双直流电源供电问题的研究与优化

2015-07-28钱晓忠黄盛聪湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南长沙410213

水电站机电技术 2015年3期

钱晓忠，黄盛聪，胡　敏（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南长沙 410213）

双直流电源供电问题的研究与优化

钱晓忠，黄盛聪，胡敏
（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南长沙 410213）

摘要：通过对双直流电源回路供电系统进行描述，分析了双直流电源回路中二极管所起到的隔离作用，与此同时，二极管的隔离也给直流系统带来了巨大的潜在威胁。从原理上阐述了双直流电源供电对接地查找带来的困扰，更重要的是，它会对直流系统的电压产生很大影响并产生直流接地，为此，从原理着手得出了双电源供电的优化方案。

关键词：直流系统；抽水蓄能电站；绝缘监测仪；双电源

1　引言

随着科学技术的发展，各行各业对直流电源的稳定性和可靠性要求越来越高。直流系统是火车、通信、发电厂、变电站的一个重要的组成部分，直流系统是其断路器的控制回路、信号回路、继电保护和自动装置等二次回路所需的不间断电源，因此，直流系统一旦出现故障，将会给发电厂所有控制系统设备带来严重影响，并危及电厂的安全运行。

直流系统的故障一般表现为直流接地和直流系统的电压波动，这也是发电厂和变电站的主要问题。直流接地是一种常见且对电力系统危害较大的故障，直流系统正极接地可能造成保护装置误动，负极接地造成拒动，因此，不允许直流系统在出现一点接地的情况下长期运行，必须对直流系统的接地问题进行排查。对于一般的直流接地问题，目前的绝缘监测仪很容易能够查找出接地支路，但是在实际的应用中，很多设备的负载对电源的可靠性要求极高，因此采用了双电源回路供电的方式，且大多是采用二极管来对双电源进行隔离，而二极管进行隔离的双电源回路会产生直流接地和过电压的问题，目前这一问题是很难解决的。为此，本文对双电源所形成的环路供电方式进行了分析，并着重分析了环路接地时整个环路接地网络中各个支路漏电流的分布情况，提出了解决这一问题的实际方法，既能保证电源的可靠性，也能保证直流系统的安全。

2　双电源供电回路描述

目前黑麋峰电厂出现的双电源供电问题主要出现在励磁和调速器系统，其控制电源供电如图1所示。

图1双直流供电示意图

图1中分别有直流电源I和直流电源II，直流电源I的正极与直流电源II的正极分别用正向并联的二极管D1和D3进行隔离，直流电源I的负极与直流电源II的负极分别用反向并联的二极管D2和D4进行隔离，这样在正常情况下是可以做好完全隔离的，只要两回电源的电压完全一致，没有出现波动，则两回电源就不产生影响，它会以一个输出电压高的二极管反向截止一个电压输出低的二极管的方式实现隔离。但这仅仅是从直流电源的一相来说是成立的。

3　双电源供电回路存在的问题分析

3.1绝缘监测仪的性能特点和工作原理

监测仪自动巡回检测直流系统的母线电压、正相母线对地电压、负相母线对地电压、正相母线对地电阻、负相母线对地电阻，当检测发现直流母线对地绝缘电阻降低时，装置会自动报警，此时可自动或手动进入支路对地漏电流的巡回检测状态，如果发现支路的漏电流超过限定值2mA时装置会自动报警，并显示漏电流越限的支路数、支路号和相应的支路对地漏电流。绝缘监测仪安装的直流传感器套接在直流支路上，它与直流系统没有任何电的联系，所以直流系统丝毫不会受监测仪运行状态的影响；在不发生接地的情况下，支路KM流出的电流1等于流回的电流2，此时传感器所感应到的电流差为0 mA,绝缘监测仪不会产生报警。当发生了如图2所示的直流接地情况时，负极产生了接地电阻为g，则此时的电流方程式为，其中Rg为漏电流，由伏安特性可知漏电流。如此实现了直流支路的接地监测。

图2

3.2对双电源供电回路进行分析

当使用环路供电时（即：两路开关的输出馈线都接在一个负载上，并且要求两路同时供电时），即便该环路没有绝缘过低，只要负载上有电流流过（越大越严重），环路上的两个传感器就会报警（一个报正相报警，另一个报负相报警，并且报警是恒定的，不会消失）。其原理就是因为环路供电时，每个传感器上所检测到的磁通不是大小相同方向相反，而是大小不同方向相反。这是因为很难保证两条环路的线路电阻对称相等，这就必然造成一个传感器上的两条直流馈线电流“来”的电流不等于“回”的电流。

环路供电不仅会造成其中的一个未接地的支路发接地报警，同时还会产生负载过电压，上述的演算我们发现，因此最后加在负载上的实际电压是，负载过电压将随着接地程度的深入而不断升高，设备很容易因过电压而烧坏。

3.3对双电源供电回路的总结

当直流系统两段出现不同程度的接地以后，两路电源之间将出现环流供电的现象，而这样的供电系统容易出现电压的叠加，导致负载过电压，同时还产生了接地报警，环路供电对负载而言其好处在于不间断的供电，如果直流系统电压稳定的情况下，这样的供电方式是可靠的，对于设备是有好处的，但是，任何地方的直流系统都不能保证两段对地电阻完全相同，也不能保证直流系统永远不存在接地现象的产生，故双直流供电回路不仅危及到该回路的设备安全，而且会对整个直流系统产生影响。

4　双直流电源供电回路优化方案

优化方案如图3所示，采用允许长期带电的直流继电器进行切换，当I路直流电源有效时，则选择I路直流电源进行供电，当I路电源失电后继电器会复归，其常闭节点接通，II路直流电源供电。这样供电系统将有效的将两路直流电源彻底隔离，直流系统不会产生因环流而造成的误报警，同时克服了负载的过电压供电，但是采用这样的方式供电会造成对励磁系统控制设备的冲击。相互影响的现象，因此不会造成绝缘监测仪误发告警信号，也不会给直流系统造成过电压，而且由于UPS的不间断供电的作用，使得负荷能够不断电。