直流系統(tǒng)電流電壓快速保護(hù)系統(tǒng)

李虎

摘要：社會(huì)進(jìn)步迅速，我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展也有了改善。直流系統(tǒng)發(fā)生過(guò)流或過(guò)壓故障時(shí)，相關(guān)電氣設(shè)備所受損傷與故障存續(xù)時(shí)間有直接關(guān)系。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重過(guò)流或過(guò)壓故障時(shí)，有必要通過(guò)快速保護(hù)系統(tǒng)切除故障來(lái)減輕故障的影響。本文設(shè)計(jì)了一套響應(yīng)迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的直流電流電壓快速保護(hù)系統(tǒng)，可在直流系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)流故障（如短路）或過(guò)電壓故障（如整流模塊異常）時(shí)快速響應(yīng)，輸出穩(wěn)定信號(hào)送至開(kāi)斷元件控制回路，以作用于故障隔離，縮短直流系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)受故障的時(shí)間。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng);電流電壓;快速保護(hù)系統(tǒng)

引言

變電站直流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，通常用作控制、保護(hù)、信號(hào)指示、自動(dòng)裝置、事故照明等負(fù)荷的電源。直流系統(tǒng)是絕緣系統(tǒng)，正常情況下，正、負(fù)極對(duì)地絕緣電阻值相等，對(duì)地電壓平衡。直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，正、負(fù)極對(duì)地電壓發(fā)生變化，接地極對(duì)地電壓降低，非接地極電壓升高。此時(shí)，并不影響直流系統(tǒng)運(yùn)行，如果再發(fā)生第二點(diǎn)接地，就可能造成斷路器保護(hù)回路的誤動(dòng)、拒動(dòng)，或者引起直流電源短路。因此，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，應(yīng)快速查找接地點(diǎn)并及時(shí)消除故障隱患。

1概述

直流系統(tǒng)在變電站中為控制信號(hào)繼電保護(hù)自動(dòng)裝置和事故照明等提供可靠直流電源。直流系統(tǒng)采用的是雙極對(duì)地絕緣運(yùn)行方式，當(dāng)發(fā)生正極接地時(shí)，由于電磁操作機(jī)構(gòu)跳閘線圈通常接于負(fù)極電源，若回路發(fā)生接地或絕緣不良，會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng);當(dāng)發(fā)生負(fù)極接地時(shí)，如果回路有一點(diǎn)接地，就容易造成跳閘或合閘回路短路，使繼電保護(hù)拒動(dòng)或斷路器拒動(dòng)或熔斷器熔斷。因此，直流系統(tǒng)不允許一極長(zhǎng)時(shí)間接地運(yùn)行。以往拉路法查找直流接地的方法，根據(jù)接地信號(hào)是否消失來(lái)判斷故障范圍，并隔離故障元件。拉路法更容易對(duì)裝置造成沖擊，以致裝置誤發(fā)信號(hào)，且存在危險(xiǎn)性。隨著繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置微機(jī)化，使用在線式接地自動(dòng)選線裝置進(jìn)行查找接地成為一種普遍方法。

2故障查找方法

2.1絕緣檢測(cè)裝置查找法

目前，微機(jī)型絕緣檢測(cè)裝置在直流系統(tǒng)中已得到普遍使用，它能實(shí)時(shí)檢測(cè)直流母線和各饋電支路的絕緣狀況，并顯示直流系統(tǒng)正常工作的合母電壓、控母電壓、正負(fù)母線對(duì)地絕緣狀況等信息。在各條饋出直流回路上均安裝漏電流傳感器，輸出電壓信號(hào)至絕緣檢測(cè)裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生直流接地故障時(shí)，絕緣檢測(cè)裝置對(duì)各條分支線路所采集信號(hào)進(jìn)行分析判斷，自動(dòng)完成查找接地支路的功能，并將故障信息傳輸至直流電源綜合測(cè)控裝置及后臺(tái)監(jiān)控機(jī)。測(cè)控裝置發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，并顯示接地回路的編號(hào)、正負(fù)極對(duì)地電壓及電阻的數(shù)值。

2.2瞬時(shí)拉路法

未安裝微機(jī)型絕緣檢測(cè)裝置的直流系統(tǒng)，可采用瞬時(shí)拉路法查找接地故障點(diǎn)。故障點(diǎn)拉路查找時(shí)，一般先拉室外，再拉室內(nèi);并根據(jù)負(fù)荷的重要性，先拉對(duì)安全影響較小的信號(hào)、照明回路，再拉合閘（儲(chǔ)能）回路，最后拉控制保護(hù)回路。拉路時(shí)，切斷各直流分支回路的時(shí)間一般不超過(guò)3s。

3直流系統(tǒng)電流電壓快速保護(hù)系統(tǒng)

3.1疊加低頻信號(hào)法

母線采集電壓信號(hào)元件取出正極對(duì)地電壓和負(fù)極對(duì)地電壓，A/D轉(zhuǎn)換后顯示正極對(duì)地電壓及電阻，負(fù)極對(duì)地電壓及電阻，越過(guò)定值告警。支路檢查用極低頻信號(hào)源（小于9Hz），饋入直流系統(tǒng)與地之間，用小型電流互感器（TA），同時(shí)穿套在各支路的出線上。由于通過(guò)互感器直流電流大小相等，方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵銷，互感器不反映直流電流部分的信號(hào)。注入在正負(fù)母線上交流信號(hào)幅值相等，方向相同，在互感器二次側(cè)輸出電流正比于通過(guò)正、負(fù)極對(duì)地電阻和電容的電流的相量和，設(shè)發(fā)送信號(hào)頻率為f，有效電壓為u，接地電阻為Rg，分布電容為C，則流過(guò)Rg的電流為：IR=U/Rg，而流過(guò)分布電容上的容性電流為：Ic=U/（1/2πfc）=2πfcu，將電阻性電流和電容性電流分開(kāi)，取電阻性電流分量，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送至微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，顯示支路號(hào)和對(duì)應(yīng)的對(duì)地電阻值。

3.2配電網(wǎng)的有向拓?fù)涿枋?/p>

配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有串聯(lián)型和并聯(lián)型，由于并聯(lián)型可靠性較高，因此應(yīng)用廣泛。并聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)又分為樹(shù)狀和環(huán)狀，無(wú)論是何種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，均由開(kāi)關(guān)和架空線路以及各種其他器件構(gòu)成。因此簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)組成，進(jìn)而得到配電網(wǎng)的有向拓?fù)?。因此由定義可將配電網(wǎng)線路交點(diǎn)看作頂點(diǎn)，將相鄰兩頂點(diǎn)之間的饋線看成邊，則配電網(wǎng)可看作是一個(gè)圖，這時(shí)配電網(wǎng)中頂點(diǎn)和饋線的聯(lián)結(jié)關(guān)系就可用圖的定義來(lái)描述，進(jìn)而可采用定義2中的鄰接矩陣對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)涿枋?。考慮流過(guò)配電饋線上的電流方向，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，電流方向會(huì)發(fā)生突變，則可將配電網(wǎng)的饋線看作有向邊。假設(shè)配電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n，對(duì)應(yīng)地用n階鄰接矩陣D描述配電網(wǎng)絡(luò)（下稱網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃嚕Ｈ艄?jié)點(diǎn)i和j之間存在一條由i指向j的邊，則矩陣D中元素dij=1;若節(jié)點(diǎn)i和j之間存在一條由j指向i的邊，則矩陣D中元素dij=-1;其余情況元素皆為0，且末端節(jié)點(diǎn)也全部置0。即各個(gè)電流互感器的正方向規(guī)定為臨近頂點(diǎn)指向線路。

3.3動(dòng)作過(guò)程

假定對(duì)于直流電流測(cè)量裝置輸出信號(hào)，判別是否有過(guò)流故障的閾值為USET，發(fā)光二極管開(kāi)啟電壓為UTH，則運(yùn)算放大器增益A只要滿足A×USET=UTH，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)快速過(guò)流保護(hù)。正常運(yùn)行時(shí)，直流電流測(cè)量裝置的輸出信號(hào)始終小于USET，則A×u（t）

3.4對(duì)直流接地選線裝置運(yùn)行維護(hù)及選型的建議

（1）根據(jù)變電站直流系統(tǒng)規(guī)模特點(diǎn)，選擇選線方法合適的接地選線裝置.（2）安裝調(diào)試時(shí)，必須在支路的首端、中端及末端進(jìn)行不同電阻的接地試驗(yàn)。（3）對(duì)低頻信號(hào)注入法接地選線裝置，還要直流支路在不同對(duì)地電容值下，檢測(cè)裝置對(duì)電阻性電流及電容性電流的分辨能力;或選用有雙頻信號(hào)發(fā)生器接地選線裝置。（4）支路編號(hào)必須準(zhǔn)確，顯示一致，否則無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確查找。（5）定期進(jìn)行人工巡檢試驗(yàn)，每年要進(jìn)行一次全面接地檢測(cè)預(yù)試。（6）由于技術(shù)上的局限性，不要過(guò)度依賴接地選線裝置，還須結(jié)合傳統(tǒng)的查找接地方法加以判斷，以提高查找準(zhǔn)確性和效率。

結(jié)語(yǔ)

變電站直流系統(tǒng)是否安全可靠運(yùn)行直接關(guān)系到供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，檢修工作人員要了解直流電源的工作原理，熟悉直流供電回路及斷路器等設(shè)備的二次控制保護(hù)原理及接線情況。在故障查找、判斷時(shí)，應(yīng)多留意各類監(jiān)視設(shè)備指示、天氣變化、有無(wú)操作等信息，并總結(jié)各類故障查找方法，積累故障處理經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王曉剛，肖立業(yè).Z源LCL型光伏并網(wǎng)逆變器的綜合控制策略[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2016，37（11）：2965—2972.

[2]張穎超，龍江濤，郭振，等.基于新型混合儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2014，35（12）：461—2467.