电厂直流系统二极管切换双电源回路的特点分析和改造建议.docx

电厂直流系统二极管切换双电源回路的特点分析和改造建议文 超（广 州 蓄 能 水 电 厂 ，广 州 510950）摘要 ：介 绍 二 极 管 切 换 双 电 源 回 路的 优 点 和 缺 陷 ，并 提 出 风 险 控 制 及 改 造 建 议 。关 键 词 ：二 极 管 切 换 ；双 电 源 回 路；直 流 系 统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均安装微型开关 ，配 置 过流和热偶保护 。 设 备 盘 柜 内的微型开关与直流母线配电盘内 的 分配开关相互配 合，并与母线开关形成级联 保护 。see drawing sbt gzu 00 slc sd 001 sh 11-13 +20lcaomts0 引言广 州 蓄能水电厂装有 8 台 300 mw 的 可 逆 式 机组 ，是目前 世界上装机容量最大的抽水蓄 能 电 厂 之一 。 其机组具有容量大 、响 应 速 度 快 、无 功 调 节 范 围大 、工况转换快等优点 ，在广东电网乃至 南 方电网发 挥着重要的调峰填谷作用 。 广蓄电 厂厂用直流系统采用 双 母 线 设 计 ，母 线 之间设有手动联络开关 。直 流 系统的重要负荷均引入双 母 线 的 直 流 电 源 ，经 二 极 管 切换回路后接入控制盘柜等设 备 。 该类型的双电源切换 回路在行业内广泛应用 ，设计简单 ，可靠性高 。 但 二极管切换装置本身的特点使得直流系统双母 线 无法 完全 独 立 ，存在一定运行风险 ，给 设 备 运 行 维 护 带 来 一 定的不便 。13161316图 1二极管切换双电源回路2 二极管切换回路的特点2.1 优点广蓄电厂控制盘柜中直流 回路大量使用二 极 管切换的馈线电源回路 ， 目的是提升设备 的 电源 可 靠 性 ，增 强 冗 余 度 ，防止单一电源回 路 故障时控制设备 电 源 中 断 。 在 直 流 两 段 母 线 电 压 均 等 时 ，二 极 管 切 换 回路能平均分配 负 荷至两段 母 线 ；当其中一段母线故 障 时 ，二极 管能自动将负荷转移至另一端母线 ，切 换快 速。 同时，采用二极管作为双路电源无扰切换 元件 ，原 理 简 单 ，元 件 可 靠 性 高 ，成 本 较 低 ，维 护 工 作 量 少 。在设备多年的运行过程中 ，二 极 管 切 换 回 路 未 出 现 任 何故障 ，充分体现了二极管切换 回路的优点 。2.2 隐患1 二极管切换双电源回路的配置方式某一控制盘柜采用的二 极管切换双电源回 路 如 图 1 所示。 该盘柜分别从直流系统两段母线 各取一路 电 源 ，经过二极管并联在 一 起 ，利 用 二 极 管 的 “正 向 导 通 、反 向 隔 断 ”特 性 ，实现两路直流电源 的 无扰切换 。 二 极 管 采 用 simekron 大 电 流 二 极 管 ，压 降 低 ，通 流 能 力 强 ，可 靠 性 高 。 设备盘柜内引入的 两 路直流电源 作 者 简 介 ：文 超 (1981- )，工 程 师 ，硕 士 ，从 事 电 气 设 备 的检 修 维 护 工 作 。收 稿 日 期 ：2014-10-188512 期自动化应用2014电力专栏（1）两 段 母 线 异 极 接 地 时 ，负荷端产生过电压 ，如图 2 所示。 两段母线的电压分别为 220v，当一段母线 负 极 接 地 ，二段母线正极接地时 ，二 极 管 切 换 回 路 下端的负荷侧将产生最高 两 倍 的 过 电 压 ，将 对 负 荷 侧 的 设备造成致命的损坏 。该情形在实际 运行中较为罕见 ，但 可 能 会 在 直 流电缆被外物压伤受损时出现 。 也可能在 一段母线出现 直流接地故障后因未及 时 消 除 故 障 ，又 刚 好 出 现 另 一 段母线另外一极接地 ，导致该后果 。 一旦出现该情形 ， 将可能导致控制元 件 损 坏 ， 甚至造成保护 误 动拒动 ， 后果严重 。 某电厂在调试和试运行期 间曾多次发生此故障，负荷端直流最高电 压 升 至 1.7 倍 额 定 电 压 ，烧 损 了部分控制元件及电源装置 。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图4同一段两个二极管损坏（4）一 点 接 地 时 ，二 极管切换回路影响接地故障 查 找 。 负荷端出现正 极 接 地 后 ，由 于 正 负 极 之 间 有 漏 电 流 ，与正常不接地时产生的漏电 流 相差不大 ，影 响 接地查找仪判断 ，造 成接地故 障难以查找消除 。 在 实 际运行维护中发现 ，当直流系统单极出现非直接接地 时 ，由于二极 管切换回路的存在 ，两段母线均出现绝 缘 低 报 警 ，接地查找仪测 得的各回路接地电流 相 差不 大，很难查找到准确接地点 。 直到接地故 障加剧 ，直流 母线单极电压降低较多时方可查找到接地 点 。0vv2v1220.0v220vdc220.0vdc-220.0v3 风险控制及改造建议（1）设 备 改 造 前 ，从运行维护角度控制设备运行 风 险。在对设备改造前 ，应加强设备的 运 行 维 护 ，做 好 设备的定检维护工作 ， 确保二极管元件的 可 靠安全 。同时运行维护人员应做 好 设 备 监 盘 ，管控检修维护作 业 风 险 ，防止设备出现 异极 接地或者异极短路的异常 情 况 ， 避免直流系 统出现过电压或者环流 等 严 重 故 障。 在单极 接地故障时 ，应尽快查找接地点 ，消除接地故障。 接地故障的查找可通过拉路停电排查等 各种手 段判定故障点 ，提高故障处理的效率 。（2）减少二极管切 换 回 路 的 使 用 ，降 低 设 备 运 行 风 险。对电源冗余度 要求不高的控制设备 ，可 考 虑 将 双 电源改造为单电源 ，减 少二极管切换回 路 在直流系统 中的使用 ，以达到降低设备风险 的目的 。（3）使 用 新型双电源切换装置替代二极管切换回 路，彻底消除设备隐患 。为消除二极管 切换回路的隐患 ，满 足 重 要 控 制 设 备对直流电源的冗余需求 ，市 场 出 现 了 各 种 新 型 的 双电源切换装置 。该类型装置主要 通过 dc/ac 隔离变换 器对双路电源隔离后并 联 输 出 ，既 实 现 了 双 路 电 源 的0r2r330k 30kr4r530k 30kd8d5d6d70v0v00219.2v-219.2vr110k图2两段母线异极接地（2）两 段 母线异极短路时 ， 负 荷 端 产 生 过 电 压 ，如 图 3 所 示 。 两段母线的电压分别为 220v ，当 一 段 母线正极与二段母线负 极 短 路 时 ， 二 极 管 切 换 回 路下端的负荷侧也将产生 最 高 两 倍 的 过 电 压 ， 将 对 负荷侧的设备造成致命的损坏 。该 情 形 可 能 在电缆绝缘 损 伤 ， 或者人为误碰导致两段母线异极 短 路 时 出现。-18.48nv220.0vv2v1220vdc220vdc-220.0v-18.48nvr2r3r430k0vr530k30k 30kd8d5d6d70v0219.2v r110k-219.2v图 3两段异极短路（3）同 一 段 两个二极管损坏 ，容易损坏蓄电池 ，如图 4 所 示 。 当 一 段母线正负极二极管均击穿 ，一 段 电 压 又 比二段电压低时 ，二段向一段充电 ，由 于 电 池 内阻很小 ，将会产生大电流 ，容易损 坏蓄电池 。 但当直流 系统母线至直流配电柜之间配置有降压 链 或者保 护二极管时 ，不会出现该情况 。无 缝 切 换 ，又 确 保了双路电源的完 全 独立 。图 5 为 某一型号双电源切换 装 置 的 原 理 图 ，j1、j2 为 互 为 闭 锁的 接 触 器 ，正 常 时 dc1 回 路 通 过 j1 供 电 至 输 出 端 ，两（下转第 88 页）86www.chinacaaa.co m自动化应用电力专栏要 求 ，断路器的操作采用弹簧储能的形式 ，以 提 高 开关的自动化操作性能 ；电流互感器设 计采用干式互感 器 ，以提高电力供应时相关操作的安全性 ；电 容 器 一 般采用散装式和变容量 电 容 器 ，以有 效地进行电容量 的 调 整 ，满足县城供电的 正 常运行 ；电能表采用电子 式 ，以保证电量记 录 的准确性和可靠性 。 在 110kv 县 城 变 电 站 设 计 中 ，为 了提高变电站的安全性 ，保 证 电力 的 正 常 供 应 ，一 次 性 配电设备的布置采用半高型布 靠性，并且采用计算机设备进行智能化控制 。 另外，对110kv 的光纤通信配备手动切换方式 ，以 保 证 特 殊 情 况下电力的正常供应 。 其 中 ，二次系统通信 采 用以太 网 通 信 设 计 ，以 提 高 变 电站出现故障 时供电的可靠性 和及时性 。2.7 电流电流的设计中，交流电使用两台变压器，分别接 入10kv 和 35kv 母线，采用中性接地方式 ，以 提 高 变 电 站置 ，便于人们日常观 察 和 检 测 。变 电 站 的 一 次 性 设 备供电的可靠性和安全性；直流系统的电源采 用阀控式一般采用敞开的方式布置在屋外 。2.5 接地方 式在 110kv 县城变电站的设计中 ，一 般 采 用 水 平 接铅酸蓄电池 ，容量为220v，便于变电站短时断电情况下的及时供电。 一般情况下，直流系统要和计算机控 制 系 统 相 连 接 ， 以 便 于 对 整 个 110kv 县 城变电站进行智 能 化 远 程 控 制 ，提高 变电站的可靠性和安全性 。地 ，特 殊情况可以采用 垂 直 接 地 形 式 。一 般 接 地 的 电容 电 流 超 过 10a 时 ，会 安 装 消 弧 线 圈 ，以 保 证 110kv变 电站供电的稳定 ，提高电力的质量 。2.6 变电站 装置2.6.1 保护装 置110kv 县城变电站的 保护装置包括线路 、变 压 器 和 计 算 机 控 制 系 统 等 ，形成一个封闭的组合 ，共 同 维护着变电站的稳定性 、可 靠 性 和 安 全 性 。 对 于 110kv的 变 电 站 线 路 ，光缆的架设采用自承形式 ，以 保 证 高 频信号的输入质量 ；主 变压器的保 护主要采用瓦斯和 差 动 两 种 ，110kv 侧 后 备 变 压 器的保护采用一般情况 下 的 保 护 设 计 ； 计算机 控制系统采用智能 化 应 用 系统 ，将 110kv 县城变电 站的所有相关信息进行统 一 建 模 ，并 对 参 数 进 行 合 适 的 设 置 ，以保证数据的准确性 、可靠 性和完整性 。2.6.2 自动装 置在电力的输送 过 程 中 ，会出现故障或其它情 况 导 致 的 瞬 间 断 电 ，因 此 ，采 用 自 投 设 计 ，安 装 线 路 自 动 中合 闸 ， 以 提 高 变 电 站在瞬间断电 时 供电的及时性 、可3 结语110kv 县城变电站设计需 要 遵 循 的 原 则 ：保 证 电 力 输 送 过 程 的 安 全 性 、可靠性和稳定性 ，降 低 变 电 站 的 建 设 成 本 ，提升变电站的服务水平 ，使 变 电 站 向 着 智能化 、自动化和信息化方向发展 。参考文献1 王 晓 爽. 奥 林 110kv 全 户 内 gis 变 电 站 设 计 研 究d.哈 尔 滨 ：哈 尔 滨 工 程 大 学,2007.2 吴 罡 ,李 琳 ,李 翔 .110kv 智 能 变 电 站 设 计 方 案 初 探 j.江 苏 电 机 工 程,2011,（02）:31-353 吴 华 杰 .110kvgis 市 区 变 电 站 设 计 技 术 j.河 北 理 工 学 院 学 报,2003,（04）:54-604 张亮 喜.浅 谈 110kv 玉 皇 变 电 站 设计j.科 技 信 息,2009,29:1017，10295 刘 守 刚 .110kv 智 能 变 电 站 设 计 及 其 可 靠 性 分