双路直流供电系统的电源叠加风险及排解

摘要：双路直流系统可以提高供电的可靠性，不接地系统中双路直流电源经二极管隔离的供电方式可能潜在电源叠加的风险，组建电源系统应慎重考虑、妥善排解。双路直流供电也有其支路差流的不确定性，对支路接地监测、母线接地监测提出了新的要求。文章分析了双供电系统的特点并提出了解决方案。

关键词：双路直流系统；二极管隔离；电源叠加；接地监测

中图分类号：TM621.7+1文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0030-02

沙角C电厂3台660MW机组各单元原设计仅有一套48V直流电源系统，单元机组48V直流电源之间设有人工操作的母线联络刀闸。需要时可短时并列运行，以便退出其中一套的充电装置、蓄电池组进行维护。48V电源供给热工控制、电气信号和其他控制系统，相对于各终端用户，仍视为单一电源供电。对于那些因失电就会引致机组解列或丧失重要功能的重要设备，供电可靠性显然不能满足要求。

采用二极管隔离的双路直流供电方式提高了供电可靠性，实现了无间断的电源切换。在机组大修中，我们对重要的终端用户进行了双路供电改造，重新设计了电源系统。单元机组内设主、辅两套电源，取消了机组之间的母线联络，使电源系统更具单元独立性，减低了运行人员处理单一机组事故时可能影响其它机组运行的顾虑压力。

一、基础电路

单元48V直流系统设主、辅两套电源。主母线向原来的所有用户供电包括重要负荷，辅母线向重要负荷提供第二路电源，主、辅电源并无技术上的区别。简化的基础电路见图1，不接地的双回路直流供电采用这种结线方式的较为常见，停电隔离时将正极、负极的熔断器均取下，但其运行中潜在的风险应引起注意。

二、电源叠加风险

在单一的不接地直流电源系统中，一极接地通常并不产生事故，两极接地的短路事故有可能危及母线，导致全停电。但恢复供电后一般的用电设备都能重新投入工作，极少发生损坏用电设备的情况。

在不接地的双路供电直流系统中，主、辅电源一旦发生了异极接地则有可能造成电源叠加。由于异极同时接地情况下，构成了其中的一路电源发生短路，FU1、FU4均有可能熔断（参见图2）。当仅熔断FU1时，两组电源经接地点构成串联，形成由主母线正极经FU2、D1、RL、FU4回到辅母线负极的叠加供电回路。这种情况下用电设备极有可能因承受两倍电源电压而损坏，即便电源恢复了正常供电，用电设备也难以即时重新投入工作，如果RL为群组负荷，情况将更为严重。

图2

图2的支路保险如果设计为双极自动开关，仍有可能因触头的同期偏差造成瞬间过电压，仅在用电设备的滤波、吸收回路较完善时危害程度有所降低。

主、辅电源的正极母线或负极母线之一采用硬连接方式可排除电源叠加风险，异极同时接地的极端情况下蓄电池主保险熔断，其危害程度与单一的不接地直流电源系统相同，相比倍压叠加的危害性要小得多。短路时熔断器保护是降低损失的可靠手段。

图3采用了共用负极母线的方式，双电源互为备用的特性不会改变。设计中也可选择共用正极母线，隔离二极管相应布置在负极回路。事实上，传统采用单向二极管隔离的回路在用电侧已经将另一极性相连接（参见图1），尽管它们的电源母线在形式上是分置的。

三、接地监测

（一）母线接地监测

共用极性母线相连接后，采用平衡电阻法母线接地监测装置只需装设一套，主母线、辅母线均在检测范围之内，但如果原来就各自装有一套，则平衡电阻的阻值是它们的并联值，如果不作修改，应该注意到它们的检测灵敏度有所下降。

（二）支路接地监测

在双路供电结线方式下，电源电压较高的一方自动成为主供电源，电源电压较低的一方处于备供状态。以图3结线方式为例，电流由主供电源母线正极经二极管再到负荷，之后有可能流经两路不同的馈电回路返回负极共母线，造成该支路正负导体电流量值差异，这种情况下采用差流检测法的支路接地监测系统就有可能发出“支路接地”误报警。因此，供给同一负荷的两路馈电电缆需穿过同一只差流检测元件（见图4），以消除原理性误报警。

图4

四、实际应用

共负极母线结线方式应用实例如图5，承造商按配置图生产供货。二极管隔离点通常布置在用户端，以获得更高的可靠性。自2006年3月投运以来，系统运行可靠，投退维护灵活方便，双路电源互备、隔离良好，母线及支路接地监测均有效正常运作。

五、结语

二极管隔离双路直流供电系统解决了两电源之间无间断切换的问题，但不能忽视由此带来新的风险，尽管它发生的几率很低。

双电源异极接地的情况可能是由绝缘损坏引起，也可能由人为错误工作产生，一旦形成电源串联叠加，受危害的将是系统上的所有用户，后果非常严重。

采用单极性共用母线结线方式避免了电源叠加的风险。最坏情况下异极同时接地由总保护动作，这种情况与单电源供电的正、负极短路情形相同，而另一路电源仍可正常向用户供电。

作者简介：庾文峰(1956-)，男，广东省粤电集团有限公司沙角C电厂工程师，研究方向：发电厂电气技术。