雙直流電源供電問題的研究與優化

錢曉忠，黃盛聰，胡　敏（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙 410213）

雙直流電源供電問題的研究與優化

錢曉忠，黃盛聰，胡敏
（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙 410213）

摘要：通過對雙直流電源回路供電系統進行描述，分析了雙直流電源回路中二極管所起到的隔離作用，與此同時，二極管的隔離也給直流系統帶來了巨大的潛在威脅。從原理上闡述了雙直流電源供電對接地查找帶來的困擾，更重要的是，它會對直流系統的電壓產生很大影響并產生直流接地，為此，從原理著手得出了雙電源供電的優化方案。

關鍵詞：直流系統；抽水蓄能電站；絕緣監測儀；雙電源

1　引言

隨著科學技術的發展，各行各業對直流電源的穩定性和可靠性要求越來越高。直流系統是火車、通信、發電廠、變電站的一個重要的組成部分，直流系統是其斷路器的控制回路、信號回路、繼電保護和自動裝置等二次回路所需的不間斷電源，因此，直流系統一旦出現故障，將會給發電廠所有控制系統設備帶來嚴重影響，并危及電廠的安全運行。

直流系統的故障一般表現為直流接地和直流系統的電壓波動，這也是發電廠和變電站的主要問題。直流接地是一種常見且對電力系統危害較大的故障，直流系統正極接地可能造成保護裝置誤動，負極接地造成拒動，因此，不允許直流系統在出現一點接地的情況下長期運行，必須對直流系統的接地問題進行排查。對于一般的直流接地問題，目前的絕緣監測儀很容易能夠查找出接地支路，但是在實際的應用中，很多設備的負載對電源的可靠性要求極高，因此采用了雙電源回路供電的方式，且大多是采用二極管來對雙電源進行隔離，而二極管進行隔離的雙電源回路會產生直流接地和過電壓的問題，目前這一問題是很難解決的。為此，本文對雙電源所形成的環路供電方式進行了分析，并著重分析了環路接地時整個環路接地網絡中各個支路漏電流的分布情況，提出了解決這一問題的實際方法，既能保證電源的可靠性，也能保證直流系統的安全。

2　雙電源供電回路描述

目前黑麋峰電廠出現的雙電源供電問題主要出現在勵磁和調速器系統，其控制電源供電如圖1所示。

圖1雙直流供電示意圖

圖1中分別有直流電源I和直流電源II，直流電源I的正極與直流電源II的正極分別用正向并聯的二極管D1和D3進行隔離，直流電源I的負極與直流電源II的負極分別用反向并聯的二極管D2和D4進行隔離，這樣在正常情況下是可以做好完全隔離的，只要兩回電源的電壓完全一致，沒有出現波動，則兩回電源就不產生影響，它會以一個輸出電壓高的二極管反向截止一個電壓輸出低的二極管的方式實現隔離。但這僅僅是從直流電源的一相來說是成立的。

3　雙電源供電回路存在的問題分析

3.1絕緣監測儀的性能特點和工作原理

監測儀自動巡回檢測直流系統的母線電壓、正相母線對地電壓、負相母線對地電壓、正相母線對地電阻、負相母線對地電阻，當檢測發現直流母線對地絕緣電阻降低時，裝置會自動報警，此時可自動或手動進入支路對地漏電流的巡回檢測狀態，如果發現支路的漏電流超過限定值2mA時裝置會自動報警，并顯示漏電流越限的支路數、支路號和相應的支路對地漏電流。絕緣監測儀安裝的直流傳感器套接在直流支路上，它與直流系統沒有任何電的聯系，所以直流系統絲毫不會受監測儀運行狀態的影響；在不發生接地的情況下，支路KM流出的電流1等于流回的電流2，此時傳感器所感應到的電流差為0 mA,絕緣監測儀不會產生報警。當發生了如圖2所示的直流接地情況時，負極產生了接地電阻為g，則此時的電流方程式為，其中Rg為漏電流，由伏安特性可知漏電流。如此實現了直流支路的接地監測。

圖2

3.2對雙電源供電回路進行分析

當使用環路供電時（即：兩路開關的輸出饋線都接在一個負載上，并且要求兩路同時供電時），即便該環路沒有絕緣過低，只要負載上有電流流過（越大越嚴重），環路上的兩個傳感器就會報警（一個報正相報警，另一個報負相報警，并且報警是恒定的，不會消失）。其原理就是因為環路供電時，每個傳感器上所檢測到的磁通不是大小相同方向相反，而是大小不同方向相反。這是因為很難保證兩條環路的線路電阻對稱相等，這就必然造成一個傳感器上的兩條直流饋線電流“來”的電流不等于“回”的電流。

環路供電不僅會造成其中的一個未接地的支路發接地報警，同時還會產生負載過電壓，上述的演算我們發現，因此最后加在負載上的實際電壓是，負載過電壓將隨著接地程度的深入而不斷升高，設備很容易因過電壓而燒壞。

3.3對雙電源供電回路的總結

當直流系統兩段出現不同程度的接地以后，兩路電源之間將出現環流供電的現象，而這樣的供電系統容易出現電壓的疊加，導致負載過電壓，同時還產生了接地報警，環路供電對負載而言其好處在于不間斷的供電，如果直流系統電壓穩定的情況下，這樣的供電方式是可靠的，對于設備是有好處的，但是，任何地方的直流系統都不能保證兩段對地電阻完全相同，也不能保證直流系統永遠不存在接地現象的產生，故雙直流供電回路不僅危及到該回路的設備安全，而且會對整個直流系統產生影響。

4　雙直流電源供電回路優化方案

優化方案如圖3所示，采用允許長期帶電的直流繼電器進行切換，當I路直流電源有效時，則選擇I路直流電源進行供電，當I路電源失電后繼電器會復歸，其常閉節點接通，II路直流電源供電。這樣供電系統將有效的將兩路直流電源徹底隔離，直流系統不會產生因環流而造成的誤報警，同時克服了負載的過電壓供電，但是采用這樣的方式供電會造成對勵磁系統控制設備的沖擊。相互影響的現象，因此不會造成絕緣監測儀誤發告警信號，也不會給直流系統造成過電壓，而且由于UPS的不間斷供電的作用，使得負荷能夠不斷電。

5　總結

采用二極管進行雙直流電源回路的隔離方案將造成兩個不利后果：①給直流系統帶來接地的危險，使直流系統的兩段母線相互影響，②讓直流系統的電壓在負荷側出現了疊加的現象。改造后的直流電源是用繼電器對兩路直流電源進行切換，在切換的過程中有一個明顯的斷開點，因此不會使兩路直流電源相互影響。

圖3

在圖3中加裝了一個小型的UPS（不間斷電源），它能夠維持繼電器的輔助節點在切換的過程中維持負荷側的電壓短時間不變，在繼電器復位成功以后直流電源II開始給負荷供電，同時給UPS（不間斷電源）充電。改造以后的兩路直流電源沒有發生

參考文獻：

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中圖分類號：TM131.1

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）03-0028-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.03.008

收稿日期：2014-09-14

作者簡介：錢曉忠（1984-），男，助理工程師，從事水電廠保護勵磁設備維護工作。