔離，直流電源I的負(fù)極與直流電源II的負(fù)極分別用反向并聯(lián)的二極管D2和D4進(jìn)行隔離，這樣在正常情況下是可以做好完全隔離的，只要兩回電源的電壓完全一致，沒有出現(xiàn)波動，則兩回電源就不產(chǎn)生影響，它會以一個輸出電壓高的二極管反向截止一個電壓輸出低的二極管的方式實(shí)現(xiàn)隔離。但這僅僅是從直流電源的一相來說是成立的。

3　雙電源供電回路存在的問題分析

3.1絕緣監(jiān)測儀的性能特點(diǎn)和工作原理

監(jiān)測儀自動巡回檢測直流系統(tǒng)的母線電壓、正相母線對地電壓、負(fù)相母線對地電壓、正相母線對地電阻、負(fù)相母線對地電阻，當(dāng)檢測發(fā)現(xiàn)直流母線對地絕緣電阻降低時(shí)，裝置會自動報(bào)警，此時(shí)可自動或手動進(jìn)入支路對地漏電流的巡回檢測狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)支路的漏電流超過限定值2mA時(shí)裝置會自動報(bào)警，并顯示漏電流越限的支路數(shù)、支路號和相應(yīng)的支路對地漏電流。絕緣監(jiān)測儀安裝的直流傳感器套接在直流支路上，它與直流系統(tǒng)沒有任何電的聯(lián)系，所以直流系統(tǒng)絲毫不會受監(jiān)測儀運(yùn)行狀態(tài)的影響；在不發(fā)生接地的情況下，支路KM流出的電流1等于流回的電流2，此時(shí)傳感器所感應(yīng)到的電流差為0 mA,絕緣監(jiān)測儀不會產(chǎn)生報(bào)警。當(dāng)發(fā)生了如圖2所示的直流接地情況時(shí)，負(fù)極產(chǎn)生了接地電阻為g，則此時(shí)的電流方程式為，其中Rg為漏電流，由伏安特性可知漏電流。如此實(shí)現(xiàn)了直流支路的接地監(jiān)測。

圖2

3.2對雙電源供電回路進(jìn)行分析

當(dāng)使用環(huán)路供電時(shí)（即：兩路開關(guān)的輸出饋線都接在一個負(fù)載上，并且要求兩路同時(shí)供電時(shí)），即便該環(huán)路沒有絕緣過低，只要負(fù)載上有電流流過（越大越嚴(yán)重），環(huán)路上的兩個傳感器就會報(bào)警（一個報(bào)正相報(bào)警，另一個報(bào)負(fù)相報(bào)警，并且報(bào)警是恒定的，不會消失）。其原理就是因?yàn)榄h(huán)路供電時(shí)，每個傳感器上所檢測到的磁通不是大小相同方向相反，而是大小不同方向相反。這是因?yàn)楹茈y保證兩條環(huán)路的線路電阻對稱相等，這就必然造成一個傳感器上的兩條直流饋線電流“來”的電流不等于“回”的電流。

環(huán)路供電不僅會造成其中的一個未接地的支路發(fā)接地報(bào)警，同時(shí)還會產(chǎn)生負(fù)載過電壓，上述的演算我們發(fā)現(xiàn)，因此最后加在負(fù)載上的實(shí)際電壓是，負(fù)載過電壓將隨著接地程度的深入而不斷升高，設(shè)備很容易因過電壓而燒壞。

3.3對雙電源供電回路的總結(jié)

當(dāng)直流系統(tǒng)兩段出現(xiàn)不同程度的接地以后，兩路電源之間將出現(xiàn)環(huán)流供電的現(xiàn)象，而這樣的供電系統(tǒng)容易出現(xiàn)電壓的疊加，導(dǎo)致負(fù)載過電壓，同時(shí)還產(chǎn)生了接地報(bào)警，環(huán)路供電對負(fù)載而言其好處在于不間斷的供電，如果直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的情況下，這樣的供電方式是可靠的，對于設(shè)備是有好處的，但是，任何地方的直流系統(tǒng)都不能保證兩段對地電阻完全相同，也不能保證直流系統(tǒng)永遠(yuǎn)不存在接地現(xiàn)象的產(chǎn)生，故雙直流供電回路不僅危及到該回路的設(shè)備安全，而且會對整個直流系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

4　雙直流電源供電回路優(yōu)化方案

優(yōu)化方案如圖3所示，采用允許長期帶電的直流繼電器進(jìn)行切換，當(dāng)I路直流電源有效時(shí)，則選擇I路直流電源進(jìn)行供電，當(dāng)I路電源失電后繼電器會復(fù)歸，其常閉節(jié)點(diǎn)接通，II路直流電源供電。這樣供電系統(tǒng)將有效的將兩路直流電源徹底隔離，直流系統(tǒng)不會產(chǎn)生因環(huán)流而造成的誤報(bào)警，同時(shí)克服了負(fù)載的過電壓供電，但是采用這樣的方式供電會造成對勵磁系統(tǒng)控制設(shè)備的沖擊。相互影響的現(xiàn)象，因此不會造成絕緣監(jiān)測儀誤發(fā)告警信號，也不會給直流系統(tǒng)造成過電壓，而且由于UPS的不間斷供電的作用，使得負(fù)荷能夠不斷電。

5　總結(jié)

采用二極管進(jìn)行雙直流電源回路的隔離方案將造成兩個不利后果：①給直流系統(tǒng)帶來接地的危險(xiǎn)，使直流系統(tǒng)的兩段母線相互影響，②讓直流系統(tǒng)的電壓在負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)了疊加的現(xiàn)象。改造后的直流電源是用繼電器對兩路直流電源進(jìn)行切換，在切換的過程中有一個明顯的斷開點(diǎn)，因此不會使兩路直流電源相互影響。

圖3

在圖3中加裝了一個小型的UPS（不間斷電源），它能夠維持繼電器的輔助節(jié)點(diǎn)在切換的過程中維持負(fù)荷側(cè)的電壓短時(shí)間不變，在繼電器復(fù)位成功以后直流電源II開始給負(fù)荷供電，同時(shí)給UPS（不間斷電源）充電。改造以后的兩路直流電源沒有發(fā)生

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中圖分類號：TM131.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）03-0028-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.03.008

收稿日期：2014-09-14

作者簡介：錢曉忠（1984-），男，助理工程師，從事水電廠保護(hù)勵磁設(shè)備維護(hù)工作。