直流開關虛接的風險及防范措施研究

趙宇豪 鄭廣召 道常凡 楊升正

摘要：直流開關虛接后，開關操作把手到位，但實際上電路未導通，可能造成直流母線停電等嚴重后果。本文介紹了直流開關虛接產生的原因及危害，提出了一種防范直流開關虛接的方法，對發電廠、變電站直流系統的日常檢修、維護起到一定的參考作用。

關鍵詞：直流系統;開關;虛接

Abstract：After the DC switch is virtual connected， the switch operation handle is in place， but in fact， the circuit is not connected， which may cause serious consequences such as DC bus power failure. This paper introduces the causes and harm of DC switch virtual connection， and puts forward a method to prevent DC switch virtual connection， which plays a certain reference role in the daily maintenance and repair of DC system in power plant and substation.

Key word：DC system; switch; virtual connected.

0 引言

直流系統是發電廠、變電站的重要組成部分，其作用是為控制、信號、繼電保護和自動化裝置以及斷路器分、合閘回路、直流電動機、交流不停電電源、事故照明等設備供電。直流系統正常運行與否關系到安自裝置、繼電保護及斷路器能否正確動作，會影響電廠乃至整個電網的安全穩定運行，應保證在任何情況下都能可靠和不間斷地向所用設備供電。

直流開關因制造、安裝、運行工況惡劣等原因可能發生虛接現象，即開關操作把手到位但實際上電路未導通，可能造成直流母線停電等嚴重后果，對電廠、變電站乃至電網的安全穩定運行造成嚴重影響。

1 直流開關虛接危害分析

電廠、變電站中常使用雙母、雙充（三充）、雙蓄接線方式的直流系統，如圖1所示。

正常情況下母線分段運行，即聯絡開關QS3分閘，兩段母線分別由各自的充電機和蓄電池組供電，QS1、QS2、QS4、QS5均合閘。

當檢修時母線倒換至聯絡運行，兩段母線由同一組充電機和蓄電池供電。以1號充電機、1號蓄電池檢退出為例，此時聯絡開關QS3合閘，充電機輸出開關QS1、蓄電池輸出開關QS2分閘。

在直流母線由分段倒至聯絡運行過程中，操作順序為合QS3、分QS2、分QS1，此時若聯絡開關QS3虛接，會使得I段直流母線停電。

在直流母線由聯絡倒至分段運行過程中，操作順序為合QS1、合QS2、分QS3，此時若QS1、QS2虛接，會使得I段直流母線停電。

2 防范直流虛合的措施探究

直流開關虛接隱蔽性強，危害嚴重，因此在直流系統倒閘操作過程中應確保開關合閘到位。目前我們判斷開關是否合閘到位主要是依靠觀察開關的機械指示和電氣指示來實現的。

開關廠家一般會在開關的操作把手或操作機構上標注分合閘標志，即機械指示，例如合閘標志為“—”，分閘標志為“〇”等等。開關操作到位后，其位置應指向分合閘標志，另外開關操作過程中會有一定的操作阻力，分合閘到位后會發出明顯的“咔噠”聲。若操作過程中阻力過小或沒有發出到位的“咔噠”聲，或者開關處于中間位置則說明未分合成功。

直流開關大多都配置了輔助接點，當開關分合閘后，輔助接點會同步閉合或斷開，并將位置信號上送至監控系統，這樣我們就可以在監控系統上到看到開關的分合閘狀態，即開關的電氣指示。若開關操作后監控系統上未收到到相應的變位信號，說明開關可能未分合成功。

當開關由于接觸不良、結構變形等原因虛接時，可能無法通過觀察機械指示和電氣指示來判斷開關的實際狀態，于是我們需要尋求新的方法來解決此問題。

2.1 直流系統倒閘過程中電流變化分析

無論是傳統的線性電源還是開關電源，都有其相應的外特性曲線[1][2]，如圖2所示。直流系統分段運行時，充電機工作于a1（I1，V1），b1（I2，V2）上;當聯絡運行時，充電機工作于a2（I1’，V0），b2（I2’，V0）上。可以發現倒閘操作后，充電機輸出電流會發生一定變化，因而可以利用觀察是否有電流變化來輔助判斷開關是否分合閘到位。

2.3 實際數據分析

以某電廠一次直流系統倒閘為例，倒換過程中電流變化情況如下：

可以發現分段倒聯絡操作中，合上QS3（聯絡開關）后1號充電機和2號充電機的輸出電流均發生了明顯變化，即可以判斷QS3合閘成功，此時再斷開QS2和QS1不會使得母線停電。

在聯絡倒分段操作中，合上QS2（蓄電池輸出開關）后 1號充電機、2號充電機以及蓄電池均有明顯的電流變化，此時再斷開QS3后不會使得母線停電。

在對直流系統21次歷史倒閘操作數據進行統計，發現分段倒聯絡過程中合上QS3后有18次電流變化明顯，占總數的85.7%。另外3次操作電流變化不明顯，是因為這幾次操作中直流母線所帶負荷很小且兩段母線負載相差不大，故電流變化不明顯。聯絡倒分段過程中合上QS2后，21次操作電流均發生了明顯變化。

3 結語

本文通過對直流系統倒閘過程中充電機輸出電流變化進行了分析，發現在分段倒聯絡操作中，觀察聯絡開關合閘前后是否發生電流變化可以輔助判斷聯絡開關是否虛合;聯絡倒分段過程中，觀察蓄電池輸出開關合閘前后是否發生電流變化可以輔助判斷蓄電池輸出開關是否虛合。雖然在小部分倒閘操作中，由于母線負載小或母線負載接近而電流變化不敏感，但總體來說該方法還是可行的，對發電廠、變電站直流系統的日常運行、檢修及維護起到一定的參考作用。

參考文獻：

[1]韋聰穎，張波.開關電源并聯運行及其均流技術[J].中國電機工程學報，2004，（1）：23-26.

[2]盛春玲，段德意，劉敏，等.模塊電源及其在電源系統中的應用[J].中國新技術新產品，2011，（2）：12.

作者簡介：

趙宇豪，男，工程師，從事水電站運行管理工作。