一種站用直流系統(tǒng)異常并列檢測的方法

劉新敏 郭鎣 鄔奇林 邱舒峰 楊沖

摘要：直流系統(tǒng)異常并列是直流系統(tǒng)的常見故障。現(xiàn)簡要介紹了直流系統(tǒng)異常并列的危害及常用查找手段，闡述了切換橋模型原理，分析了通過切換橋檢測站用直流系統(tǒng)異常并列的方法。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng);異常并列;檢測方法;切換橋

0 引言

廠站直流系統(tǒng)是站內(nèi)重要設(shè)備，廠站配置有兩套直流系統(tǒng)，并且兩套直流系統(tǒng)不可長期并列運(yùn)行。兩套直流系統(tǒng)長期并列運(yùn)行將損壞蓄電池和充電機(jī)，且可能導(dǎo)致空氣開關(guān)上下級失去配合，進(jìn)而擴(kuò)大停電范圍，不利于廠站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行過程中，兩套直流系統(tǒng)經(jīng)常會因?yàn)檫\(yùn)行人員操作錯誤或接線錯誤導(dǎo)致異常并列的情況出現(xiàn)。

1 直流系統(tǒng)異常并列的常用查找手段

對于舊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下的直流系統(tǒng)，未配備相關(guān)的直流系統(tǒng)異常并列檢測功能。對于此類設(shè)備，異常并列情況的發(fā)現(xiàn)渠道一般有兩種：一是當(dāng)某套直流系統(tǒng)對地絕緣出現(xiàn)異常告警時(shí)，另一套直流系統(tǒng)也同時(shí)報(bào)絕緣異常，運(yùn)維人員才能通過絕緣電阻值對站用直流系統(tǒng)是否異常并列進(jìn)行判斷;二是運(yùn)維人員調(diào)節(jié)某套直流系統(tǒng)充電機(jī)的電壓，若此時(shí)另一套系統(tǒng)電壓也相應(yīng)變高或變低，則可能出現(xiàn)異常并列情況。第一種方法無法在無接地故障時(shí)作出兩套系統(tǒng)異常并列的判斷，從而導(dǎo)致設(shè)備長時(shí)間異常并列運(yùn)行，可能損壞相關(guān)設(shè)備;第二種方法只能定期檢查是否存在異常并列，同樣不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并列情況。

2 切換橋模型分析

直流系統(tǒng)對于系統(tǒng)的接地檢測主要利用了平衡橋原理，由此計(jì)算出接地電阻大小。根據(jù)平衡橋原理，衍生出了不平衡橋與切換橋，本文提出了通過切換橋檢測直流系統(tǒng)異常并列的方法。

2.1? ? 切換橋模型組成

切換橋模型如圖1所示，該模型包括了第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4，R1、R2、R3和R4的阻值相同，為直流系統(tǒng)平衡橋電阻的10倍。該模型還包括：第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2、第三開關(guān)K3和第四開關(guān)K4，R1、R2分別通過K1、K2接至直流母線的正極，另一端接地;R3、R4分別通過K3、K4接至直流母線的負(fù)極，另一端接地。

2.2? ? 切換橋的控制

以1 s為基本單位，8 s為一個(gè)周期。其中，K1在第1 s閉合，第4 s斷開;K2在第2 s閉合，第3 s斷開;K3在第5 s閉合，第8 s斷開;K4在第6 s閉合，第7 s斷開。切換橋電阻單元有兩種啟動方式：第一種為每日定時(shí)投切一次，每次3～5個(gè)周期;第二種為通過判斷兩個(gè)直流系統(tǒng)的電流是否同時(shí)出現(xiàn)異常波動，用電流判據(jù)啟動切換橋電阻單元，每次3～5個(gè)周期。

2.3? ? 切換橋檢測波形簡析

切換橋電阻單元的電阻隨時(shí)間的變化波形如圖2所示。橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示切換橋電阻單元的電阻，其中用系統(tǒng)平衡橋電阻的倍數(shù)來表示切換橋電阻單元的電阻，并設(shè)平衡橋電阻為R（kΩ）。例如，切換橋電阻單元的電阻在第1 s時(shí)的電阻為系統(tǒng)平衡橋電阻的10倍，切換橋電阻單元的電阻在第2 s時(shí)的電阻為系統(tǒng)平衡橋電阻的5倍。

直流系統(tǒng)電壓變化波形包括正極電壓偏移隨時(shí)間變化曲線以及負(fù)極電壓偏移隨時(shí)間變化曲線，變化時(shí)長8 s為一個(gè)周期，第一直流系統(tǒng)電壓變化波形基于式（1）確定：

式中：R為直流系統(tǒng)平衡橋電阻大小;U+為直流系統(tǒng)正極電壓;U-為直流系統(tǒng)負(fù)極電壓;RX為正極所接切換橋電阻單元包括的第一電阻R1和第二電阻R2的阻值;RY為負(fù)極所接切換橋電阻單元包括的第三電阻R3和第四電阻R4的阻值。

圖3是直流系統(tǒng)的理論電壓波形圖，圖中虛線表示直流系統(tǒng)正極電壓U+隨時(shí)間變化的理論電壓波形，實(shí)線表示直流系統(tǒng)負(fù)極電壓U-隨時(shí)間變化的理論電壓波形，若直流系統(tǒng)的電壓值為110 V，當(dāng)RX=10R、RY=0時(shí)，可求得△U=2.6 V;當(dāng)RX=5R、RY=0時(shí)，△U=5 V;當(dāng)RX=0、RY=0時(shí)，△U=0 V;當(dāng)RY=10R、RX=0時(shí)，△U=-2.6 V;當(dāng)RY=5R、RX=0時(shí)，△U=-5 V。

3 異常并列分析

將切換橋接入兩套直流系統(tǒng)中的第一套，若無異常并列現(xiàn)象，則只有該套直流系統(tǒng)會產(chǎn)生隨時(shí)間變化的偏移電壓，直流系統(tǒng)實(shí)測電壓波形圖與直流系統(tǒng)的理論電壓波形圖一致，而第二套直流系統(tǒng)電壓波形無影響。若發(fā)生異常并列的情況，則會出現(xiàn)以下情況：

（1）若第二套直流系統(tǒng)的電壓波形圖中的正極與負(fù)極偏移電壓均隨第一直流系統(tǒng)正向（即正極隨正極并且負(fù)極隨負(fù)極）變化，則可判定為兩極并列。

（2）若第二套直流系統(tǒng)的電壓波形圖中的正極與負(fù)極偏移電壓僅有一極偏移電壓隨第一直流系統(tǒng)正向（即正極隨正極或負(fù)極隨負(fù)極）變化，則可判定為同極并列。

（3）若第二套直流系統(tǒng)的電壓波形圖中的正極與負(fù)極偏移電壓隨第一直流系統(tǒng)反向（即正極隨負(fù)極并且負(fù)極隨正極）變化，則判定為異極并列。

4 結(jié)語

切換橋模型通過檢測對比兩套直流系統(tǒng)的波形，判斷兩套直流系統(tǒng)異常并列的情況，具有極高的準(zhǔn)確性。切換橋?qū)χ绷飨到y(tǒng)產(chǎn)生電壓波形變化，但其可控制在某個(gè)范圍，不會造成“壓差告警”“接地告警”等告警信號。同時(shí)，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對切換橋的投切頻率進(jìn)行限制，以減少對原有的平衡橋和接地告警功能的影響。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 變電站直流電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范：Q/CSG 1203003—2013[S].

收稿日期：2020-08-02

作者簡介：劉新敏（1993—），男，廣東人，助理工程師，從事繼電保護(hù)及變電站綜合自動化工作。