倪宏

摘要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迅速，我國的電力行業(yè)的發(fā)展也有了改善。目前直流源產(chǎn)品種類繁多，有機械旋鈕操作、按鍵操作、人機交互操作等多種操作方式，有模擬控制直流電源，也有數(shù)字控制直流電源，但趨勢是由模擬逐漸數(shù)字化、智能化。數(shù)字控制電源是從八十年代開始逐漸發(fā)展起來的，這時電力電子理論開始建立，幾十年來數(shù)控電源逐漸發(fā)展。此后隨著高分辨率的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，數(shù)字電源的準確度和穩(wěn)定度才開始逐步提升，到現(xiàn)在為止，準確度高、穩(wěn)定度高、紋波小的數(shù)字直流源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種場合，智能直流電源行業(yè)也比較樂觀。

關(guān)鍵詞：直流電源;可靠性;應(yīng)用研究

引言

電力系統(tǒng)中各種電壓等級的變電站及開閉所，其電氣一次和二次設(shè)備都需要有穩(wěn)定且可靠的直流電源系統(tǒng)才能正常工作。直流電源系統(tǒng)的可靠性，直接關(guān)系到每個變電站和開閉所甚至電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。另外，大部分中、低壓變電站及中小型發(fā)電機組，其直流電源系統(tǒng)都只配置了一組電池，可靠性較低;高壓變電站及大型機組配置了兩組或三組電池，但直流母線是分段運行的，規(guī)程上雖然有冗余設(shè)計的要求，但都只是手動切換，個別工程通過電磁式繼電器實現(xiàn)了自動切換，但切換過程中電源也有中斷，如果在切換過程中遇到系統(tǒng)故障，繼電保護裝置將拒動，將會發(fā)生系統(tǒng)故障擴大、設(shè)備燒毀和人員傷亡等嚴重事故。因此，提高直流電源系統(tǒng)的可靠性，意義非常重大。采用該新型冗余設(shè)計方法的直流電源系統(tǒng)，在國內(nèi)多家大型化工企業(yè)運行多年，效果良好，為化工裝置的安全穩(wěn)定運行提供了堅強的后盾。

1直流電源設(shè)備運行現(xiàn)狀分析

電力系統(tǒng)中由于直流屏以及蓄電池故障導(dǎo)致的事故時有發(fā)生，嚴重的會造成電網(wǎng)解列事故，主要有以下幾種情況。（1）直流電源充電機運行分析。根據(jù)規(guī)程，直流電源成套裝置技術(shù)指標需要達到標準要求，但大部分成套裝置都忽略了紋波系數(shù)、穩(wěn)壓精度和穩(wěn)流精度3個參數(shù)的的在線監(jiān)測。隨著運行時間的增長以及外部環(huán)境的變化，充電機的參數(shù)會發(fā)生不同程度的偏移，造成蓄電池過早失效，嚴重的會造成保護誤動事故。（2）蓄電池運行分析。閥控鉛酸蓄電池已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，其具有全密封、無須加水及調(diào)酸等特點。但在實際使用過程中，許多電池未能達到使用壽命，主要原因是浮充狀態(tài)下單體電池自放電一致性差。長期浮充狀態(tài)下，由于各個電池的自放電能力不同，有的電池過充造成電池失水、有的電池欠充造成電池容量不足。蓄電池一旦失效，不僅經(jīng)濟上受到損失，還會影響直流系統(tǒng)的供電可靠性，甚至?xí)?dǎo)致整個電網(wǎng)的安全性降低。（3）直流電源監(jiān)控、維護現(xiàn)狀分析?，F(xiàn)有的直流電源檢測工作需要專業(yè)人員按照檢修周期，定期對蓄電池和充電機進行檢修。試驗分為：蓄電池放電時間、充電機參數(shù)測試試驗以及級差配合試驗。

2優(yōu)化措施分析研究

2.1新型冗余型直流電源系統(tǒng)的實現(xiàn)

基于零時延自動切換供電原理，設(shè)計出了滿足實際工程需要的新型冗余型直流電源系統(tǒng)。本方案運行方式靈活，可以將母聯(lián)斷路器QFL1或QFL2斷開，作為兩套完全獨立的系統(tǒng)使用;也可合上母聯(lián)斷路器QFL1和QFL2，作為冗余型電源系統(tǒng)使用。當作為冗余型電源系統(tǒng)使用時，能夠?qū)崿F(xiàn)兩套直流電源自動冗余且零時延切換。正常情況下只有其中一套提供電源，另一套熱備用，當其中任意一套故障失電時，另一套自動零時延自動投入正常供電。該系統(tǒng)除了實現(xiàn)冗余和零時延切換的功能外，還考慮到了其他一些工程上的問題：（1）母聯(lián)雙向保護功能。工程應(yīng)用時，需要運行方式的靈活性，將母線分成了兩段，且設(shè)計了母聯(lián)斷路器來保護母線。由于直流斷路器有方向性，故設(shè)置了QFL1和QFL2兩個母聯(lián)斷路器。（2）蓄電池并聯(lián)環(huán)流問題。當兩組蓄電池并聯(lián)時，因為兩組蓄電池的電壓不同，形成非常大的環(huán)流，危險系數(shù)極高，因為有功率型二極管V1和V2的存在，形不成環(huán)流，保護了蓄電池。（3）功率型二極管選型。功率型二極管的選型，需要根據(jù)系統(tǒng)的容量并考慮適當?shù)墓こ滔禂?shù)來選擇電流和反向重復(fù)峰值電壓值，還需要根據(jù)額定工作電流的大小來核算功率型二極管的發(fā)熱情況，決定是否需要加裝散熱器。（4）高頻電源模塊輸出設(shè)置。傳統(tǒng)模式下，左右兩側(cè)的高頻電源模塊輸出一般設(shè)置相同的電壓，但該冗余系統(tǒng)中，由于有功率型二極管結(jié)電壓的存在，輸出設(shè)置了1～2V的壓差。

2.2仿真直流系統(tǒng)竄入交流系統(tǒng)

直流回路分布廣、數(shù)量多，常常出現(xiàn)運行與基建施工、設(shè)備改造同時并存，由于工作不慎，極易造成交流電源串入直流回路。由于直流回路存在分布電容，可能出現(xiàn)交流電源經(jīng)分布電容起動相應(yīng)繼電器，導(dǎo)致多臺斷路器同時跳閘或合閘，造成極其嚴重的事故。為了防范交流電源串入直流系統(tǒng)，一方面從設(shè)計源頭、管理方面入手，減小事故發(fā)生的源頭;另一方面，原有的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置，應(yīng)逐步進行改造，使其具備交流竄直流故障的測記和報警功能，同時提高中間繼電器動作功率，反措要求功率大于5W。這樣將大大提高直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

2.3傳統(tǒng)冗余型直流電源系統(tǒng)的典型配置

由于傳統(tǒng)單套直流電源系統(tǒng)的可靠性相對較低，在一些重要負荷如一級負荷中，往往需要采用可靠性較高的直流電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)模式較多，主要是在充電模塊和蓄電池兩方面做冗余配置，比如單充雙蓄、雙充單蓄、雙充雙蓄等，其中又以雙充雙蓄模式最為典型，雙充雙蓄模式相當于配置了兩套完整的直流電源系統(tǒng)，當其中任何一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能快速切換到另一套系統(tǒng)來恢復(fù)供電，可靠性明顯提高。但是，這幾種傳統(tǒng)冗余型直流電源系統(tǒng)，切換功能都是通過開關(guān)手動控制或電磁式繼電器自動或手動控制，這兩種切換方式，都存在系統(tǒng)供電中斷的情況，即使是繼電器自動切換，中斷時間也有30ms以上，手動方式切換時間一般為秒級或更長。在某種極端情況下，有些工程運行人員為了保證不間斷供電，再斷開故障側(cè)的蓄電池開關(guān)和充電模塊開關(guān)。在這種操作方式下，存在兩組蓄電池短時間并聯(lián)的情況，因為兩組蓄電池的電壓不同，形成非常大的環(huán)流，極易引起蓄電池過熱甚至爆炸的危險。當有重要負荷且對供電中斷時間有嚴格要求時，幾十毫秒都是無法滿足的，市場急需一種新型冗余型直流電源系統(tǒng)，能實現(xiàn)自動且零時延切換，確保系統(tǒng)安全、可靠和穩(wěn)定供電。

3結(jié)語

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，更多的直流源都向數(shù)字化、智能化發(fā)展，數(shù)字化、智能化的電源相比傳統(tǒng)旋鈕開關(guān)調(diào)節(jié)電源，減少了人為因素和機械因素的影響，使電源更加可靠、智能化、一致性。采用集成技術(shù)將特定功能模擬電路集成在一塊芯片上，使電路的抗干擾能力加強?，F(xiàn)在數(shù)字電路和模擬電路的結(jié)合是直流電源的一種發(fā)展方向：微控制器通過DAC控制信號的輸出，模擬放大電路和功率輸出電路則負責輸出電流或電壓，微控制器再通過ADC獲取輸出量調(diào)節(jié)輸出，整個數(shù)字環(huán)節(jié)替代了人為操作的不確定性，使電源輸出更加簡單、準確。

參考文獻：

[1]王一龍.廠站直流電源系統(tǒng)智能監(jiān)測技術(shù)方案優(yōu)化研究[J].電力與能源，2018（06）.

（作者單位：許昌鯤鵬電力設(shè)計咨詢有限公司）