直流配電系統故障及保護

王玉竹

摘 要：直流配電系統在工業生產和我們的日常生活中應用十分廣泛，對于電氣企業與供電用戶而言具有較為突出的價值。想要保證配電系統的安全穩定運行，就要定期對直流配電系統進行監測，對系統故障進行判斷，采取科學的方式排除故障，采用保護方式對配電系統進行合理控制，進而保證配電系統的正常運轉，保證社會生產的正常秩序，保證居民供電的安全運行。本文首先對直流配電系統故障特征進行了分析，對其可能出現的故障進行了介紹，提出了針對性保護的具體措施。

關鍵詞：直流配電;故障分析;繼電保護

引言：直流配電系統中一般使用分布式電源，可以接入直流負荷，電能質量較高，傳輸容量較大，且成本較低，目前我國直流電氣設備使用較多，在工業生產、商業樓宇、住宅建筑中應用較為廣泛，直流配電 系統技術的進步可以促進相關領域的快速發展。科學的故障分析及保護技術是配電系統發展的基礎和前提，要科學的對直流配電系統運行進行檢查，出現異常時判斷故障的原因和位置，找到科學的措施進行處理，進而保證用電安全，降低電氣設備維修及更新成本。

一、直流配電系統故障特點

1、故障電流快速上升

直流配電系統中如果電路存在異常，一般并聯在高壓直流輸電系統（VSC）一側的濾波電容會在短時間內向故障位置快速放電，電流數值急劇上升，尤其在故障線路電流上升速度極快，這種特點十分顯著，且不利于檢測設備的運行，故障隔離裝置也難以發揮其作用。其次，VSC裝置會在電路發生問題時立刻鎖定絕緣閘雙極型晶體管，這樣會使系統電路續流二極管向故障位置輸出不受控的電流，進而致使電流快速上升。

2、故障范圍較大

直流配電系統中交往單元較多，電路中接入的電氣裝置較多，線路連接較為復雜，很多裝置和設備都是利用換流器進行連接，這種連接方式容易使系統出現接地故障，臨近的換流器出口電容比較難控制，并且還向故障位置繼續釋放電流。直流配電系統中故障電流上升會導致電壓數值下降，這樣會影響電網中其他的設備和裝置運行，尤其是電動機和交流電源等裝置會向故障位置釋放短路電流，會導致系統整體運行出現問題，后果較為嚴重。

3、故障診斷檢測難度較大

直流配電系統相對于傳統配電系統更為復雜，直流電電纜線路參數變化范圍較大，變化較為頻繁，因此，在電路出現故障時要做好故障分析技術的實際操作，故障保護技術的應用至關重要。直流配電系統故障診斷和監測的難度很大，因為故障范圍不好確定，想要快速確定線路故障位置具有一定的難度。

二、直流配電系統故障類型

1、電路線路短路

在直流配電系統中，有的正負電極處于懸空狀態，如果其中一極接地，就會造成系統出現短路的現象。直流配電系統出現短路的問題，會導致電流急劇上升，故障波及的范圍較大，且沒有經過零點，處理短路采取切除電路方法最適合。

2、線路接地故障

直流配電系統中如果線路的絕緣性能出現下降的問題，直流輸入輸出出現混亂，但這些問題不一定導致電路出現短路，也不一定出現接地故障，如果接地電壓出現問題，技術人員要及時采取措施進行控制，使其轉化為比較好控制的故障類型。目前我國直流電路斷路及控制技術還在摸索發展中，其他一些故障還處于監測中，接地故障保護技術相對成熟。

3、直流配電系統故障位置難以確定

直流配電系統中線路故障出現異常的原因很多，其中一個重要原因是直流環網異常，環網異常會導致系統運行不正常，電環流隨之產生，輸電會存在危險，嚴重時也會導致接地故障或短路的問題，影響系統的安全運行。

三、直流配電系統故障保護技術分析

1、故障隔離裝置的應用

在直流配電系統故障的分析判斷及解決問題上，我國電力企業及電氣企業都十分重視，電力技術人員在面對直流配電系統故障時十分重視保護技術的應用，一般使用直流斷路器設備對系統進行保護，成本相對較低。固態直流斷路器開合速度一般控制在1m/s左右，和VSC換流站相比，功率損耗較少，但未來我國還要對固態直流斷路器進行改進，加強技術投入，降低串聯裝置個數，保證故障隔離效果。交流斷路器使用較為常見，在對直流配電系統故障進行檢測時可以使用一種專門的直流斷路器，實現對故障的隔離，短路電流可以快速被隔離，這樣會減少對系統中其他電氣設備的沖擊。

2、合理運用限制故障電流的設備

直流配電系統中常見的故障問題較多，其中電流出現短路等很多問題比較常見，使用專業的故障電流裝置十分必要，故障電流限流裝置器FCL是較為常用的故障電流隔離器。直流配電系統出現異常時，故障電流隔離裝置可以察覺到相關的信號，可以初步判斷出直流斷路器所在的點，可以快速切斷電路，進而控制故障電流蔓延。FCL隔離裝置一般使用超導材料制作，靜態損耗較小，故障發生時可以快速切換模式，阻值較大，進而對故障電流進行控制。在飽和電抗器基礎上的電流隔離設備運行原理是利用電抗器的飽和效應，配電系統正常運轉時，電抗器處于電磁飽和狀態下，導通電阻與輸電線路很相似，檢測故障時電抗器會受影響變為不飽和狀態，電感特性較強，也可以控制故障電流蔓延。

3、提高故障檢測水平

在配電系統中故障類型較多，專業技術人員要結合實際故障形態進行檢測，確定具體的故障位置，確定故障發生的原因，采取針對性的措施進行解決，進而保障直流配電系統的正常運行。直流配電系統出現電壓過低、過載等異常，可以對直流線路電壓和電流值進行測量，如果故障問題是短路，可以使用萬用表測量直流電壓值，切斷某一部分直流負荷時，觀察萬用表所測極對地電壓值的變化，進而逐步判斷短路的位置。交流側短路出現故障，直流線路電壓、電流也會發生變化，要采用專業技術檢測故障具體位置，要加強對配電系統故障技術的研究，提高電路故障檢測技術水平。

四、結語

總之，直流配電系統故障是電力系統供電與電氣設備應用中常見的現象，專業技術人員要運用專業的裝置和技術對故障進行分析和診斷，確定故障的位置，找出故障原因，要著重對直流配電系統的電流和電壓進行測定，保證在故障發生的第一時間做好處理，將損失降低在最小范圍內，進而降低電力系統維修成本。

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