電廠直流系統(tǒng)二極管切換雙電源回路的特點分析和改造建議.docx

電廠直流系統(tǒng)二極管切換雙電源回路的特點分析和改造建議文 超（廣 州 蓄 能 水 電 廠 ，廣 州 510950）摘要 ：介 紹 二 極 管 切 換 雙 電 源 回 路的 優(yōu) 點 和 缺 陷 ，并 提 出 風 險 控 制 及 改 造 建 議 。關 鍵 詞 ：二 極 管 切 換 ；雙 電 源 回 路；直 流 系 統(tǒng)analysis and improvement suggestions of diode switching dual powercircuit in dc power systemwen chao(guangzhou pumped storage power plant, guangzhou 510950, china)abstract: the advantages and disadvantages of diode switching dual power circle are introduced. the risk control andimprovement suggestions are proposed.keywords: diode switching circle; double dc power supply; dc system均安裝微型開關 ，配 置 過流和熱偶保護 。 設 備 盤 柜 內(nèi)的微型開關與直流母線配電盤內(nèi) 的 分配開關相互配 合，并與母線開關形成級聯(lián) 保護 。see drawing sbt gzu 00 slc sd 001 sh 11-13 +20lcaomts0 引言廣 州 蓄能水電廠裝有 8 臺 300 mw 的 可 逆 式 機組 ，是目前 世界上裝機容量最大的抽水蓄 能 電 廠 之一 。 其機組具有容量大 、響 應 速 度 快 、無 功 調(diào) 節(jié) 范 圍大 、工況轉換快等優(yōu)點 ，在廣東電網(wǎng)乃至 南 方電網(wǎng)發(fā) 揮著重要的調(diào)峰填谷作用 。 廣蓄電 廠廠用直流系統(tǒng)采用 雙 母 線 設 計 ，母 線 之間設有手動聯(lián)絡開關 。直 流 系統(tǒng)的重要負荷均引入雙 母 線 的 直 流 電 源 ，經(jīng) 二 極 管 切換回路后接入控制盤柜等設 備 。 該類型的雙電源切換 回路在行業(yè)內(nèi)廣泛應用 ，設計簡單 ，可靠性高 。 但 二極管切換裝置本身的特點使得直流系統(tǒng)雙母 線 無法 完全 獨 立 ，存在一定運行風險 ，給 設 備 運 行 維 護 帶 來 一 定的不便 。13161316圖 1二極管切換雙電源回路2 二極管切換回路的特點2.1 優(yōu)點廣蓄電廠控制盤柜中直流 回路大量使用二 極 管切換的饋線電源回路 ， 目的是提升設備 的 電源 可 靠 性 ，增 強 冗 余 度 ，防止單一電源回 路 故障時控制設備 電 源 中 斷 。 在 直 流 兩 段 母 線 電 壓 均 等 時 ，二 極 管 切 換 回路能平均分配 負 荷至兩段 母 線 ；當其中一段母線故 障 時 ，二極 管能自動將負荷轉移至另一端母線 ，切 換快 速。 同時，采用二極管作為雙路電源無擾切換 元件 ，原 理 簡 單 ，元 件 可 靠 性 高 ，成 本 較 低 ，維 護 工 作 量 少 。在設備多年的運行過程中 ，二 極 管 切 換 回 路 未 出 現(xiàn) 任 何故障 ，充分體現(xiàn)了二極管切換 回路的優(yōu)點 。2.2 隱患1 二極管切換雙電源回路的配置方式某一控制盤柜采用的二 極管切換雙電源回 路 如 圖 1 所示。 該盤柜分別從直流系統(tǒng)兩段母線 各取一路 電 源 ，經(jīng)過二極管并聯(lián)在 一 起 ，利 用 二 極 管 的 “正 向 導 通 、反 向 隔 斷 ”特 性 ，實現(xiàn)兩路直流電源 的 無擾切換 。 二 極 管 采 用 simekron 大 電 流 二 極 管 ，壓 降 低 ，通 流 能 力 強 ，可 靠 性 高 。 設備盤柜內(nèi)引入的 兩 路直流電源 作 者 簡 介 ：文 超 (1981- )，工 程 師 ，碩 士 ，從 事 電 氣 設 備 的檢 修 維 護 工 作 。收 稿 日 期 ：2014-10-188512 期自動化應用2014電力專欄（1）兩 段 母 線 異 極 接 地 時 ，負荷端產(chǎn)生過電壓 ，如圖 2 所示。 兩段母線的電壓分別為 220v，當一段母線 負 極 接 地 ，二段母線正極接地時 ，二 極 管 切 換 回 路 下端的負荷側將產(chǎn)生最高 兩 倍 的 過 電 壓 ，將 對 負 荷 側 的 設備造成致命的損壞 。該情形在實際 運行中較為罕見 ，但 可 能 會 在 直 流電纜被外物壓傷受損時出現(xiàn) 。 也可能在 一段母線出現(xiàn) 直流接地故障后因未及 時 消 除 故 障 ，又 剛 好 出 現(xiàn) 另 一 段母線另外一極接地 ，導致該后果 。 一旦出現(xiàn)該情形 ， 將可能導致控制元 件 損 壞 ， 甚至造成保護 誤 動拒動 ， 后果嚴重 。 某電廠在調(diào)試和試運行期 間曾多次發(fā)生此故障，負荷端直流最高電 壓 升 至 1.7 倍 額 定 電 壓 ，燒 損 了部分控制元件及電源裝置 。0110.0v110.0vv2220vdcv1220vdc14.63ma-110.0v-110.0v14.63ma3.667mar2 r330k 30k3.667mar4 r530k 30k0v 3.667ma00a d80a d5d6d70v 3.667ma10.97ma10.97ma110.0v-109.3v10k21.93ma圖4同一段兩個二極管損壞（4）一 點 接 地 時 ，二 極管切換回路影響接地故障 查 找 。 負荷端出現(xiàn)正 極 接 地 后 ，由 于 正 負 極 之 間 有 漏 電 流 ，與正常不接地時產(chǎn)生的漏電 流 相差不大 ，影 響 接地查找儀判斷 ，造 成接地故 障難以查找消除 。 在 實 際運行維護中發(fā)現(xiàn) ，當直流系統(tǒng)單極出現(xiàn)非直接接地 時 ，由于二極 管切換回路的存在 ，兩段母線均出現(xiàn)絕 緣 低 報 警 ，接地查找儀測 得的各回路接地電流 相 差不 大，很難查找到準確接地點 。 直到接地故 障加劇 ，直流 母線單極電壓降低較多時方可查找到接地 點 。0vv2v1220.0v220vdc220.0vdc-220.0v3 風險控制及改造建議（1）設 備 改 造 前 ，從運行維護角度控制設備運行 風 險。在對設備改造前 ，應加強設備的 運 行 維 護 ，做 好 設備的定檢維護工作 ， 確保二極管元件的 可 靠安全 。同時運行維護人員應做 好 設 備 監(jiān) 盤 ，管控檢修維護作 業(yè) 風 險 ，防止設備出現(xiàn) 異極 接地或者異極短路的異常 情 況 ， 避免直流系 統(tǒng)出現(xiàn)過電壓或者環(huán)流 等 嚴 重 故 障。 在單極 接地故障時 ，應盡快查找接地點 ，消除接地故障。 接地故障的查找可通過拉路停電排查等 各種手 段判定故障點 ，提高故障處理的效率 。（2）減少二極管切 換 回 路 的 使 用 ，降 低 設 備 運 行 風 險。對電源冗余度 要求不高的控制設備 ，可 考 慮 將 雙 電源改造為單電源 ，減 少二極管切換回 路 在直流系統(tǒng) 中的使用 ，以達到降低設備風險 的目的 。（3）使 用 新型雙電源切換裝置替代二極管切換回 路，徹底消除設備隱患 。為消除二極管 切換回路的隱患 ，滿 足 重 要 控 制 設 備對直流電源的冗余需求 ，市 場 出 現(xiàn) 了 各 種 新 型 的 雙電源切換裝置 。該類型裝置主要 通過 dc/ac 隔離變換 器對雙路電源隔離后并 聯(lián) 輸 出 ，既 實 現(xiàn) 了 雙 路 電 源 的0r2r330k 30kr4r530k 30kd8d5d6d70v0v00219.2v-219.2vr110k圖2兩段母線異極接地（2）兩 段 母線異極短路時 ， 負 荷 端 產(chǎn) 生 過 電 壓 ，如 圖 3 所 示 。 兩段母線的電壓分別為 220v ，當 一 段 母線正極與二段母線負 極 短 路 時 ， 二 極 管 切 換 回 路下端的負荷側也將產(chǎn)生 最 高 兩 倍 的 過 電 壓 ， 將 對 負荷側的設備造成致命的損壞 。該 情 形 可 能 在電纜絕緣 損 傷 ， 或者人為誤碰導致兩段母線異極 短 路 時 出現(xiàn)。-18.48nv220.0vv2v1220vdc220vdc-220.0v-18.48nvr2r3r430k0vr530k30k 30kd8d5d6d70v0219.2v r110k-219.2v圖 3兩段異極短路（3）同 一 段 兩個二極管損壞 ，容易損壞蓄電池 ，如圖 4 所 示 。 當 一 段母線正負極二極管均擊穿 ，一 段 電 壓 又 比二段電壓低時 ，二段向一段充電 ，由 于 電 池 內(nèi)阻很小 ，將會產(chǎn)生大電流 ，容易損 壞蓄電池 。 但當直流 系統(tǒng)母線至直流配電柜之間配置有降壓 鏈 或者保 護二極管時 ，不會出現(xiàn)該情況 。無 縫 切 換 ，又 確 保了雙路電源的完 全 獨立 。圖 5 為 某一型號雙電源切換 裝 置 的 原 理 圖 ，j1、j2 為 互 為 閉 鎖的 接 觸 器 ，正 常 時 dc1 回 路 通 過 j1 供 電 至 輸 出 端 ，兩（下轉第 88 頁）86www.chinacaaa.co m自動化應用電力專欄要 求 ，斷路器的操作采用彈簧儲能的形式 ，以 提 高 開關的自動化操作性能 ；電流互感器設 計采用干式互感 器 ，以提高電力供應時相關操作的安全性 ；電 容 器 一 般采用散裝式和變?nèi)萘?電 容 器 ，以有 效地進行電容量 的 調(diào) 整 ，滿足縣城供電的 正 常運行 ；電能表采用電子 式 ，以保證電量記 錄 的準確性和可靠性 。 在 110kv 縣 城 變 電 站 設 計 中 ，為 了提高變電站的安全性 ，保 證 電力 的 正 常 供 應 ，一 次 性 配電設備的布置采用半高型布 靠性，并且采用計算機設備進行智能化控制 。 另外，對110kv 的光纖通信配備手動切換方式 ，以 保 證 特 殊 情 況下電力的正常供應 。 其 中 ，二次系統(tǒng)通信 采 用以太 網(wǎng) 通 信 設 計 ，以 提 高 變 電站出現(xiàn)故障 時供電的可靠性 和及時性 。2.7 電流電流的設計中，交流電使用兩臺變壓器，分別接 入10kv 和 35kv 母線，采用中性接地方式 ，以 提 高 變 電 站置 ，便于人們?nèi)粘Ｓ^ 察 和 檢 測 。變 電 站 的 一 次 性 設 備供電的可靠性和安全性；直流系統(tǒng)的電源采 用閥控式一般采用敞開的方式布置在屋外 。2.5 接地方 式在 110kv 縣城變電站的設計中 ，一 般 采 用 水 平 接鉛酸蓄電池 ，容量為220v，便于變電站短時斷電情況下的及時供電。 一般情況下，直流系統(tǒng)要和計算機控 制 系 統(tǒng) 相 連 接 ， 以 便 于 對 整 個 110kv 縣 城變電站進行智 能 化 遠 程 控 制 ，提高 變電站的可靠性和安全性 。地 ，特 殊情況可以采用 垂 直 接 地 形 式 。一 般 接 地 的 電容 電 流 超 過 10a 時 ，會 安 裝 消 弧 線 圈 ，以 保 證 110kv變 電站供電的穩(wěn)定 ，提高電力的質(zhì)量 。2.6 變電站 裝置2.6.1 保護裝 置110kv 縣城變電站的 保護裝置包括線路 、變 壓 器 和 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 等 ，形成一個封閉的組合 ，共 同 維護著變電站的穩(wěn)定性 、可 靠 性 和 安 全 性 。 對 于 110kv的 變 電 站 線 路 ，光纜的架設采用自承形式 ，以 保 證 高 頻信號的輸入質(zhì)量 ；主 變壓器的保 護主要采用瓦斯和 差 動 兩 種 ，110kv 側 后 備 變 壓 器的保護采用一般情況 下 的 保 護 設 計 ； 計算機 控制系統(tǒng)采用智能 化 應 用 系統(tǒng) ，將 110kv 縣城變電 站的所有相關信息進行統(tǒng) 一 建 模 ，并 對 參 數(shù) 進 行 合 適 的 設 置 ，以保證數(shù)據(jù)的準確性 、可靠 性和完整性 。2.6.2 自動裝 置在電力的輸送 過 程 中 ，會出現(xiàn)故障或其它情 況 導 致 的 瞬 間 斷 電 ，因 此 ，采 用 自 投 設 計 ，安 裝 線 路 自 動 中合 閘 ， 以 提 高 變 電 站在瞬間斷電 時 供電的及時性 、可3 結語110kv 縣城變電站設計需 要 遵 循 的 原 則 ：保 證 電 力 輸 送 過 程 的 安 全 性 、可靠性和穩(wěn)定性 ，降 低 變 電 站 的 建 設 成 本 ，提升變電站的服務水平 ，使 變 電 站 向 著 智能化 、自動化和信息化方向發(fā)展 。參考文獻1 王 曉 爽. 奧 林 110kv 全 戶 內(nèi) gis 變 電 站 設 計 研 究d.哈 爾 濱 ：哈 爾 濱 工 程 大 學,2007.2 吳 罡 ,李 琳 ,李 翔 .110kv 智 能 變 電 站 設 計 方 案 初 探 j.江 蘇 電 機 工 程,2011,（02）:31-353 吳 華 杰 .110kvgis 市 區(qū) 變 電 站 設 計 技 術 j.河 北 理 工 學 院 學 報,2003,（04）:54-604 張亮 喜.淺 談 110kv 玉 皇 變 電 站 設計j.科 技 信 息,2009,29:1017，10295 劉 守 剛 .110kv 智 能 變 電 站 設 計 及 其 可 靠 性 分