雙直流電源供電問(wèn)題的研究與優(yōu)化

錢(qián)曉忠，黃盛聰，胡　敏（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410213）

雙直流電源供電問(wèn)題的研究與優(yōu)化

錢(qián)曉忠，黃盛聰，胡敏
（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410213）

摘要：通過(guò)對(duì)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(lái)了巨大的潛在威脅。從原理上闡述了雙直流電源供電對(duì)接地查找?guī)?lái)的困擾，更重要的是，它會(huì)對(duì)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(cè)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(duì)直流電源的穩(wěn)定性和可靠性要求越來(lái)越高。直流系統(tǒng)是火車(chē)、通信、發(fā)電廠、變電站的一個(gè)重要的組成部分，直流系統(tǒng)是其斷路器的控制回路、信號(hào)回路、繼電保護(hù)和自動(dòng)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(huì)給發(fā)電廠所有控制系統(tǒng)設(shè)備帶來(lái)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(dòng)，這也是發(fā)電廠和變電站的主要問(wèn)題。直流接地是一種常見(jiàn)且對(duì)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(dòng)，負(fù)極接地造成拒動(dòng)，因此，不允許直流系統(tǒng)在出現(xiàn)一點(diǎn)接地的情況下長(zhǎng)期運(yùn)行，必須對(duì)直流系統(tǒng)的接地問(wèn)題進(jìn)行排查。對(duì)于一般的直流接地問(wèn)題，目前的絕緣監(jiān)測(cè)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(duì)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(lái)對(duì)雙電源進(jìn)行隔離，而二極管進(jìn)行隔離的雙電源回路會(huì)產(chǎn)生直流接地和過(guò)電壓的問(wèn)題，目前這一問(wèn)題是很難解決的。為此，本文對(duì)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(gè)環(huán)路接地網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)支路漏電流的分布情況，提出了解決這一問(wèn)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(wèn)題主要出現(xiàn)在勵(lì)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(méi)有出現(xiàn)波動(dòng)，則兩回電源就不產(chǎn)生影響，它會(huì)以一個(gè)輸出電壓高的二極管反向截止一個(gè)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(lái)說(shuō)是成立的。

3　雙電源供電回路存在的問(wèn)題分析

3.1絕緣監(jiān)測(cè)儀的性能特點(diǎn)和工作原理

監(jiān)測(cè)儀自動(dòng)巡回檢測(cè)直流系統(tǒng)的母線電壓、正相母線對(duì)地電壓、負(fù)相母線對(duì)地電壓、正相母線對(duì)地電阻、負(fù)相母線對(duì)地電阻，當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)直流母線對(duì)地絕緣電阻降低時(shí)，裝置會(huì)自動(dòng)報(bào)警，此時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)入支路對(duì)地漏電流的巡回檢測(cè)狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)支路的漏電流超過(guò)限定值2mA時(shí)裝置會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并顯示漏電流越限的支路數(shù)、支路號(hào)和相應(yīng)的支路對(duì)地漏電流。絕緣監(jiān)測(cè)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(méi)有任何電的聯(lián)系，所以直流系統(tǒng)絲毫不會(huì)受監(jiān)測(cè)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(cè)儀不會(huì)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(cè)。

圖2

3.2對(duì)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(kāi)關(guān)的輸出饋線都接在一個(gè)負(fù)載上，并且要求兩路同時(shí)供電時(shí)），即便該環(huán)路沒(méi)有絕緣過(guò)低，只要負(fù)載上有電流流過(guò)（越大越嚴(yán)重），環(huán)路上的兩個(gè)傳感器就會(huì)報(bào)警（一個(gè)報(bào)正相報(bào)警，另一個(gè)報(bào)負(fù)相報(bào)警，并且報(bào)警是恒定的，不會(huì)消失）。其原理就是因?yàn)榄h(huán)路供電時(shí)，每個(gè)傳感器上所檢測(cè)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(duì)稱(chēng)相等，這就必然造成一個(gè)傳感器上的兩條直流饋線電流“來(lái)”的電流不等于“回”的電流。

環(huán)路供電不僅會(huì)造成其中的一個(gè)未接地的支路發(fā)接地報(bào)警，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生負(fù)載過(guò)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(guò)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(guò)電壓而燒壞。

3.3對(duì)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(guò)電壓，同時(shí)還產(chǎn)生了接地報(bào)警，環(huán)路供電對(duì)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(duì)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(duì)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(huì)對(duì)整個(gè)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(zhǎng)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(huì)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(huì)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(guò)電壓供電，但是采用這樣的方式供電會(huì)造成對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)控制設(shè)備的沖擊。相互影響的現(xiàn)象，因此不會(huì)造成絕緣監(jiān)測(cè)儀誤發(fā)告警信號(hào)，也不會(huì)給直流系統(tǒng)造成過(guò)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(gè)不利后果：①給直流系統(tǒng)帶來(lái)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(duì)兩路直流電源進(jìn)行切換，在切換的過(guò)程中有一個(gè)明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，因此不會(huì)使兩路直流電源相互影響。

圖3

在圖3中加裝了一個(gè)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(guò)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(kāi)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(méi)有發(fā)生

參考文獻(xiàn)：

[1]童詩(shī)白,華成英．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．4版．北京：高等教育出版社，2006．

[2]謝自美．電子線路設(shè)計(jì)[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006．

[3]白忠敏．電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，1999．

[4]白忠敏．現(xiàn)代電力工程直流系統(tǒng)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2003．

[5]吳必信．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2008．

中圖分類(lèi)號(hào)：TM131.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(jiǎn)介：錢(qián)曉忠（1984-），男，助理工程師，從事水電廠保護(hù)勵(lì)磁設(shè)備維護(hù)工作。