張偉泉

【摘 要】因直流系統(tǒng)是配電技術(shù)的重要部分，所以國家及電氣企業(yè)應(yīng)對其的保護給予高度重視。對直流配電的保護，是加快其系統(tǒng)發(fā)展速度的關(guān)鍵，需要相關(guān)負責(zé)人進行仔細考究。論文先是對直流保護構(gòu)成及原理進行了闡述，后又對其系統(tǒng)常見故障與在中低壓下主動實施故障解決措施的方法展開了深度探究。此次探究的主要目的是為了保護直流配電系統(tǒng)，促進我國電氣事業(yè)的發(fā)展。

【Abstract】As the direct current system is an important part of the distribution technology， the state and electrical enterprises should pay great attention to its protection. The protection of DC power distribution is the key to speed up the development of its system， and the relevant person in charge should carefully examine it. This paper first describes the constitution and principles of DC protection， and then makes a deep inquiry into the common faults of its system and the measures to solve the problems in the middle and low voltage. The main purpose of this inquiry is to protect the DC power distribution system and promote the development of the electrical industry in China.

【關(guān)鍵詞】中低壓；直流配電；配電系統(tǒng)保護

【Keywords】medium and low voltage； DC distribution； distribution system protection

【中圖分類號】TM77 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0164-02

1 引言

直流系統(tǒng)可將分布式發(fā)電、配電供電及儲能等優(yōu)點進行充分發(fā)掘，以便為電氣企業(yè)的供電與用戶的用電提供新效益與新價值。系統(tǒng)保護是配電安全運行的保障，其實施難點主要是電流未能經(jīng)過零點，使滅弧較難，且控制相對復(fù)雜，需給予滅弧更大的空間。國家電氣工程相關(guān)工作人員在研究直流保護的過程中，應(yīng)對其運行動態(tài)與常見故障間的關(guān)聯(lián)進行充分考慮，以此來獲得更佳的保護效果。文章依據(jù)直流組成及其原理，分析總結(jié)出了其系統(tǒng)的常見故障類型，提出的一系列故障解決策略，對直流配電系統(tǒng)的完善具有理論性意義，對解決其建設(shè)中的實際問題具有現(xiàn)實性的指導(dǎo)意義。

2 直流主動保護構(gòu)成及其原理

直流保護系統(tǒng)的構(gòu)成分為單母線配電、兩端配電以及放射狀與環(huán)狀配電等四種系統(tǒng)，無論是應(yīng)用哪一種系統(tǒng)，均是以DC/AC和DC/DC器為載體，使儲能、多型負荷及分布式發(fā)電相連接，系統(tǒng)保護便集成于DC/AC和DC/DC中[1]。其主動保護構(gòu)成由短路與接地保護、絕緣下降、交直流混接、環(huán)網(wǎng)保護、交流電網(wǎng)、儲能電池、光伏電池及燃料電池等組成，其借助DC/DC或DC/AC接受配電，將電供給負載。其原理是在電子轉(zhuǎn)換器構(gòu)造監(jiān)控與拓撲原理基礎(chǔ)上，將其保護行為“融入”轉(zhuǎn)換器的邏控之中，遵循雙重保護原則，充分利用隔離單元與電子器件，使諸多故障線路與正常運行的線路自然斷離，并對故障較為嚴重的回路進行切斷處理，可阻止輕微故障變嚴重擴大危害范圍，盡可能確保系統(tǒng)正常工作。因電子轉(zhuǎn)換器具有自己的保護性能，所以諸多學(xué)術(shù)研究人員對其進行探究的興趣頗高。此項技術(shù)具有繼電保護作用，已經(jīng)被國人廣泛應(yīng)用于電氣企業(yè)當(dāng)中。直流繼電器結(jié)合斷路器，可對故障進行快速檢測與斷離。

3 中低壓直流配電系統(tǒng)常見故障解析

非高壓直流系統(tǒng)中，常見的故障有短路故障與接地故障。

①短路故障：正負電極均懸空的系統(tǒng)，如若正負極其中一極接地，則無法造成電路短路；如若唯有接地線電壓出現(xiàn)異常，且正負極其中一極線路接地，便會引發(fā)短路故障。直流系統(tǒng)的短路故障，其電流輸送速度飛快，影響范圍廣泛，且未經(jīng)過零點[2]。解決直流短路故障的方法諸多，其中切除電路的方式最為直接且效果較好。

②接地故障：前期線路絕緣性能的下降與交直流交接混亂等問題并未引發(fā)接地故障，當(dāng)接地電壓發(fā)生異常時，如若未能對其進行有效控制，可使其最終演變成接地故障。近幾年，我國的直流斷路技術(shù)還未發(fā)展成熟，對于其他故障的保護方法僅限于監(jiān)測與報警，而對于接地故障保護，我國已有一定的技術(shù)成果，例如環(huán)網(wǎng)技術(shù)。

③直流故障具有自身獨特的直流電壓，其故障點位較難尋找。直流電系中，導(dǎo)致線路故障形成的原因之一是直流環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)問題。環(huán)網(wǎng)故障會使直流電系統(tǒng)之間產(chǎn)生電環(huán)流，最終造成輸電異常的危害，嚴重的情況下，很有可能導(dǎo)致線路出現(xiàn)短路或是接地故障。

4 非高壓直流系統(tǒng)故障保護方法探析

4.1 直流環(huán)網(wǎng)維護法

直流環(huán)網(wǎng)法的內(nèi)涵主要指在直流系統(tǒng)未能并列期間，環(huán)網(wǎng)存有的多數(shù)電氣連接。在環(huán)網(wǎng)運行的過程中，受倒負荷與絕緣度降低等因素的影響，極易使其出現(xiàn)故障，導(dǎo)致產(chǎn)生火災(zāi)、電池使用年限縮短以及空氣開關(guān)失效等問題。若出現(xiàn)兩個直流等級各不相同的系統(tǒng)電壓，則會造成更為嚴重的后果。例如，異常發(fā)電現(xiàn)象，會引發(fā)電路短路或接地等危害。DC/DC屬于隔離型轉(zhuǎn)換器，具有穩(wěn)定電壓的作用，在直流環(huán)網(wǎng)中，可確保各負荷電壓始終保持平衡狀態(tài)[3]。各支流通過使用DC/DC可完成單獨供電。當(dāng)負荷出現(xiàn)故障時，DC/DC可保證各直流系統(tǒng)正常運作。面對多條直流線路同時出現(xiàn)問題的危急時刻，借助環(huán)網(wǎng)監(jiān)測可檢測出其問題所屬的故障種類，并將故障點前后電路封鎖，阻止轉(zhuǎn)換器輸出電流，實現(xiàn)故障隔離，可有效避免直流主干線與其他支干線的輸電工作受到影響。

4.2 短路故障保護法

依照主動保護原理，短路故障的保護應(yīng)以電子器件內(nèi)部的運行原理及算控法為基礎(chǔ)，通過邏輯管控與診斷，對短路電流進行切斷處理。單元隔離法將部分因故障問題流失電流進行回吸，可降低故障的破壞力，避免直流系統(tǒng)整體運行中斷。ASP集成器的應(yīng)用，可將DC/AC或者是DC/DC器中，需要被保護的各直流線路進行串聯(lián)?？紤]到轉(zhuǎn)換器中電力IGBT的全控型運作特點及原理，一旦饋線電路或直流干線出現(xiàn)短路問題，可通過邏輯法實現(xiàn)對IGBT的控制[4]?？焖偻瓿芍鲃颖Ｗo，使功率輸出停止運行，可將短路線路與主干線、分布式發(fā)電線、負載線進行脫離，加快了主動保護的速度，增強了其可靠性，使其作用得以充分發(fā)揮。短路故障保護的主要控制開關(guān)是半導(dǎo)器件，其電路開關(guān)通斷的控制法與其他方法不同，其故障保護總通斷時長應(yīng)被局限于μs級范圍內(nèi)。

4.3 接地故障維護法

接地保護法是指依靠快速檢測，由DC/DC器通過將單元進行隔離，進而完成隔離接地故障的目的。在線路饋線處，便將故障限制于此，可有效阻止主干線與電源、負載間的故障傳播，為主干線路與其饋線的正常運作提供保障。接地危害的監(jiān)測工作，是實現(xiàn)直流保護的最大難題。當(dāng)前，經(jīng)常被使用的監(jiān)測方法包括三種，分別是電阻平衡法、漏電檢測法及低頻交流法等。此三種方法雖然均能為故障的檢測工作帶來一定的效果，但是，僅能起到報警的作用，無法從根源處解決接地故障問題，防止其危害的發(fā)生。此外，漏電后，若絕緣不及時，會引發(fā)接地危害。AGP需要考慮和集成絕緣下降報警。應(yīng)用非平衡橋法，可對故障及絕緣進行監(jiān)測，可考慮使用AGP絕緣報警。通過對直流正負電阻的監(jiān)測，可實現(xiàn)接地絕緣報警。

5 結(jié)論

總而言之，隨著我國電氣事業(yè)的不斷發(fā)展，電力配電系統(tǒng)獲得完善，并逐漸走向成熟，致使主動保護的靈敏度與可靠性有所提高。電氣單位做好主動保護工作，可將直流故障的影響力降至最低，破壞范圍縮至最小，減小了其對斷路器的傷害。通過優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，允許各環(huán)境下故障系統(tǒng)照常運行，既有利于直流系統(tǒng)接納其他電源能力的提升，又可為電流供應(yīng)商信譽的可靠度提供保障。文章針對直流保護原理及其系統(tǒng)具有短路故障與接故障等問題，提出了直流環(huán)網(wǎng)維護法、短路故障保護法以及接地故障維護法等策略，希望能夠為電企提供幫助。

【參考文獻】

【1】吳鳴，劉海濤，陳文波，等.中低壓直流配電系統(tǒng)的主動保護研究[J].中國電機工程學(xué)報，2016，36（4）：891-899.

【2】王義軍，張巖亮，姚銘，等.基于VSC的直流配電系統(tǒng)過電流保護研究[J].電測與儀表，2016，53（12）：36-41.

【3】高峰.含電阻型超導(dǎo)限流器的直流配電系統(tǒng)繼電保護原理研究[D].天津：天津大學(xué)，2015.

【4】葉風(fēng)彩，姜云龍，姜德勝，等.關(guān)于直流配電系統(tǒng)繼電保護改進方案研究[J].黑龍江電力，2017，39（3）：229-234.