直流开关虚接的风险及防范措施研究

赵宇豪 郑广召 道常凡 杨升正

摘要：直流开关虚接后，开关操作把手到位，但实际上电路未导通，可能造成直流母线停电等严重后果。本文介绍了直流开关虚接产生的原因及危害，提出了一种防范直流开关虚接的方法，对发电厂、变电站直流系统的日常检修、维护起到一定的参考作用。

关键词：直流系统;开关;虚接

Abstract：After the DC switch is virtual connected， the switch operation handle is in place， but in fact， the circuit is not connected， which may cause serious consequences such as DC bus power failure. This paper introduces the causes and harm of DC switch virtual connection， and puts forward a method to prevent DC switch virtual connection， which plays a certain reference role in the daily maintenance and repair of DC system in power plant and substation.

Key word：DC system; switch; virtual connected.

0 引言

直流系统是发电厂、变电站的重要组成部分，其作用是为控制、信号、继电保护和自动化装置以及断路器分、合闸回路、直流电动机、交流不停电电源、事故照明等设备供电。直流系统正常运行与否关系到安自装置、继电保护及断路器能否正确动作，会影响电厂乃至整个电网的安全稳定运行，应保证在任何情况下都能可靠和不间断地向所用设备供电。

直流开关因制造、安装、运行工况恶劣等原因可能发生虚接现象，即开关操作把手到位但实际上电路未导通，可能造成直流母线停电等严重后果，对电厂、变电站乃至电网的安全稳定运行造成严重影响。

1 直流开关虚接危害分析

电厂、变电站中常使用双母、双充（三充）、双蓄接线方式的直流系统，如图1所示。

正常情况下母线分段运行，即联络开关QS3分闸，两段母线分别由各自的充电机和蓄电池组供电，QS1、QS2、QS4、QS5均合闸。

当检修时母线倒换至联络运行，两段母线由同一组充电机和蓄电池供电。以1号充电机、1号蓄电池检退出为例，此时联络开关QS3合闸，充电机输出开关QS1、蓄电池输出开关QS2分闸。

在直流母线由分段倒至联络运行过程中，操作顺序为合QS3、分QS2、分QS1，此时若联络开关QS3虚接，会使得I段直流母线停电。

在直流母线由联络倒至分段运行过程中，操作顺序为合QS1、合QS2、分QS3，此时若QS1、QS2虚接，会使得I段直流母线停电。

2 防范直流虚合的措施探究

直流开关虚接隐蔽性强，危害严重，因此在直流系统倒闸操作过程中应确保开关合闸到位。目前我们判断开关是否合闸到位主要是依靠观察开关的机械指示和电气指示来实现的。

开关厂家一般会在开关的操作把手或操作机构上标注分合闸标志，即机械指示，例如合闸标志为“—”，分闸标志为“〇”等等。开关操作到位后，其位置应指向分合闸标志，另外开关操作过程中会有一定的操作阻力，分合闸到位后会发出明显的“咔哒”声。若操作过程中阻力过小或没有发出到位的“咔哒”声，或者开关处于中间位置则说明未分合成功。

直流開关大多都配置了辅助接点，当开关分合闸后，辅助接点会同步闭合或断开，并将位置信号上送至监控系统，这样我们就可以在监控系统上到看到开关的分合闸状态，即开关的电气指示。若开关操作后监控系统上未收到到相应的变位信号，说明开关可能未分合成功。

当开关由于接触不良、结构变形等原因虚接时，可能无法通过观察机械指示和电气指示来判断开关的实际状态，于是我们需要寻求新的方法来解决此问题。

2.1 直流系统倒闸过程中电流变化分析

无论是传统的线性电源还是开关电源，都有其相应的外特性曲线[1][2]，如图2所示。直流系统分段运行时，充电机工作于a1（I1，V1），b1（I2，V2）上;当联络运行时，充电机工作于a2（I1’，V0），b2（I2’，V0）上。可以发现倒闸操作后，充电机输出电流会发生一定变化，因而可以利用观察是否有电流变化来辅助判断开关是否分合闸到位。

2.3 实际数据分析

以某电厂一次直流系统倒闸为例，倒换过程中电流变化情况如下：

可以发现分段倒联络操作中，合上QS3（联络开关）后1号充电机和2号充电机的输出电流均发生了明显变化，即可以判断QS3合闸成功，此时再断开QS2和QS1不会使得母线停电。

在联络倒分段操作中，合上QS2（蓄电池输出开关）后 1号充电机、2号充电机以及蓄电池均有明显的电流变化，此时再断开QS3后不会使得母线停电。

在对直流系统21次历史倒闸操作数据进行统计，发现分段倒联络过程中合上QS3后有18次电流变化明显，占总数的85.7%。另外3次操作电流变化不明显，是因为这几次操作中直流母线所带负荷很小且两段母线负载相差不大，故电流变化不明显。联络倒分段过程中合上QS2后，21次操作电流均发生了明显变化。

3 结语

本文通过对直流系统倒闸过程中充电机输出电流变化进行了分析，发现在分段倒联络操作中，观察联络开关合闸前后是否发生电流变化可以辅助判断联络开关是否虚合;联络倒分段过程中，观察蓄电池输出开关合闸前后是否发生电流变化可以辅助判断蓄电池输出开关是否虚合。虽然在小部分倒闸操作中，由于母线负载小或母线负载接近而电流变化不敏感，但总体来说该方法还是可行的，对发电厂、变电站直流系统的日常运行、检修及维护起到一定的参考作用。

参考文献：

[1]韦聪颖，张波.开关电源并联运行及其均流技术[J].中国电机工程学报，2004，（1）：23-26.

[2]盛春玲，段德意，刘敏，等.模块电源及其在电源系统中的应用[J].中国新技术新产品，2011，（2）：12.

作者简介：

赵宇豪，男，工程师，从事水电站运行管理工作。