直流配電系統(tǒng)故障及保護(hù)

王玉竹

摘 要：直流配電系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)和我們的日常生活中應(yīng)用十分廣泛，對(duì)于電氣企業(yè)與供電用戶而言具有較為突出的價(jià)值。想要保證配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，就要定期對(duì)直流配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行判斷，采取科學(xué)的方式排除故障，采用保護(hù)方式對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行合理控制，進(jìn)而保證配電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證社會(huì)生產(chǎn)的正常秩序，保證居民供電的安全運(yùn)行。本文首先對(duì)直流配電系統(tǒng)故障特征進(jìn)行了分析，對(duì)其可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行了介紹，提出了針對(duì)性保護(hù)的具體措施。

關(guān)鍵詞：直流配電;故障分析;繼電保護(hù)

引言：直流配電系統(tǒng)中一般使用分布式電源，可以接入直流負(fù)荷，電能質(zhì)量較高，傳輸容量較大，且成本較低，目前我國直流電氣設(shè)備使用較多，在工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)樓宇、住宅建筑中應(yīng)用較為廣泛，直流配電 系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步可以促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展?？茖W(xué)的故障分析及保護(hù)技術(shù)是配電系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提，要科學(xué)的對(duì)直流配電系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行檢查，出現(xiàn)異常時(shí)判斷故障的原因和位置，找到科學(xué)的措施進(jìn)行處理，進(jìn)而保證用電安全，降低電氣設(shè)備維修及更新成本。

一、直流配電系統(tǒng)故障特點(diǎn)

1、故障電流快速上升

直流配電系統(tǒng)中如果電路存在異常，一般并聯(lián)在高壓直流輸電系統(tǒng)（VSC）一側(cè)的濾波電容會(huì)在短時(shí)間內(nèi)向故障位置快速放電，電流數(shù)值急劇上升，尤其在故障線路電流上升速度極快，這種特點(diǎn)十分顯著，且不利于檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行，故障隔離裝置也難以發(fā)揮其作用。其次，VSC裝置會(huì)在電路發(fā)生問題時(shí)立刻鎖定絕緣閘雙極型晶體管，這樣會(huì)使系統(tǒng)電路續(xù)流二極管向故障位置輸出不受控的電流，進(jìn)而致使電流快速上升。

2、故障范圍較大

直流配電系統(tǒng)中交往單元較多，電路中接入的電氣裝置較多，線路連接較為復(fù)雜，很多裝置和設(shè)備都是利用換流器進(jìn)行連接，這種連接方式容易使系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障，臨近的換流器出口電容比較難控制，并且還向故障位置繼續(xù)釋放電流。直流配電系統(tǒng)中故障電流上升會(huì)導(dǎo)致電壓數(shù)值下降，這樣會(huì)影響電網(wǎng)中其他的設(shè)備和裝置運(yùn)行，尤其是電動(dòng)機(jī)和交流電源等裝置會(huì)向故障位置釋放短路電流，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體運(yùn)行出現(xiàn)問題，后果較為嚴(yán)重。

3、故障診斷檢測(cè)難度較大

直流配電系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)配電系統(tǒng)更為復(fù)雜，直流電電纜線路參數(shù)變化范圍較大，變化較為頻繁，因此，在電路出現(xiàn)故障時(shí)要做好故障分析技術(shù)的實(shí)際操作，故障保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。直流配電系統(tǒng)故障診斷和監(jiān)測(cè)的難度很大，因?yàn)楣收戏秶缓么_定，想要快速確定線路故障位置具有一定的難度。

二、直流配電系統(tǒng)故障類型

1、電路線路短路

在直流配電系統(tǒng)中，有的正負(fù)電極處于懸空狀態(tài)，如果其中一極接地，就會(huì)造成系統(tǒng)出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。直流配電系統(tǒng)出現(xiàn)短路的問題，會(huì)導(dǎo)致電流急劇上升，故障波及的范圍較大，且沒有經(jīng)過零點(diǎn)，處理短路采取切除電路方法最適合。

2、線路接地故障

直流配電系統(tǒng)中如果線路的絕緣性能出現(xiàn)下降的問題，直流輸入輸出出現(xiàn)混亂，但這些問題不一定導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路，也不一定出現(xiàn)接地故障，如果接地電壓出現(xiàn)問題，技術(shù)人員要及時(shí)采取措施進(jìn)行控制，使其轉(zhuǎn)化為比較好控制的故障類型。目前我國直流電路斷路及控制技術(shù)還在摸索發(fā)展中，其他一些故障還處于監(jiān)測(cè)中，接地故障保護(hù)技術(shù)相對(duì)成熟。

3、直流配電系統(tǒng)故障位置難以確定

直流配電系統(tǒng)中線路故障出現(xiàn)異常的原因很多，其中一個(gè)重要原因是直流環(huán)網(wǎng)異常，環(huán)網(wǎng)異常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不正常，電環(huán)流隨之產(chǎn)生，輸電會(huì)存在危險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)導(dǎo)致接地故障或短路的問題，影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

三、直流配電系統(tǒng)故障保護(hù)技術(shù)分析

1、故障隔離裝置的應(yīng)用

在直流配電系統(tǒng)故障的分析判斷及解決問題上，我國電力企業(yè)及電氣企業(yè)都十分重視，電力技術(shù)人員在面對(duì)直流配電系統(tǒng)故障時(shí)十分重視保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，一般使用直流斷路器設(shè)備對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，成本相對(duì)較低。固態(tài)直流斷路器開合速度一般控制在1m/s左右，和VSC換流站相比，功率損耗較少，但未來我國還要對(duì)固態(tài)直流斷路器進(jìn)行改進(jìn)，加強(qiáng)技術(shù)投入，降低串聯(lián)裝置個(gè)數(shù)，保證故障隔離效果。交流斷路器使用較為常見，在對(duì)直流配電系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測(cè)時(shí)可以使用一種專門的直流斷路器，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的隔離，短路電流可以快速被隔離，這樣會(huì)減少對(duì)系統(tǒng)中其他電氣設(shè)備的沖擊。

2、合理運(yùn)用限制故障電流的設(shè)備

直流配電系統(tǒng)中常見的故障問題較多，其中電流出現(xiàn)短路等很多問題比較常見，使用專業(yè)的故障電流裝置十分必要，故障電流限流裝置器FCL是較為常用的故障電流隔離器。直流配電系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，故障電流隔離裝置可以察覺到相關(guān)的信號(hào)，可以初步判斷出直流斷路器所在的點(diǎn)，可以快速切斷電路，進(jìn)而控制故障電流蔓延。FCL隔離裝置一般使用超導(dǎo)材料制作，靜態(tài)損耗較小，故障發(fā)生時(shí)可以快速切換模式，阻值較大，進(jìn)而對(duì)故障電流進(jìn)行控制。在飽和電抗器基礎(chǔ)上的電流隔離設(shè)備運(yùn)行原理是利用電抗器的飽和效應(yīng)，配電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電抗器處于電磁飽和狀態(tài)下，導(dǎo)通電阻與輸電線路很相似，檢測(cè)故障時(shí)電抗器會(huì)受影響變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài)，電感特性較強(qiáng)，也可以控制故障電流蔓延。

3、提高故障檢測(cè)水平

在配電系統(tǒng)中故障類型較多，專業(yè)技術(shù)人員要結(jié)合實(shí)際故障形態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，確定具體的故障位置，確定故障發(fā)生的原因，采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決，進(jìn)而保障直流配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。直流配電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓過低、過載等異常，可以對(duì)直流線路電壓和電流值進(jìn)行測(cè)量，如果故障問題是短路，可以使用萬用表測(cè)量直流電壓值，切斷某一部分直流負(fù)荷時(shí)，觀察萬用表所測(cè)極對(duì)地電壓值的變化，進(jìn)而逐步判斷短路的位置。交流側(cè)短路出現(xiàn)故障，直流線路電壓、電流也會(huì)發(fā)生變化，要采用專業(yè)技術(shù)檢測(cè)故障具體位置，要加強(qiáng)對(duì)配電系統(tǒng)故障技術(shù)的研究，提高電路故障檢測(cè)技術(shù)水平。

四、結(jié)語

總之，直流配電系統(tǒng)故障是電力系統(tǒng)供電與電氣設(shè)備應(yīng)用中常見的現(xiàn)象，專業(yè)技術(shù)人員要運(yùn)用專業(yè)的裝置和技術(shù)對(duì)故障進(jìn)行分析和診斷，確定故障的位置，找出故障原因，要著重對(duì)直流配電系統(tǒng)的電流和電壓進(jìn)行測(cè)定，保證在故障發(fā)生的第一時(shí)間做好處理，將損失降低在最小范圍內(nèi)，進(jìn)而降低電力系統(tǒng)維修成本。

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