對熱控系統(tǒng)直流電源可靠性的分析與改進(jìn)

許 震

(國家能源集團(tuán)諫壁發(fā)電廠，江蘇 鎮(zhèn)江 212006)

電廠熱控系統(tǒng)能否正常運(yùn)行直接影響機(jī)組的控制系統(tǒng)乃至發(fā)電機(jī)組的安全性和可靠性。而獨(dú)立于DCS系統(tǒng)的保護(hù)，如DEH，ETS，MFT等均采用直流電源，其目的就是希望當(dāng)DCS系統(tǒng)失靈時(shí)，不造成機(jī)組設(shè)備的重大故障，故作為熱控直流電源的可靠性則顯得尤為重要[1-3]。

1 現(xiàn)有熱控電源直流供電方式

為確保供電回路的可靠性，目前多利用二極管單向?qū)ǖ奶匦宰鳛榍袚Q方式[4-5]。例如：采用兩個(gè)二極管(兩路正極串聯(lián)二極管)負(fù)極直連通，或采用四個(gè)二極管(兩路的正負(fù)極都串有二極管)負(fù)極直連通，如圖2所示。

圖1 四個(gè)二極管回路

某廠1 000 MW機(jī)組熱控直流電源分配柜，其直流電源由雙路直流電源供電，采用二極管耦合并聯(lián)供電方式，其原理如圖1所示。但其接線方式，違反了《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中的相關(guān)要求。

圖2 熱控電源熱控側(cè)采用二極管耦合原理

2 二極管耦合并聯(lián)供電問題分析

2.1 未實(shí)現(xiàn)兩路電源電氣完全隔離

二極管耦合是利用二極管的單向?qū)ㄌ匦裕O管反向存在漏電流，并不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的主、輔電源隔離。正常情況下，電氣的兩段直流電源之間有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，但平時(shí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)是斷開的，只有在一段直流電源需要停電檢修時(shí)才會(huì)合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，而二極管就相當(dāng)于在兩段直流電源上增加了一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，并且這個(gè)“開關(guān)”還一直處于“合閘”位置，這對于110 V直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來很大危害。

自吞噬在哺乳動(dòng)物中發(fā)揮重要功能，尤其是在維持細(xì)胞的正常功能等方面[10]。內(nèi)部產(chǎn)生一些大分子物質(zhì)以及細(xì)胞器受損的細(xì)胞會(huì)采用其本身的溶酶體對上述物質(zhì)進(jìn)行降解，該過程被稱為細(xì)胞的自吞噬[11]。在發(fā)生有絲分裂之后，許多神經(jīng)元無法繼續(xù)分裂，因此與之相關(guān)的細(xì)胞器的新陳代謝活動(dòng)需要細(xì)胞的自吞噬來完成，故而，細(xì)胞自吞噬能夠?qū)ι窠?jīng)系統(tǒng)發(fā)育造成影響[12]。

2.2 直流接地時(shí)引起誤報(bào)警

該廠利用檢修機(jī)會(huì)再結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際，將直流兩路電源由二極管耦合并聯(lián)供電方式改為采用進(jìn)口大功率直流真空接觸器作為轉(zhuǎn)換開關(guān)，同時(shí)輔助以大功率DC/DC轉(zhuǎn)換電路，來保證在轉(zhuǎn)換開關(guān)開斷瞬間輸出電壓穩(wěn)定，滿足雙路電源之間的隔離要求，避免直流系統(tǒng)接地故障時(shí)的相互影響。

2.3 違反了相關(guān)的反措要求

根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的相關(guān)規(guī)定，110 V及以上蓄電池供電的雙路直流供電電源應(yīng)防止在熱工盤柜合環(huán)運(yùn)行，采用雙向二極管實(shí)現(xiàn)電源無擾切換的裝置應(yīng)逐步淘汰，淘汰前要定期檢查二極管壓降，若發(fā)現(xiàn)擊穿，應(yīng)即更換。

從直流電源的特點(diǎn)分析，直流電源的最大特點(diǎn)是：不接地系統(tǒng)，正負(fù)極電壓為110 V或220 V，正對地和負(fù)對地電壓是變動(dòng)的，而現(xiàn)場多數(shù)的直流電源可以測量出正對地電壓，負(fù)對地電壓，目的是為了便于查找直流接地在正負(fù)對地之間人為接入了阻值較大的平衡電阻。直流電源的維護(hù)工作人員經(jīng)常需要做的工作就是查找直流接地，直流一點(diǎn)接地不可怕，可怕的是兩點(diǎn)接地。當(dāng)出現(xiàn)一點(diǎn)接地會(huì)引起直流接地絕緣監(jiān)測裝置報(bào)警，就需要及時(shí)查找到接地點(diǎn)，將隱患消除，因此查找直流接地就成為直流電源維護(hù)人員的經(jīng)常性工作。

當(dāng)裝置正常工作時(shí)，主電源經(jīng)防反二極管直接輸出，備用電源開關(guān)ZKJ觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，直流隔離變換單元(DC/DC)亦處于工作狀態(tài)，與主電源對負(fù)載并聯(lián)供電。當(dāng)主電源由于故障造成電壓跌落或失電時(shí)，裝置內(nèi)電壓檢測回路檢測到輸入端電壓變化，當(dāng)電壓值跌落到額定電壓的 75%Un(±5 V)時(shí)，裝置判斷該路電源出現(xiàn)故障，發(fā)出切換命令，ZKJ接通，將輸出電壓切換到備用電源上。經(jīng)測試整個(gè)切換過程約為1 ms，在切換過程中，裝置的 DC/DC 回路將輸出端電壓變化不超過±10%。

采用4個(gè)二極管的模式如圖3所示。下面對第一路負(fù)接地，第二路正接地，對造成的結(jié)果進(jìn)行分析。

圖3 四個(gè)二極管的模式下接地

當(dāng)主電源直流系統(tǒng)故障排除，恢復(fù)供電時(shí)，裝置面板對應(yīng)電源指示燈亮，裝置自動(dòng)切換回主電源供電。當(dāng)切換裝置為冗余雙機(jī)配置時(shí)，兩臺(tái)裝置在主電源失電時(shí)會(huì)同步切換，確保設(shè)備工作狀態(tài)相同。

圖4 四個(gè)二極管的模式下接地簡化圖

（3）根據(jù)改造方案，組織技術(shù)人員設(shè)計(jì)并繪制開放式煉膠機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖（如圖4為控制原理圖示意圖）；

3 熱控直流電源配置改進(jìn)方案

3.1 改進(jìn)方案

直流系統(tǒng)絕緣不良或接地時(shí)，直流I，ll母的絕緣在線監(jiān)察裝置均出現(xiàn)報(bào)警，影響故障點(diǎn)的查找。

3.2 直流雙電源轉(zhuǎn)換裝置原理

直流雙電源轉(zhuǎn)換裝置基本原理框圖如圖5所示，輸入電源回路1(以下簡稱主電)以及輸入電源回路 2(以下簡稱備電)分別經(jīng)二極管、接觸器以及直流隔離單元(DC/DC)并聯(lián)到輸出端。兩個(gè)獨(dú)立的裝置電源1，2輸入端分別取自電源1路和電源2路，同時(shí)為裝置內(nèi)部的邏輯回路供電，以保證任何一路輸入失電時(shí)，裝置內(nèi)部邏輯不受影響。

從圖4中可以看出，第一路負(fù)接地，相當(dāng)于把第一路電源負(fù)極的電位抬高到0 V；第二路正接地，相當(dāng)于把第二路的正電位拉低到0 V。以220 V為例，第一路正負(fù)電壓220 V，正對地220 V，負(fù)對地0 V。第二路正對地0 V，負(fù)對地-220 V。在正常情況下，兩路分別為正對地+110 V，負(fù)對地-110 V，正負(fù)之間220 V，當(dāng)發(fā)生直流接地時(shí)，正負(fù)之間電壓不變，只是改變了對地的電位?？吹谝宦冯娫矗龢O出發(fā)看電流流向，通過D1二極管到負(fù)載，理應(yīng)經(jīng)過D2二極管回到第一路的負(fù)極，但現(xiàn)在第一路負(fù)極電位抬高到0V，而負(fù)載的另一支路D4二極管對第二路電源負(fù)極電位是-220 V，因此低導(dǎo)通高截止，整個(gè)回路就從第一路正極出發(fā)經(jīng)D1二極管到負(fù)載。經(jīng)D4二極管到第二路負(fù)極，相當(dāng)于把第一路電源和第二路電源串聯(lián)施加到負(fù)載，必然造成負(fù)載無法承受2倍額定電壓，這樣的真實(shí)案例就發(fā)生在了國內(nèi)某廠，造成DEH跳閘繼電器燒毀引發(fā)跳機(jī)的事故。

圖5 直流雙電源轉(zhuǎn)換裝置原理框圖

采用二極管方式做切換的優(yōu)缺點(diǎn)如下：①二極管具有電路簡單、可靠性高、造價(jià)低的特點(diǎn)；②二極管不具備電氣隔離，容易造成絕緣檢測裝置的誤報(bào)或亂報(bào)，給查找接地帶來困難；③采用二極管切換方式的危害，由于直流系統(tǒng)可以一點(diǎn)接地運(yùn)行，雙路電源是引自不同的蓄電池組的不同直流電源系統(tǒng)，任何一路單點(diǎn)接地都可以正常工作。由此可以得到，采用兩個(gè)二極管的模式，直流會(huì)造成正負(fù)短路，引起開關(guān)跳閘。

直流電源的特性就是低導(dǎo)通、高截止，也就是說從電位高的地方向電位低的方向流，簡化圖如圖4所示。

3.3 現(xiàn)場存在問題

切換裝置大多采用雙冗余形式(即兩個(gè)切換裝置并列運(yùn)行且認(rèn)主電源)，現(xiàn)場進(jìn)行安裝接線時(shí)，每個(gè)切換裝置均設(shè)有各自獨(dú)立兩路進(jìn)線電源開關(guān)，而兩切換裝置的輸出則并列運(yùn)行無輸出開關(guān)。雙機(jī)冗余電氣連接圖如圖6所示。

圖6 雙機(jī)冗余電氣連接圖

經(jīng)相關(guān)部門討論協(xié)商決定，仍采用雙冗余形式，將四路進(jìn)線開關(guān)改為二路進(jìn)線開關(guān)(兩個(gè)切換裝置共用電源進(jìn)線開關(guān))，避免任一開關(guān)失電引起的直流環(huán)網(wǎng)問題。

采用此種方式接線時(shí)，當(dāng)某一切換裝置的某一路進(jìn)線開關(guān)跳閘或異常分閘時(shí)，其切換裝置則切換至另一路電源供電，而另一正常切換裝置仍為一電源供電，此時(shí)將會(huì)造成直流系統(tǒng)的Ⅰ，Ⅱ段母線經(jīng)此切換裝置的輸出端進(jìn)行了聯(lián)絡(luò)，環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，特別是直流系統(tǒng)再發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)會(huì)帶來較大的安全隱患。

巖性圈閉含油性既影響具體井位部署和巖性探井的成功率，也影響某個(gè)地區(qū)、某個(gè)層系巖性油藏勘探、開發(fā)的決策。通過對大量巖性油氣藏典型解剖和大量統(tǒng)計(jì)，明確了巖性體含油性的3個(gè)主控因素。

3.4 改進(jìn)結(jié)果

此次熱控直流電源回路技改后，裝置的電壓切換門限值為額定電壓的75%，0 s自動(dòng)切換，切換過程電壓變化不超過±10%，滿足了機(jī)組熱控系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行要求。

改進(jìn)后,在解決雙回路直流供電可靠性的同時(shí)，又滿足了雙路電源之間的隔離要求，避免直流系統(tǒng)接地故障時(shí)的相互影響。

式中VADC_range為A/D轉(zhuǎn)換芯片的測量范圍，Vin_range為二級(jí)放大濾波電路的輸入電壓范圍。通過選取合適的增益，可以充分的利用A/D轉(zhuǎn)換芯片的有效測量范圍，獲取更高的分辨率。

初始時(shí)刻,直流端接入5 V低壓直流電,S1和S2開通,簡化的等效電路如圖5(a)所示。此時(shí)A相與C相同時(shí)開通,狀態(tài)方程為

影響均宮內(nèi)發(fā)育情況、窒息情況等窒息患兒體格、智能及運(yùn)動(dòng)發(fā)育，導(dǎo)致窒息患兒發(fā)育落后，所以科學(xué)合理的早期干預(yù)及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，使其各方面發(fā)育接近甚至達(dá)到正常嬰幼兒的水平受到人們的關(guān)注和支持。希望在不久的將來，通過我們醫(yī)務(wù)工作者的努力，認(rèn)真跟蹤，指導(dǎo)訓(xùn)練這樣的窒息患兒，使這些兒童得以健康的成長。

4 結(jié)語

本文對某火力發(fā)電廠熱控直流電源采用二極管耦合供電方式進(jìn)行說明，分析其電源系統(tǒng)存在的問題，為消除采用二極管耦合供電方式下的熱控電源對直流電源系統(tǒng)的影響，提高運(yùn)行機(jī)組熱控直流電源可靠性，采用了直流真空接觸器作為切換開關(guān)的直流電源切換裝置代替，并對切換裝置原理進(jìn)行了介紹,為火電廠熱工電源可靠性改造提供借鑒。