包震洲，吳 雙，王萍燕

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

水電廠直流系統(tǒng)故障模擬裝置研究及實踐

包震洲，吳 雙，王萍燕

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

直流檢測裝置可以有效檢測到直流系統(tǒng)運行中發(fā)生的各類故障，以確保直流系統(tǒng)的正常運行。而在長期運行過程中，直流檢測裝置自身的功能和準(zhǔn)確性都會發(fā)生變化，不得不定期將直流系統(tǒng)停電來檢驗直流檢測裝置的性能。針對于此，我們通過分析各類直流故障發(fā)生時的故障參數(shù)，同時利用交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)及電力電子技術(shù)研發(fā)了直流系統(tǒng)故障模擬裝置。實現(xiàn)了不停電檢驗直流檢測裝置的性能，提高了直流系統(tǒng)的供電可靠性。

直流檢測；故障模擬；調(diào)壓；可靠性

1 前言

發(fā)電廠變電站直流系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著繼電保護(hù)及自動裝置、控制電源、事故照明等裝置的供電任務(wù)，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。直流系統(tǒng)均配備有直流檢測裝置，可以及時有效地檢測到直流系統(tǒng)運行中發(fā)生的各類故障，是直流系統(tǒng)正常運行的重要保障。在長期運行過程中，直流檢測裝置自身對直流系統(tǒng)的檢測功能和準(zhǔn)確性都會發(fā)生變化，需要通過定期校驗裝置來保證其性能完好性，現(xiàn)階段，校驗直流檢測裝置均需要將直流系統(tǒng)停用方能進(jìn)行。但是這樣也會帶來直流系統(tǒng)停電以及直流供電可靠性的下降。因而，研究水電廠直流系統(tǒng)故障模擬裝置實現(xiàn)不停電檢驗直流檢測裝置的性能具有重大的現(xiàn)實意義。

2 直流系統(tǒng)故障分析

在直流系統(tǒng)中，發(fā)生接地是較為常見的現(xiàn)象，一點接地可能造成保護(hù)與自動裝置的誤動或拒動，兩點接地還可能造成直流保險絲的熔斷，控制回路失去電源。通常，直流檢測裝置利用平衡電橋原理來實現(xiàn)對回路的絕緣監(jiān)測。

交流傳入是直流系統(tǒng)另一種常見故障，實際上亦是造成了直流系統(tǒng)接地，因直流系統(tǒng)正常運行時正負(fù)極對地絕緣電阻是對稱的。而交流系統(tǒng)零線接地，一旦交直流發(fā)生干擾，亦會形成直流一點接地。對于直流操作回路，由于電纜的分布電容較大，一旦發(fā)生直流回路接地或交直流串?dāng)_，就會使分布電容放電，繼而造成操作回路誤動。

在正常運行中，直流接地與交流傳入的形式有多種，其對直流回路的影響各不相同，但均易造成設(shè)備的誤動，嚴(yán)重者更會造成直流系統(tǒng)的崩潰。直流檢測裝置需對各種類型的接地與傳入均作出準(zhǔn)確告警。

3 直流系統(tǒng)故障模擬裝置設(shè)計思路

根據(jù)以上分析，在研發(fā)直流系統(tǒng)故障模擬裝置過程中，也需要裝置能實現(xiàn)全面安全的模擬故障量，因而裝置需要實現(xiàn)以下功能：

（1）模擬直流系統(tǒng)母線及支路正、負(fù)對地絕緣電阻的降低引起的接地故障。

（2）模擬直流系統(tǒng)母線及支路對地分布電容變化，對直流檢測裝置的測量影響。

（3）模擬交流系統(tǒng)傳入直流系統(tǒng)故障。

（4）實現(xiàn)不影響直流系統(tǒng)運行，檢測在線運行的直流檢測裝置。

（5）對直流系統(tǒng)各類故障引起的繼電保護(hù)、自動裝置等二次設(shè)備的不正確動作進(jìn)行分析。

針對各項功能要求，設(shè)計出直流系統(tǒng)故障模擬裝置基本原理框圖見圖1。

圖1直流系統(tǒng)故障模擬裝置原理框圖

其各單元功能說明如下：

（1）AC220 V：工作電源220 V交流輸入；

（2）調(diào)壓單元：調(diào)節(jié)交流輸入電壓來控制直流輸出電壓，以滿足不同電壓等級的直流系統(tǒng)應(yīng)用；

（3）整流濾波單元：對輸入的交流電進(jìn)行整流、濾波，為直流系統(tǒng)提供一個模擬直流電源；

（4）模擬試驗單元：模擬直流系統(tǒng)各種故障，以檢測直流系統(tǒng)監(jiān)測裝置報故障的準(zhǔn)確性，判斷直流系統(tǒng)監(jiān)測裝置的性能；

（5）安全隔離變壓器：對AC 220 V電源進(jìn)行隔離，保障試驗過程人身、設(shè)備安全；

（6）調(diào)壓單元：模擬不同電壓的交流電源串入直流系統(tǒng)的故障；

（7）測量顯示單元：對模擬的直流系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，顯示各項試驗參數(shù)。

4 直流系統(tǒng)故障模擬裝置設(shè)計方案

直流系統(tǒng)故障模擬裝置的總系統(tǒng)圖見圖2。

其中ZK1為裝置總電源開關(guān)，ZK2為直流系統(tǒng)模擬電源輸出開關(guān)，ZK3為交流傳入直流電源輸出開關(guān)。右邊的+、-、地連接到直流系統(tǒng)檢測裝置。

4.1 接地故障模擬單元

接地故障模擬單元如圖2中虛線部分所示，在該單元中，需考慮不同的接地類型，分別設(shè)計通道進(jìn)行模擬。其中CK1～CK6為試驗插孔，通過不同的連接來模擬各類故障。連接CK1和CK6時可以模擬交流串直流母線故障，連接CK1和CK3和CK5時可以模擬不同支路的交流傳入故障。

虛線框內(nèi)接地故障模擬單元中分為兩個支路，支路1為低阻、低容抗接地支路，電阻選擇10 kΩ、30 kΩ、50 kΩ、100 kΩ，電容選擇 2.2 μF、10 μF。支路2為高阻、高容抗接地支路，電阻選擇40kΩ、80kΩ、500 kΩ、800 kΩ，電容選擇 4.7 μF、100 μF。分別連接CK2和CK3或者CK4和CK5的+、-級插孔，該連接線需要穿過現(xiàn)場直流檢測裝置的電流互感器，再選擇不同的電阻和電容投入按鈕TA實現(xiàn)各類接地故障的模擬。

4.2 測量顯示單元

該單元用于顯示直流系統(tǒng)故障模擬的各項試驗參數(shù)，以便驗證直流檢測裝置功能是否完善，數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

該單元的具體設(shè)計方案如下：

（1）控制電路采用P89V51RD2微控制器，對測量顯示電路進(jìn)行控制；

圖2直流系統(tǒng)故障模擬裝置系統(tǒng)圖

圖3測量顯示單元系統(tǒng)圖

（2）直流正、負(fù)對地電壓的采集采用12位微功耗高速AD轉(zhuǎn)換器和MC1403 2.5 V精密電壓基準(zhǔn)電路；

（3）顯示屏采用LCD芯片；

（4）采用SY05、AC30芯片、繼電器CNT及電阻形成單邊橋，測量正、負(fù)對地電壓，同時利用電壓下降曲線及時間計算分布電容。

5 結(jié)束語

基于本文對直流系統(tǒng)故障的分析，提出了研制水電廠直流系統(tǒng)故障模擬裝置，對直流系統(tǒng)的各類型故障進(jìn)行模擬，同時提出在不將直流系統(tǒng)斷電的情況下進(jìn)行檢驗直流檢測裝置。該裝置的成功研發(fā)，填補了對檢驗直流檢測裝置的空白，能及時發(fā)現(xiàn)直流檢測裝置的安全隱患以便及時更換，同時避免對直流系統(tǒng)進(jìn)行斷電，進(jìn)而大大提高了直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性。

[1]王文洪.變電站直流系統(tǒng)典型故障分析[M].北京：中國電力出版社，2014：10-16.

[2]王旭榮.淺談變電站直流系統(tǒng)接地故障及處理[J].內(nèi)蒙古石油化工，2008，34（21）:77-78.

TM86

A

1672-5387（2017）11-0016-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.006

2017-08-30

包震洲（1972-），男，高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動化工作。