一种站用直流系统异常并列检测的方法

刘新敏 郭蓥 邬奇林 邱舒峰 杨冲

摘要：直流系统异常并列是直流系统的常见故障。现简要介绍了直流系统异常并列的危害及常用查找手段，阐述了切换桥模型原理，分析了通过切换桥检测站用直流系统异常并列的方法。

关键词：直流系统;异常并列;检测方法;切换桥

0 引言

厂站直流系统是站内重要设备，厂站配置有两套直流系统，并且两套直流系统不可长期并列运行。两套直流系统长期并列运行将损坏蓄电池和充电机，且可能导致空气开关上下级失去配合，进而扩大停电范围，不利于厂站的安全稳定运行。在实际运行过程中，两套直流系统经常会因为运行人员操作错误或接线错误导致异常并列的情况出现。

1 直流系统异常并列的常用查找手段

对于旧技术标准下的直流系统，未配备相关的直流系统异常并列检测功能。对于此类设备，异常并列情况的发现渠道一般有两种：一是当某套直流系统对地绝缘出现异常告警时，另一套直流系统也同时报绝缘异常，运维人员才能通过绝缘电阻值对站用直流系统是否异常并列进行判断;二是运维人员调节某套直流系统充电机的电压，若此时另一套系统电压也相应变高或变低，则可能出现异常并列情况。第一种方法无法在无接地故障时作出两套系统异常并列的判断，从而导致设备长时间异常并列运行，可能损坏相关设备;第二种方法只能定期检查是否存在异常并列，同样不能及时发现异常并列情况。

2 切换桥模型分析

直流系统对于系统的接地检测主要利用了平衡桥原理，由此计算出接地电阻大小。根据平衡桥原理，衍生出了不平衡桥与切换桥，本文提出了通过切换桥检测直流系统异常并列的方法。

2.1    切换桥模型组成

切换桥模型如图1所示，该模型包括了第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，R1、R2、R3和R4的阻值相同，为直流系统平衡桥电阻的10倍。该模型还包括：第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4，R1、R2分别通过K1、K2接至直流母线的正极，另一端接地;R3、R4分别通过K3、K4接至直流母线的负极，另一端接地。

2.2    切换桥的控制

以1 s为基本单位，8 s为一个周期。其中，K1在第1 s闭合，第4 s断开;K2在第2 s闭合，第3 s断开;K3在第5 s闭合，第8 s断开;K4在第6 s闭合，第7 s断开。切换桥电阻单元有两种启动方式：第一种为每日定时投切一次，每次3～5个周期;第二种为通过判断两个直流系统的电流是否同时出现异常波动，用电流判据启动切换桥电阻单元，每次3～5个周期。

2.3    切换桥检测波形简析

切换桥电阻单元的电阻随时间的变化波形如图2所示。横坐标表示时间，纵坐标表示切换桥电阻单元的电阻，其中用系统平衡桥电阻的倍数来表示切换桥电阻单元的电阻，并设平衡桥电阻为R（kΩ）。例如，切换桥电阻单元的电阻在第1 s时的电阻为系统平衡桥电阻的10倍，切换桥电阻单元的电阻在第2 s时的电阻为系统平衡桥电阻的5倍。

直流系统电压变化波形包括正极电压偏移随时间变化曲线以及负极电压偏移随时间变化曲线，变化时长8 s为一个周期，第一直流系统电压变化波形基于式（1）确定：

式中：R为直流系统平衡桥电阻大小;U+为直流系统正极电压;U-为直流系统负极电压;RX为正极所接切换桥电阻单元包括的第一电阻R1和第二电阻R2的阻值;RY为负极所接切换桥电阻单元包括的第三电阻R3和第四电阻R4的阻值。

图3是直流系统的理论电压波形图，图中虚线表示直流系统正极电压U+随时间变化的理论电压波形，实线表示直流系统负极电压U-随时间变化的理论电压波形，若直流系统的电压值为110 V，当RX=10R、RY=0时，可求得△U=2.6 V;当RX=5R、RY=0时，△U=5 V;当RX=0、RY=0时，△U=0 V;当RY=10R、RX=0时，△U=-2.6 V;当RY=5R、RX=0时，△U=-5 V。

3 异常并列分析

将切换桥接入两套直流系统中的第一套，若无异常并列现象，则只有该套直流系统会产生随时间变化的偏移电压，直流系统实测电压波形图与直流系统的理论电压波形图一致，而第二套直流系统电压波形无影响。若发生异常并列的情况，则会出现以下情况：

（1）若第二套直流系统的电压波形图中的正极与负极偏移电压均随第一直流系统正向（即正极随正极并且负极随负极）变化，则可判定为两极并列。

（2）若第二套直流系统的电压波形图中的正极与负极偏移电压仅有一极偏移电压随第一直流系统正向（即正极随正极或负极随负极）变化，则可判定为同极并列。

（3）若第二套直流系統的电压波形图中的正极与负极偏移电压随第一直流系统反向（即正极随负极并且负极随正极）变化，则判定为异极并列。

4 结语

切换桥模型通过检测对比两套直流系统的波形，判断两套直流系统异常并列的情况，具有极高的准确性。切换桥对直流系统产生电压波形变化，但其可控制在某个范围，不会造成“压差告警”“接地告警”等告警信号。同时，根据技术标准的要求，对切换桥的投切频率进行限制，以减少对原有的平衡桥和接地告警功能的影响。

[参考文献]

[1] 变电站直流电源系统技术规范：Q/CSG 1203003—2013[S].

收稿日期：2020-08-02

作者简介：刘新敏（1993—），男，广东人，助理工程师，从事继电保护及变电站综合自动化工作。