吳志宇，溫才權，全杰雄，黎玨強

(中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司梧州局，廣西 梧州543002)

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廠站二次設備多電源切換回路的改造分析

吳志宇，溫才權，全杰雄，黎玨強

(中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司梧州局，廣西 梧州543002)

為提高部分廠站二次設備的供電可靠性，需要采用多電源切換回路，而多電源切換回路的設計缺陷會對負荷電壓穩(wěn)定性和電源系統(tǒng)造成影響。為此，結合一個采用二極管進行雙電源切換回路的實例，通過現(xiàn)場試驗分析找出電源切換回路導致兩段直流母線互聯(lián)的缺陷的原因，并提出了完善的改造方案，最后提出電源切換回路設計時需注意的各種問題及防范措施?，F(xiàn)有的作業(yè)規(guī)范并無針對電源切換回路進行詳細的檢查，對此提出多項簡單、可靠的驗收措施，防范電源切換對負荷、對電源系統(tǒng)的不安全影響。

直流；雙電源；二極管；故障；電容；靜止無功補償裝置

廠站二次設備電源回路一般不采用多電源切換機制，但為了提高部分通信裝置、自動化裝置設備的安全可靠性，采用多電源切換機制。如果切換機制不完善，將會導致一系列的問題發(fā)生，如某串補站的串補平臺采樣裝置采用激光供能和電流互感器兩種供能方式，在切換過程中，供能電壓不穩(wěn)定造成采樣異常，導致保護誤動；如某型號電能表采用直流電源供電、電壓互感器供電和電池供電3種供電方式，由于切換回路設計問題導致直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)共地，直流系統(tǒng)出現(xiàn)較大的漏電流，導致直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置平衡電阻橋失靈等現(xiàn)象發(fā)生。

多電源切換回路的設計、維護及驗收，對負荷電壓穩(wěn)定性要求較多，而對系統(tǒng)影響考慮較少。本文將以一個典型的雙電源切換回路對供電電源系統(tǒng)的影響機理進行說明并提出完善措施，提出電源切換回路在驗收環(huán)節(jié)的注意事項，以防范此類缺陷再次發(fā)生。

1　現(xiàn)狀

某廠站靜止無功補償裝置(staticvarcompensator,SVC)控制保護系統(tǒng)采用兩路直流電源供電，要求在一路直流電源失電時無間斷地切換到另一路直流電源。原直流電壓切換回路如圖1所示。

VD1—VD4分別為二極管；Rp1—Rp4分別為絕緣監(jiān)測裝置的等效平衡電阻；Ub1—Ub2分別為兩組蓄電池的極間電壓，U1—U6分別為各點對地電壓。圖1　原直流電壓切換回路

從圖1可知，兩段直流系統(tǒng)分別由蓄電池組、絕緣監(jiān)測裝置(平衡電阻橋法)組成，其額定電壓Ur=110V，兩段直流電源共同給SVC控制保護系統(tǒng)供電。

絕緣監(jiān)測裝置采用了平衡電阻橋方式[1-3]，直流電源Ⅰ段與Ⅱ段的正極對地電壓U1=U3=55V， 負極對地電壓U2=U4=-55V。實際上，由于兩段直流系統(tǒng)在蓄電池容量、負載及對地絕緣方面存在差異，兩段直流系統(tǒng)正負極對地電壓并不完全相同。運行中，發(fā)現(xiàn)該站直流系統(tǒng)Ⅰ段與Ⅱ段的對地電壓完全一致，且在Ⅰ段發(fā)生接地時，兩段的母線絕緣檢測裝置均報接地故障，是典型的兩段母線互聯(lián)的特征。下面將其如何影響直流供電電源系統(tǒng)進行詳細分析。

2　電源切換導致兩段母線互聯(lián)原因分析

二極管并聯(lián)直流雙電源切換回路的原理是利用二極管單向?qū)щ娞匦?，當供電Ⅰ段的電壓降低值超過非供電Ⅱ段二極管的導通壓降時，供電電源馬上轉(zhuǎn)由Ⅱ段供電，實現(xiàn)電源的無間斷切換。

如圖1所示，設VD1、VD2、VD3、VD4伏安特性曲線一致，導通電壓為U，兩組蓄電池電壓分別為Ub1、Ub2，則兩段直流系統(tǒng)正負極對地電壓差為Ug=U1-U3=U2-U4。

假如Ⅰ段直流母線先供電，此時VD1、VD2導通，U5=U1-U，U6=U2+U。

當?shù)诙冯娫此查g通電時，VD3的壓降為U3-U5=Ug+U，VD4壓降為U6-U4=Ug+U。

假如Ug>0，VD4導通，兩段直流母線電源負極接地互聯(lián)，得

假如Ug<0，VD3導通，兩段直流母線電源正極接地互聯(lián)，得

由上述計算可見，當直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，相當于接地極的平衡電阻并聯(lián)了接地電阻，接地極對地電壓下降，故障系統(tǒng)正負極電壓平衡點發(fā)生偏移，當偏移電壓達到一定值時，兩段直流母線絕緣監(jiān)測裝置均報接地故障，不僅影響故障的查找，更影響變電站二次設備的安全運行。因此，二極管并聯(lián)直流雙電源切換回路對直流電源系統(tǒng)的運行造成極大的安全隱患[4-5]。

3　直流雙電源切換回路的改造與現(xiàn)場試驗

3.1改進方案1

正常情況下，負載由直流Ⅰ段直流母線供電，兩段直流母線電源互為備用，如圖2所示。

圖2　直流電源切換改造回路1

在Ⅰ段直流母線供電的進線端增加了繼電器KC1，當Ⅰ段直流母線電壓大于90%額定電壓時,KC1動作，并通過繼電器KC2切斷Ⅱ段直流母線供電，確保兩段直流母線不同時對負載進行供電。當Ⅰ段進線電壓下降超過90%時，KC1返回并驅(qū)動KC2，此時接通Ⅱ段電源的同時切斷Ⅰ段電源供電。現(xiàn)場按如圖2所示接線方式進行了試驗，可實現(xiàn)電源的切換，但負載設備發(fā)生了失電重新啟動，此時，對負載供電進線端電壓進行錄波，如圖3所示，進線電壓在繼電器切換過程中發(fā)生了突降，持續(xù)時間約為50ms。

圖3　改造回路1的負載電壓錄波曲線

3.2改進方案2

繼電器在切換動作期間電壓突降的問題采用并聯(lián)電容的方法來解決。如圖4所示，在負載供電進線端并接電容，構成電阻-電容回路，并根據(jù)KC1切換過程中負載供電電壓不小于80%額定電壓及實測的負載阻抗計算出所需要的電容值。本案中，Ur=110V，在50ms的繼電器切換過程中，電壓下降不低于80%Ur，考慮一定的裕度后選取了4 700μF的電容，在現(xiàn)場試驗中仍然出現(xiàn)了設備失電重新啟動現(xiàn)象。

圖4　直流電源切換改造回路2

如圖5所示，當斷開Ⅰ段直流母線供電回路時，負載電壓沒有發(fā)生突降，由于電容電壓的支撐，電壓開始緩慢下降，約150ms后，電壓下降到KC1的返回值100V，KC1并沒有響應。由于KC1的線圈與電容形成回路，電容一直支撐著線圈的勵磁電流和負載電流，當電壓下降到68V時，負載設備失電停運，此時電容只與KC1線圈形成回路，電容放電變得更緩慢，并持續(xù)了約1 960ms，電壓下降到約60V時，KC1才返回，此時KC1驅(qū)動KC2，才將供電切換到Ⅱ段直流母線。

圖5　改造回路2的負載電壓錄波曲線

3.3改進方案3

造成上述問題的原因是電容與KC1線圈形成回路。KC1是電壓型繼電器，勵磁電流較小，且線圈呈阻感性，電感較大[6]，使線圈無法去勵磁，導致繼電器無法切換。解決方法：當電壓下降到KC1的返回值時，把KC1線圈與電容的回路斷開。如圖6所示，在KC1與電容器的回路中串聯(lián)一組二極管，當Ⅰ段直流母線失電時，確保電容不會反供電。

圖6　直流電源切換改造回路3

如圖7所示，在繼電器切換的50ms內(nèi)，負載電壓下降的最低值為92V，大于80%Ur，實現(xiàn)了供電電源的切換，滿足要求。加裝二極管的另一優(yōu)點是避免KC2動作、常開接點動作而常閉接點未斷開時兩段電源直流母線互聯(lián)的問題。

圖7　改造回路3的負載電壓錄波曲線

4　改進建議

4.1設計過程

改造發(fā)現(xiàn)電源切換裝置設計應注意如下幾點：

a) 切換可靠性。切換期間電壓下降不可超過設備的允許值，如設計方案的電壓下降值可調(diào)，滿足各種設備的要求。

b) 運行過程或者切換過程中對多電源系統(tǒng)的影響進行分析，由于多個電源系之間一般不允許有電的直接聯(lián)系，否則會引起一系列問題。

c) 注意各元件的動作特性配合，如方案2，電壓繼電器和電容配合不好，導致切換時間過長，設備運行穩(wěn)定性差。

d) 不能引入平衡電阻，造成直流系統(tǒng)存在漏電流，導致絕緣在線檢測裝置無法正常工作。

4.2驗收過程

按照現(xiàn)有的作業(yè)要求，無法檢測出直流電源切換的各種問題，如果該類問題在驗收時無法發(fā)現(xiàn)，需要在眾多直流接線中找出互聯(lián)點、平衡電阻將是一個異常復雜的難題，建議在驗收時增加如下作業(yè)項：

a) 模擬電源切換，檢查設備的運行穩(wěn)定性。

b) 裝置在運行時，檢查多個電源系統(tǒng)是否同時供電，如有，則需作進一步分析，一般不允許多電源同時向一負荷供電。

c) 裝置通電前后，電源切換的瞬間，注意各直流系統(tǒng)母線電壓變化情況，如果通電前兩者對地電壓不一致，通電后對地電壓一致，則可能存在互聯(lián)的問題。

d) 檢查漏電流，正常運行時，正負極電流大小應相等，方向相反，漏電流為0，假如不為0，則可能存在平衡電阻的問題。

5　結束語

本文從一個電源切換回路改造實例出發(fā)，探討電源切換回路、裝置的設計注意事項，從設計源頭提出完善措施，結合現(xiàn)場的驗收特征，探討現(xiàn)場驗收時的檢測方法，增加多項措施，從驗收角度防范系統(tǒng)風險，避免直流系統(tǒng)互聯(lián)、降低直流系統(tǒng)平衡電阻等疑難問題的出現(xiàn)，將隱患扼殺在萌芽階段，進一步確保設備無隱患投運。

[1] 陳元平,李樹君,張玉奎.雙絕緣監(jiān)測裝置在直流系統(tǒng)中的應用[J].電力系統(tǒng)保護與控制, 2008,36(15):91-93.

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(編輯王夏慧)

AnalysisonTransformationofMulti-powerSupplySwitchingCircuitsofSecondaryEquipmentinPowerPlantsandStations

WUZhiyu,WENCaiquan,QUANJiexiong,LIJueqiang

(WuzhouPowerSupplyBureauofCSGExtraHighVoltagePowerTransmissionCompany,Wuzhou,Guangxi543002,China)

Inordertoimprovepowersupplyreliabilityofsecondaryequipmentinpowerplantsandstations,itisneededtoadoptmulti-powersupplyswitchingcircuit,whiledesigndefectsofmulti-powersupplyswitchingcircuitmaycauseimpactonstabilityofloadvoltageandpowersourcesystem.Therefore,combiningonecaseofadoptingdiodefordualpowersupplyswitchingandbymeansoffieldtest,thispaperanalyzesandfindsoutreasonsforcausingdefectsoftwosectionsofdirectcurrent(DC)businterconnectionbypowersourceswitchingcircuit.Itpresentsanimpeccabletransformationschemeandproposesvariousproblemsneedattentionandprecautionmeasures.Inviewofthatexistingjobspecificationsdonotinvolveindetailedcheckonpowersourceswitchingcircuit,italsoproposesmulti-itemsimpleandreliableinspectionmeasuressoastopreventunsafeimpactonloadandpowersourcesystemfrompowersupplyswitching.

directcurrent;dualpowersource;diode;fault;capacitor;SVC

2016-04-14

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.07.019

TM58;TM64

B

1007-290X(2016)07-0097-04

吳志宇(1985)，男，廣西梧州人。工程師，工學學士，從事變電站二次系統(tǒng)運行維護工作。

溫才權(1986)，男，廣東廉江人。工程師，工學學士，從事變電站二次系統(tǒng)運行管理工作。

全杰雄(1988)，男，廣西桂平人。助理工程師，工學學士，從事變電站二次系統(tǒng)運行維護工作。