直流系統(tǒng)主動(dòng)式接地保護(hù)裝置研究與開發(fā)

接地故障是直流系統(tǒng)常見(jiàn)的故障類型，現(xiàn)有接地故障處理方法僅能對(duì)接地故障進(jìn)行報(bào)警，不能從根本上解決接地故障帶來(lái)的危害。文章提出基于電力電子技術(shù)的帶故障隔離功能的主動(dòng)式接地保護(hù)，介紹其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析保護(hù)實(shí)現(xiàn)的原理，對(duì)比討論該保護(hù)裝置的性能優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)行保護(hù)裝置的軟硬件設(shè)計(jì)，對(duì)保護(hù)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用介紹。0引言直流系統(tǒng)主要應(yīng)用于各類變電站、火電廠和水電廠等使用直流設(shè)備的場(chǎng)合。作為電力二次系統(tǒng)的重要組成部分，直流系統(tǒng)是繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、遙控電源、操作回路、信號(hào)回路、微機(jī)以及五防系統(tǒng)的直流供電電源，包括交流充電裝置、饋電屏、蓄電池組、電池巡檢裝置、監(jiān)控單元和絕緣監(jiān)測(cè)等。直流系統(tǒng)的故障主要是饋線屏后所帶的各支路負(fù)荷之間的相互影響造成的，即饋線屏后端出現(xiàn)故障是導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)的根源，接地故障是最常見(jiàn)的故障類型。絕緣降低故障主要體現(xiàn)在正極或負(fù)極絕緣降低，若不及時(shí)處理，則有可能發(fā)展成金屬接地。交流竄入直流系統(tǒng)，由于直流回路是正負(fù)極對(duì)地絕緣系統(tǒng)，而交流回路是接地系統(tǒng)，若發(fā)生混線，勢(shì)必會(huì)造成直流接地。1直流系統(tǒng)接地類型及危害直流接地故障一般可分為3種類型，正極接地、負(fù)極接地、兩點(diǎn)接地。若直流系統(tǒng)正極接地，有可能使繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)作。因?yàn)橐话闾l、合閘線圈通常與負(fù)極電源接通，若此時(shí)正極電源越過(guò)操作按鈕或開關(guān)接點(diǎn)，接地時(shí)就有可能引起誤動(dòng)作。若直流系統(tǒng)負(fù)極接地，有可能使繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置拒動(dòng)作。因?yàn)樘l、合閘線圈此時(shí)被接地點(diǎn)短接而產(chǎn)生拒動(dòng)。若兩點(diǎn)接地，可能將某些繼電器短接，不能動(dòng)作于跳閘、甚至越級(jí)跳閘。直流回路短路電流會(huì)使電源保險(xiǎn)熔斷，并有可能燒壞繼電器觸點(diǎn)，直流保險(xiǎn)熔斷會(huì)使保護(hù)及操作等失去電源。1造成信號(hào)裝置、繼電保護(hù)和斷路器的誤動(dòng)作2兩點(diǎn)接地可以引起斷路器拒動(dòng)3兩點(diǎn)接地引起熔斷器熔斷2主動(dòng)式接地保護(hù)系統(tǒng)工作原理以及總體設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)檢測(cè)原理國(guó)家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（國(guó)能安全［2014］161號(hào)）明確要求“新投入或改造后的直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，不應(yīng)采用交流注入法測(cè)量直流電源系統(tǒng)絕緣狀態(tài)。在用的采用交流注入法原理的直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，應(yīng)逐步更換為直流原理的直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置?！币虼耍疚牟捎貌黄胶怆姌蚍梢暂^好的實(shí)現(xiàn)正負(fù)母線的對(duì)地絕緣電阻和接地情況監(jiān)測(cè)。2.2主動(dòng)式接地保護(hù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)了解其運(yùn)行狀態(tài)，是預(yù)防和處理直流系統(tǒng)故障的前提條件。同時(shí)對(duì)故障進(jìn)行隔離，使得故障不會(huì)在負(fù)載側(cè)和電源側(cè)進(jìn)行傳播，或者負(fù)載側(cè)單條線路的故障不會(huì)傳播到其他負(fù)載線路，這是減小故障影響的有力措施。根據(jù)這種思路，減少直流系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、保護(hù)裝置的數(shù)量，將系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、故障隔離、保護(hù)等功能進(jìn)行集成，形成直流系統(tǒng)監(jiān)測(cè)隔離保護(hù)裝置。電力電子器件的發(fā)展使得電力電子技術(shù)得到更加廣泛的應(yīng)用，在高壓直流輸電工程上通常利用電力電子設(shè)備將保護(hù)和控制集成于一體，得到非常好的應(yīng)用效果。直流系統(tǒng)可以借鑒此經(jīng)驗(yàn)，研究開發(fā)基于電力電子技術(shù)的監(jiān)測(cè)隔離保護(hù)裝置，將其串聯(lián)在直流母線和各支路之間，即一條支路對(duì)應(yīng)一個(gè)該裝置，減小故障影響，提高直流系統(tǒng)的供電可靠性。如圖4所示，在母線與負(fù)荷之間增加隔離型DC/DC變換器，將直流母線和負(fù)荷進(jìn)行隔離，主動(dòng)式接地短路保護(hù)（ActiveGroundProtection，AGP）則集成在DC/DC變換器中。主動(dòng)式接地保護(hù)集成在隔離型DC/DC變換器之中，串聯(lián)于直流母線與各負(fù)荷之間，這樣對(duì)母線進(jìn)行了分段，大大減小了分布電容，在一定程度上防止“直流一點(diǎn)接地”導(dǎo)致電容放電引起保護(hù)誤動(dòng)。3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用在某直流系統(tǒng)中，通過(guò)將主動(dòng)式接地保護(hù)裝置串接在直流母線和各支路之間，即1條支路對(duì)應(yīng)1個(gè)裝置，實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)的接地故障保護(hù)或減小故障造成的影響，提高直流系統(tǒng)的供電可靠性。主動(dòng)式接地保護(hù)裝置在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的接線原理如圖所示。

主動(dòng)式接地保護(hù)裝置接線原理圖由圖可知，將主動(dòng)式接地保護(hù)裝置安裝在直流母線與支路之間，可以實(shí)現(xiàn)直流母線與各個(gè)支路的電氣隔離。如果任何一條支路發(fā)生接地故障，接地故障不會(huì)傳播到整個(gè)直流系統(tǒng)，防止了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，因此，通過(guò)在直流系統(tǒng)中加裝主動(dòng)式接地保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地故障的主動(dòng)隔離和保護(hù)。4結(jié)語(yǔ)本文分析了直流系統(tǒng)的接地故障，提出了基于電力電子技術(shù)的主動(dòng)式接地保護(hù)方法，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)可知，主動(dòng)式接地保護(hù)裝置可以有效的隔離直流系統(tǒng)的接地故障，判斷出接地類型，將故障限制在本支路，同時(shí)