直流系統電流電壓快速保護系統

李虎

摘要：社會進步迅速，我國的現代化建設的發展也有了改善。直流系統發生過流或過壓故障時，相關電氣設備所受損傷與故障存續時間有直接關系。當發生嚴重過流或過壓故障時，有必要通過快速保護系統切除故障來減輕故障的影響。本文設計了一套響應迅速、結構簡單的直流電流電壓快速保護系統，可在直流系統出現過流故障（如短路）或過電壓故障（如整流模塊異常）時快速響應，輸出穩定信號送至開斷元件控制回路，以作用于故障隔離，縮短直流系統設備經受故障的時間。

關鍵詞：直流系統;電流電壓;快速保護系統

引言

變電站直流系統是電力系統的重要組成部分，通常用作控制、保護、信號指示、自動裝置、事故照明等負荷的電源。直流系統是絕緣系統，正常情況下，正、負極對地絕緣電阻值相等，對地電壓平衡。直流系統發生一點接地時，正、負極對地電壓發生變化，接地極對地電壓降低，非接地極電壓升高。此時，并不影響直流系統運行，如果再發生第二點接地，就可能造成斷路器保護回路的誤動、拒動，或者引起直流電源短路。因此，當直流系統發生一點接地故障時，應快速查找接地點并及時消除故障隱患。

1概述

直流系統在變電站中為控制信號繼電保護自動裝置和事故照明等提供可靠直流電源。直流系統采用的是雙極對地絕緣運行方式，當發生正極接地時，由于電磁操作機構跳閘線圈通常接于負極電源，若回路發生接地或絕緣不良，會引起保護誤動;當發生負極接地時，如果回路有一點接地，就容易造成跳閘或合閘回路短路，使繼電保護拒動或斷路器拒動或熔斷器熔斷。因此，直流系統不允許一極長時間接地運行。以往拉路法查找直流接地的方法，根據接地信號是否消失來判斷故障范圍，并隔離故障元件。拉路法更容易對裝置造成沖擊，以致裝置誤發信號，且存在危險性。隨著繼電保護及自動裝置微機化，使用在線式接地自動選線裝置進行查找接地成為一種普遍方法。

2故障查找方法

2.1絕緣檢測裝置查找法

目前，微機型絕緣檢測裝置在直流系統中已得到普遍使用，它能實時檢測直流母線和各饋電支路的絕緣狀況，并顯示直流系統正常工作的合母電壓、控母電壓、正負母線對地絕緣狀況等信息。在各條饋出直流回路上均安裝漏電流傳感器，輸出電壓信號至絕緣檢測裝置。當系統發生直流接地故障時，絕緣檢測裝置對各條分支線路所采集信號進行分析判斷，自動完成查找接地支路的功能，并將故障信息傳輸至直流電源綜合測控裝置及后臺監控機。測控裝置發出故障報警信號，并顯示接地回路的編號、正負極對地電壓及電阻的數值。

2.2瞬時拉路法

未安裝微機型絕緣檢測裝置的直流系統，可采用瞬時拉路法查找接地故障點。故障點拉路查找時，一般先拉室外，再拉室內;并根據負荷的重要性，先拉對安全影響較小的信號、照明回路，再拉合閘（儲能）回路，最后拉控制保護回路。拉路時，切斷各直流分支回路的時間一般不超過3s。

3直流系統電流電壓快速保護系統

3.1疊加低頻信號法

母線采集電壓信號元件取出正極對地電壓和負極對地電壓，A/D轉換后顯示正極對地電壓及電阻，負極對地電壓及電阻，越過定值告警。支路檢查用極低頻信號源（小于9Hz），饋入直流系統與地之間，用小型電流互感器（TA），同時穿套在各支路的出線上。由于通過互感器直流電流大小相等，方向相反，產生的磁場相互抵銷，互感器不反映直流電流部分的信號。注入在正負母線上交流信號幅值相等，方向相同，在互感器二次側輸出電流正比于通過正、負極對地電阻和電容的電流的相量和，設發送信號頻率為f，有效電壓為u，接地電阻為Rg，分布電容為C，則流過Rg的電流為：IR=U/Rg，而流過分布電容上的容性電流為：Ic=U/（1/2πfc）=2πfcu，將電阻性電流和電容性電流分開，取電阻性電流分量，經A/D轉換器送至微機進行數據處理，顯示支路號和對應的對地電阻值。

3.2配電網的有向拓撲描述

配電網的拓撲結構主要有串聯型和并聯型，由于并聯型可靠性較高，因此應用廣泛。并聯型網絡又分為樹狀和環狀，無論是何種網絡結構，均由開關和架空線路以及各種其他器件構成。因此簡化網絡組成，進而得到配電網的有向拓撲。因此由定義可將配電網線路交點看作頂點，將相鄰兩頂點之間的饋線看成邊，則配電網可看作是一個圖，這時配電網中頂點和饋線的聯結關系就可用圖的定義來描述，進而可采用定義2中的鄰接矩陣對配電網進行拓撲描述。考慮流過配電饋線上的電流方向，當發生故障時，電流方向會發生突變，則可將配電網的饋線看作有向邊。假設配電網中的節點個數為n，對應地用n階鄰接矩陣D描述配電網絡（下稱網絡拓撲矩陣）。若節點i和j之間存在一條由i指向j的邊，則矩陣D中元素dij=1;若節點i和j之間存在一條由j指向i的邊，則矩陣D中元素dij=-1;其余情況元素皆為0，且末端節點也全部置0。即各個電流互感器的正方向規定為臨近頂點指向線路。

3.3動作過程

假定對于直流電流測量裝置輸出信號，判別是否有過流故障的閾值為USET，發光二極管開啟電壓為UTH，則運算放大器增益A只要滿足A×USET=UTH，本文設計的系統就能實現直流系統快速過流保護。正常運行時，直流電流測量裝置的輸出信號始終小于USET，則A×u（t）

3.4對直流接地選線裝置運行維護及選型的建議

（1）根據變電站直流系統規模特點，選擇選線方法合適的接地選線裝置.（2）安裝調試時，必須在支路的首端、中端及末端進行不同電阻的接地試驗。（3）對低頻信號注入法接地選線裝置，還要直流支路在不同對地電容值下，檢測裝置對電阻性電流及電容性電流的分辨能力;或選用有雙頻信號發生器接地選線裝置。（4）支路編號必須準確，顯示一致，否則無法進行準確查找。（5）定期進行人工巡檢試驗，每年要進行一次全面接地檢測預試。（6）由于技術上的局限性，不要過度依賴接地選線裝置，還須結合傳統的查找接地方法加以判斷，以提高查找準確性和效率。

結語

變電站直流系統是否安全可靠運行直接關系到供電系統的安全穩定，檢修工作人員要了解直流電源的工作原理，熟悉直流供電回路及斷路器等設備的二次控制保護原理及接線情況。在故障查找、判斷時，應多留意各類監視設備指示、天氣變化、有無操作等信息，并總結各類故障查找方法，積累故障處理經驗。

參考文獻

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