淺析直流配電系統(tǒng)故障的保護(hù)技術(shù)

楊帆

摘 要：時(shí)下，傳統(tǒng)的交流輸配電系統(tǒng)遭受著較高的負(fù)荷壓力，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)在運(yùn)行中的使用效率，其中尤以電力電子裝置的大量應(yīng)用，最容易導(dǎo)致故障的發(fā)生。基于此情況的考量，本文首先簡單分析直流配電故障的主要發(fā)生特征，接著簡單綜合直流配電系統(tǒng)的主要運(yùn)行情況，著重分析解決直流配電系統(tǒng)故障的技術(shù)手段，以期具備一定的參考價(jià)值，借以輔助技術(shù)人員挖掘直流配電系統(tǒng)傳輸電能的社會效益。

關(guān)鍵詞：直流配電系統(tǒng)；故障特征；保護(hù)技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.186

0 引言

隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展以及國民生活水平的不斷提高，電力系統(tǒng)承受的總體負(fù)荷與日俱增，再加上社會生產(chǎn)生活對于電力能源的實(shí)際需求，呈現(xiàn)出了新的發(fā)展動態(tài)，因此對直流配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式造成了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。從目前來看，直流配電系統(tǒng)的保護(hù)技術(shù)逐漸步入到了瓶頸期，面臨著設(shè)備、故障以及技術(shù)手段的多重難題，要求技術(shù)人員合理分析直流配電系統(tǒng)故障的特征，妥善采取技術(shù)性的解決方案。

1 淺析直流配電系統(tǒng)故障的發(fā)生特征

1.1 故障電流急劇上升

在直流配電系統(tǒng)線路出現(xiàn)接地故障的情況下，并聯(lián)在VSC直流側(cè)的濾波電容，往往會在發(fā)生故障的短時(shí)間內(nèi)，迅速向故障點(diǎn)位置進(jìn)行放線，加速電流數(shù)值在線故障線路的上升速度，這一點(diǎn)特性非常不利于檢測裝置與故障隔離裝置迅速發(fā)揮作用。同時(shí)，VSC通常會在直流配電線路發(fā)生故障后，迅速鎖定絕緣閘雙極型晶體管，導(dǎo)致系統(tǒng)電路里的續(xù)流二極管開始向故障點(diǎn)放出不控整流電流，導(dǎo)致故障線路的電流長時(shí)間保持為急速上升的狀態(tài)[1]。

1.2 故障波及范圍廣泛

直流配電系統(tǒng)里面交織著極多的交往單元，主要通過換流器裝置進(jìn)行接入，這種線路的連接特征，使得直流配電系統(tǒng)在出現(xiàn)接地故障之后，臨近的換流器出口電容就容易失控，持續(xù)向故障點(diǎn)位置做出放電行為。如此一來，直流配電系統(tǒng)的電壓數(shù)值會逐漸開始下降，影響到系統(tǒng)中其余并網(wǎng)設(shè)備的使用質(zhì)量，而且其中的電動機(jī)以及交流電源等設(shè)備，往往還會持續(xù)通過二極管向故障點(diǎn)釋放出已經(jīng)短路的電流，導(dǎo)致出口直流電壓的數(shù)值產(chǎn)生變化，影響到系統(tǒng)正常部分的運(yùn)行。

1.3 故障檢測定位困難

直流輸電系統(tǒng)具有復(fù)雜性，這也使得直流輸電電纜的線路頻變參數(shù)變得非常強(qiáng)烈，電力行業(yè)技術(shù)人員使用最多的保護(hù)技術(shù)就是故障定位，還有很多業(yè)界人士提出可以使用電流的固有頻率檢測系統(tǒng)的故障情況。但是，直流配件系統(tǒng)所配置的電纜線路比較短，要想迅速實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)線路的精準(zhǔn)定位具有一定的難度，這也使得高阻接地一類系統(tǒng)故障的檢測、定位工作，成為了技術(shù)人員最頭痛的問題。

2 淺析直流配電系統(tǒng)故障的保護(hù)技術(shù)

2.1 直流配電系統(tǒng)故障隔離設(shè)備

目前，電力行業(yè)的技術(shù)人員在應(yīng)對直流配電系統(tǒng)故障問題的時(shí)候，經(jīng)常使用直流斷路器設(shè)備對直流配電系統(tǒng)加以保護(hù)，能夠在成本可控的基礎(chǔ)上產(chǎn)生顯著的防控效果。其中，全固態(tài)類型直流斷路器的開合總時(shí)間基本可以控制在1m/s以內(nèi)，相比于VSC換流站，其預(yù)期功率損耗基本能夠處于30%以內(nèi)，未來的突破方向主要是加強(qiáng)對于固態(tài)裝置的改進(jìn)，從而降低導(dǎo)通壓降和串聯(lián)的個數(shù)，產(chǎn)生更好的直流配電系統(tǒng)故障隔離效果[2]。安裝在VSC交流電源側(cè)的交流斷路器，同屬于常見的系統(tǒng)故障隔離設(shè)備，在檢測到直流配電系統(tǒng)故障的時(shí)候，可以第一時(shí)間利用動作交流斷路器部分，達(dá)到有效隔離系統(tǒng)故障電源的目的，從而將發(fā)生短路的電流迅速隔離出配電主系統(tǒng)，顯著降低故障線路對整個直流配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行施加的額外負(fù)荷情況。

2.2 限制故障電流的隔離裝置

針對直流配電系統(tǒng)的常見故障問題，可以運(yùn)用專業(yè)的故障電流限流裝置器FCL，作為處理和限制故障電流的隔離裝置。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況之后，F(xiàn)CL能夠做到快速察覺故障的發(fā)生情況，繼而通過判斷直流斷路器的位置，迅速切斷系統(tǒng)的流經(jīng)電流，達(dá)到抑制故障電流進(jìn)一步蔓延的效果。像是超導(dǎo)材料制作的FCL，在直流配電系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，能夠以較小的靜態(tài)損耗情況正運(yùn)行，在故障發(fā)生的情況下，便會迅速切換到非超導(dǎo)模式下，產(chǎn)生極強(qiáng)的阻值，達(dá)到強(qiáng)力限制故障電流的保護(hù)效果。還有基于飽和電抗器的FCL隔離裝置器，運(yùn)行原理主要是電抗器的飽和效應(yīng)，當(dāng)直流配電系統(tǒng)電路處于正常運(yùn)行的狀態(tài)下，電抗器始終處于電磁飽和模式下，產(chǎn)生的導(dǎo)通電阻類似于輸電線路，等到檢測到故障情況之后，電抗器就會受到控制回路的影響迅速退出飽和狀態(tài)，展現(xiàn)強(qiáng)大的電感特性，及時(shí)抑制故障電流的持續(xù)上升狀態(tài)，利于保障直流配電系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的正常運(yùn)行。

2.3 采用科學(xué)的故障檢測方法

直流配電系統(tǒng)容易出現(xiàn)的故障問題具有多種類型，在采取保護(hù)技術(shù)的時(shí)候要針對故障問題具體而言，確定故障解決手段的有效性。例如，當(dāng)直流配電系統(tǒng)出現(xiàn)過電流、電壓過低、過載等故障問題的時(shí)候，可以使用率先對直流線路的電壓量和電流值進(jìn)行檢測。通常來說，如果直流線路的故障問題主要在于短路，那么急速上升的直流線路電流往往會超過整定值，電壓反而會恒定在低于整定值的狀態(tài)，這時(shí)可以直接判斷該段配電線路出現(xiàn)了故障情況。在交流側(cè)出現(xiàn)短路故障問題的時(shí)候，直流線路的電壓、電流同樣會出現(xiàn)不同程度的變化，這時(shí)可以再測試出現(xiàn)故障問題段線路電流的上升率，以此檢測影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的具體線路位置。

3 結(jié)束語

綜上所述，未來電力行業(yè)的技術(shù)人員，還將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)直流配電系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)的深入研究。在此過程中，電力行業(yè)的技術(shù)人員，應(yīng)當(dāng)著重改善直流配電系統(tǒng)故障檢測以及實(shí)時(shí)通信裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性，確保在故障發(fā)生的第一時(shí)間能夠進(jìn)行有效的檢測，從而提供技術(shù)人員盡快將故障危害控制在最小范圍內(nèi)。同時(shí)，還要積極研發(fā)使用成本較低的直流斷路器裝置設(shè)備，從而逐漸實(shí)現(xiàn)故障電流的快速切換。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡競競.直流配電系統(tǒng)故障分析與保護(hù)技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2014.

[2]薛士敏，陳超超，金毅等.直流配電系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)研究綜述[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（19）：3114-3122.