一種站用直流系統異常并列檢測的方法

劉新敏 郭鎣 鄔奇林 邱舒峰 楊沖

摘要：直流系統異常并列是直流系統的常見故障。現簡要介紹了直流系統異常并列的危害及常用查找手段，闡述了切換橋模型原理，分析了通過切換橋檢測站用直流系統異常并列的方法。

關鍵詞：直流系統;異常并列;檢測方法;切換橋

0 引言

廠站直流系統是站內重要設備，廠站配置有兩套直流系統，并且兩套直流系統不可長期并列運行。兩套直流系統長期并列運行將損壞蓄電池和充電機，且可能導致空氣開關上下級失去配合，進而擴大停電范圍，不利于廠站的安全穩定運行。在實際運行過程中，兩套直流系統經常會因為運行人員操作錯誤或接線錯誤導致異常并列的情況出現。

1 直流系統異常并列的常用查找手段

對于舊技術標準下的直流系統，未配備相關的直流系統異常并列檢測功能。對于此類設備，異常并列情況的發現渠道一般有兩種：一是當某套直流系統對地絕緣出現異常告警時，另一套直流系統也同時報絕緣異常，運維人員才能通過絕緣電阻值對站用直流系統是否異常并列進行判斷;二是運維人員調節某套直流系統充電機的電壓，若此時另一套系統電壓也相應變高或變低，則可能出現異常并列情況。第一種方法無法在無接地故障時作出兩套系統異常并列的判斷，從而導致設備長時間異常并列運行，可能損壞相關設備;第二種方法只能定期檢查是否存在異常并列，同樣不能及時發現異常并列情況。

2 切換橋模型分析

直流系統對于系統的接地檢測主要利用了平衡橋原理，由此計算出接地電阻大小。根據平衡橋原理，衍生出了不平衡橋與切換橋，本文提出了通過切換橋檢測直流系統異常并列的方法。

2.1? ? 切換橋模型組成

切換橋模型如圖1所示，該模型包括了第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4，R1、R2、R3和R4的阻值相同，為直流系統平衡橋電阻的10倍。該模型還包括：第一開關K1、第二開關K2、第三開關K3和第四開關K4，R1、R2分別通過K1、K2接至直流母線的正極，另一端接地;R3、R4分別通過K3、K4接至直流母線的負極，另一端接地。

2.2? ? 切換橋的控制

以1 s為基本單位，8 s為一個周期。其中，K1在第1 s閉合，第4 s斷開;K2在第2 s閉合，第3 s斷開;K3在第5 s閉合，第8 s斷開;K4在第6 s閉合，第7 s斷開。切換橋電阻單元有兩種啟動方式：第一種為每日定時投切一次，每次3～5個周期;第二種為通過判斷兩個直流系統的電流是否同時出現異常波動，用電流判據啟動切換橋電阻單元，每次3～5個周期。

2.3? ? 切換橋檢測波形簡析

切換橋電阻單元的電阻隨時間的變化波形如圖2所示。橫坐標表示時間，縱坐標表示切換橋電阻單元的電阻，其中用系統平衡橋電阻的倍數來表示切換橋電阻單元的電阻，并設平衡橋電阻為R（kΩ）。例如，切換橋電阻單元的電阻在第1 s時的電阻為系統平衡橋電阻的10倍，切換橋電阻單元的電阻在第2 s時的電阻為系統平衡橋電阻的5倍。

直流系統電壓變化波形包括正極電壓偏移隨時間變化曲線以及負極電壓偏移隨時間變化曲線，變化時長8 s為一個周期，第一直流系統電壓變化波形基于式（1）確定：

式中：R為直流系統平衡橋電阻大小;U+為直流系統正極電壓;U-為直流系統負極電壓;RX為正極所接切換橋電阻單元包括的第一電阻R1和第二電阻R2的阻值;RY為負極所接切換橋電阻單元包括的第三電阻R3和第四電阻R4的阻值。

圖3是直流系統的理論電壓波形圖，圖中虛線表示直流系統正極電壓U+隨時間變化的理論電壓波形，實線表示直流系統負極電壓U-隨時間變化的理論電壓波形，若直流系統的電壓值為110 V，當RX=10R、RY=0時，可求得△U=2.6 V;當RX=5R、RY=0時，△U=5 V;當RX=0、RY=0時，△U=0 V;當RY=10R、RX=0時，△U=-2.6 V;當RY=5R、RX=0時，△U=-5 V。

3 異常并列分析

將切換橋接入兩套直流系統中的第一套，若無異常并列現象，則只有該套直流系統會產生隨時間變化的偏移電壓，直流系統實測電壓波形圖與直流系統的理論電壓波形圖一致，而第二套直流系統電壓波形無影響。若發生異常并列的情況，則會出現以下情況：

（1）若第二套直流系統的電壓波形圖中的正極與負極偏移電壓均隨第一直流系統正向（即正極隨正極并且負極隨負極）變化，則可判定為兩極并列。

（2）若第二套直流系統的電壓波形圖中的正極與負極偏移電壓僅有一極偏移電壓隨第一直流系統正向（即正極隨正極或負極隨負極）變化，則可判定為同極并列。

（3）若第二套直流系統的電壓波形圖中的正極與負極偏移電壓隨第一直流系統反向（即正極隨負極并且負極隨正極）變化，則判定為異極并列。

4 結語

切換橋模型通過檢測對比兩套直流系統的波形，判斷兩套直流系統異常并列的情況，具有極高的準確性。切換橋對直流系統產生電壓波形變化，但其可控制在某個范圍，不會造成“壓差告警”“接地告警”等告警信號。同時，根據技術標準的要求，對切換橋的投切頻率進行限制，以減少對原有的平衡橋和接地告警功能的影響。

[參考文獻]

[1] 變電站直流電源系統技術規范：Q/CSG 1203003—2013[S].

收稿日期：2020-08-02

作者簡介：劉新敏（1993—），男，廣東人，助理工程師，從事繼電保護及變電站綜合自動化工作。