防范變電站低壓直流系統(tǒng)交流竄入的隔離型DC-DC模塊設計

陳光俊，丁榮，盧建忠，羅梓聰

（中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州 510000）

低壓直流系統(tǒng)是為變電站內(nèi)信號及遠動設備、保護及自動裝置、事故照明、斷路器（開關(guān)）控制回路提供直流電源的電源設備。相對變電站一次系統(tǒng)而言，低壓交直流系統(tǒng)較為獨立，能夠在站內(nèi)交流電中斷的情況下，由蓄電池組繼續(xù)提供直流電源，保障系統(tǒng)設備正常運行。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

低壓直流系統(tǒng)，主要由絕緣監(jiān)測裝置進行故障監(jiān)測和報警。但現(xiàn)有絕緣監(jiān)測裝置的功能不足，靈敏度不夠，動作速度較慢，無法滿足復雜干擾監(jiān)測功能。現(xiàn)行標準要求直流系統(tǒng)母線電壓發(fā)生有效值10V以上的交流竄入時，產(chǎn)品能發(fā)出告警，但實際運行中，多起干擾通過光耦等元件竄入直流系統(tǒng)導致保護誤動，而此時直流母線電壓波動較小，導致設備無法報警，更無法選線。現(xiàn)有的絕緣監(jiān)測裝置雖然具有交流220V竄入直流的檢測功能，但其只能監(jiān)測有效值在10V以上的交流干擾。交流竄入對繼電保護裝置威脅極大，容易導致保護不正確的動作，尤其以交流竄入直流危害更大。

為解決上述問題，針對上述問題，本文研制一種用于低壓直流系統(tǒng)支路上的隔交模塊，在發(fā)生交流電源串入直流某支路時，該模塊可濾除交流分量，將串入的交流電源隔絕在本支路，而降低對整個低壓直流系統(tǒng)的影響，防止其他支路發(fā)生誤動的情況。

2 仿真設計

本文采用濾波和隔離模塊的設計，防止直流電源次級出現(xiàn)故障引起初級故障。

2.1 電路設計仿真

電路原理仿真如圖1所述，UC3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片。該調(diào)制器單端輸出，能直接驅(qū)動IRF250 MOS管，通過控制MOS管的通斷，從而阻斷竄入直流系統(tǒng)的交流，引起下一級直流電源故障。

圖1 電路仿真原理圖

2.2 波形分析

通過示波器查看波形。在系統(tǒng)中未引入交流竄入，如圖2所示，隔離直流電源兩側(cè)電壓無波動。系統(tǒng)中引入交流竄入，未施加防范措施時，直流電源兩側(cè)電壓均呈現(xiàn)交流波形，如圖3所示。系統(tǒng)中引入交流竄入，按照如圖1的原理進行防范，直流電源兩側(cè)波形均無交流干擾。

圖2 未引入交流竄入的波形

圖3 引入交流竄入未加防范的波形

3 實物試制及測試

為驗證電路原理的準確性，本文根據(jù)電路仿真原理，設計了隔離性DC-DC變換模塊，裝置電路板及實物如圖5所所示。在實驗室內(nèi)搭建測試環(huán)境，測試環(huán)境如圖6所示，采用直流電源作為隔離型DC/DC的輸入，隔離型DC/DC輸出接到示波器上，用示波器觀察交流竄入后，隔離型DC/DC輸出是否有干擾。采用交流調(diào)壓器模擬交流竄入，交流調(diào)壓器輸出接到隔離型DC/DC的輸出端，交流調(diào)壓源的輸出通過萬用表測量。分別在不同交流竄入情況下，觀察隔離型DC/DC輸出是否有變化。測試數(shù)據(jù)如表1所示，施加不同電壓等級交流竄入，隔離型DC/DC輸出未受影響，證明本文設計電路可有效阻隔交流竄入干擾。

表1 試驗結(jié)果

圖5 電路板及裝置實物

圖6 現(xiàn)場測試環(huán)境

圖4 引入交流竄入施加防范的波形

4 結(jié)語

本文針對變電站低壓直流系統(tǒng)的交流竄入不易防范的問題，提出了隔離型DC/DC變換模塊，通過電路原理設計仿真，實物制作，經(jīng)實驗室測試，結(jié)果表明，所設計的變換模塊可有效阻隔交流竄入。隔離型DC/DC模塊的應用，能夠有效提高變電站直流電源系統(tǒng)的可靠性，保障了電力系統(tǒng)供電的可靠性。