直流电源分配柜供电可靠性的分析与改进

2021-07-19郭钧，许震

船电技术 2021年6期

关键词：直流电源二极管直流

郭钧，许震

直流电源分配柜供电可靠性的分析与改进

郭钧，许震

（国家能源集团谏壁发电厂，江苏镇江 212006）

本文分析了直流电源分配柜采用二极管耦合并联供电方式的可靠性，在此基础上提出采用专用直流电源切换装置以消除二极管耦合对直流电源可靠性的影响，并对新切换装置进行了相关说明。经测试验证，该装置满足了所述分配柜系统运行可靠性要求。

直流电源分配柜供电方式二极管耦合

0 引言

直流电源分配柜系统能否正常运行直接影响到所供负载的安全性和可靠性，而独立于DCS系统的保护，如DEH、ETS、MFT等均采用直流电源，其目的是当DCS系统失灵时，不造成机组设备的重大故障，故作为直流系统分配柜电源的可靠性则显得尤为重要。

1 现有直流电源分配柜直流供电方式

为确保供电回路的可靠性，以前采用较多的方法，就是利用二极管单向导通的特性作为切换方式，例如：采用两个二极管（两路正极串联二极管）负极直连通，或采用四个二极管（两路的正负极都串有二极管）负极直连通，如图1所示。某厂直流电源分配柜，其直流电源由双路直流电源供电，采用二极管耦合并联供电方式，其原理如图2所示。其接线方式，违反了《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中的相关要求。

图1 四个二极管回路

图2 直流电源分配柜电源侧采用二极管耦合原理

2 二极管耦合并联供电问题分析

2.1 未实现两路电源电气完全隔离

二极管耦合是利用二极管的单向导通特性，但二极管反向存在漏电流，并不能实现真正意义上的主、辅电源隔离。正常情况电气的两段直流电源之间有联络开关，但是平时联络开关是断开的，只有在一段直流电源需要停电检修时才会合上联络开关。二极管相当于人为地在两段直流电源上增加了一个联络开关，并且这个“开关”还一直处于“合闸”位置，这对于110 V直流系统的安全运行带来很大危害。

2.2 直流接地时引起误报警

直流系统绝缘不良或接地时，直流I、II母的绝缘在线监察装置均出现报警，影响故障点的查找。

2.3 违反了相关的反措要求

根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的相关规定，110V及以上蓄电池供电的双路直流供电电源应防止在分配盘柜合环运行，采用双向二极管实现电源无扰切换的装置应逐步淘汰，淘汰前要定期检查二极管压降，若发现击穿，立即更换。

从直流电源的特点分析，直流电源的最大特点是：不接地系统，正负极电压为110 V或220 V，正对地和负对地电压是变动的，而现场多数的直流电源可以测量出正对地电压、负对地电压，目的是为了便于查找直流接地在正负对地之间人为地接入了阻值较大的平衡电阻。为维护直流电源经常需要查找直流接地。直流一点接地不可怕，可怕的是两点接地。当出现一点接地会引起直流接地绝缘监测装置报警，需要及时查找到接地点，将隐患消除。二极管具有电路简单、可靠性高、造价低的特点，但是二极管不具备电气隔离，容易造成绝缘检测装置的误报或乱报，给查找接地带来困难。采用二极管切换方式，由于直流系统可以一点接地运行，双路电源是引自不同的蓄电池组的不同的直流电源系统，任何一路单点接地都可以正常工作。由此我们可以来分析一下，采用两个二极管的模式，会直流造成正负短路，引起开关跳闸。采用四个二极管的模式如图4所示，假设第一路负接地，第二路正接地，会造成什么结果呢？

直流电源的特性就是低导通、高截止，也就是说从电位高的地方向电位低的方向流，见简化图图4。

图3 四个二极管的模式下接地

图4 四个二极管的模式下接地简化图

从图4中可以看出1路负接地，相当于把第一路电源的负极电位抬高到0 V，2路的正接地，相当于把2路的正电位拉低到0 V。以220 V为例，第一路正负电压220 V，正对地220 V，负对地0 V。第二路正对地0 V，负对地-220 V。正常情况下，两路分别为正对地+110 V，负对地-110 V，正负之间220 V，当发生直流接地时，正负之间电压不变，只是改变了对地的电位。看第一路电源，正极出发看电流流向，通过D1二极管到负载，理应经过D2二极管回到第一路的负极，但现在第一路负极电位抬高到0 V，而负载的另一支路D4二极管对第二路电源负极电位是-220 V，所以低导通高截止，整个回路就从第一路正极出发经D1二极管到负载，经D4二极管到第二路负极，相当于把第一路电源和第二路电源串联施加到负载，必然造成负载无法承受2倍额定电压，这样的真实案例在现场出现较多。

3 直流电源分配柜配置改进方案

3.1 改进方案

该厂利用检修机会结合生产现场实际，将直流两路电源由二极管耦合并联供电方式改为采用进口大功率直流真空接触器作为转换开关，同时辅助以大功率DC/DC转换电路，来保证在转换开关开断瞬间输出电压稳定，满足双路电源之间的隔离要求，避免直流系统接地故障时的相互影响。

3.2 直流双电源转换装置原理

装置基本原理框图如图5所示，输入电源回路1（以下简称主电）以及输入电源回路 2（以下简称备电）分别经二极管、接触器以及直流隔离单元（DC/DC）并联到输出端。两个独立的装置电源1，2输入端分别取自电源1路和电源2路，同时为装置内部的逻辑回路供电，以保证任何一路输入失电时，装置内部逻辑不受影响。

图5 直流双电源转换装置原理框图

装置正常工作时，其中主电源经防反二极管直接输出，备用电源开关ZKJ触点处于断开状态，直流隔离变换单元（DC/DC）亦处于工作状态，与主电源对负载并联供电。当主电源由于故障造成电压跌落或失电时，装置内电压检测回路检测到输入端电压变化。当电压值跌落到额定电压的 75%Un（±5 V）时，装置判断该路电源出现故障，发出切换命令，ZKJ接通，将输出电压切换到备用电源上。经测试整个切换过程约为 1ms，在切换过程中，装置的 DC/DC 回路将输出端电压变化不超过±10%。当主电源直流系统故障排除，恢复供电时，装置面板对应电源指示灯亮，装置自动切换回主电源供电。当切换装置为冗余双机配置时，两台装置在主电源失电时会同步切换，确保设备工作状态相同。