对热控系统直流电源可靠性的分析与改进

许 震

(国家能源集团谏壁发电厂，江苏 镇江 212006)

电厂热控系统能否正常运行直接影响机组的控制系统乃至发电机组的安全性和可靠性。而独立于DCS系统的保护，如DEH，ETS，MFT等均采用直流电源，其目的就是希望当DCS系统失灵时，不造成机组设备的重大故障，故作为热控直流电源的可靠性则显得尤为重要[1-3]。

1 现有热控电源直流供电方式

为确保供电回路的可靠性，目前多利用二极管单向导通的特性作为切换方式[4-5]。例如：采用两个二极管(两路正极串联二极管)负极直连通，或采用四个二极管(两路的正负极都串有二极管)负极直连通，如图2所示。

图1 四个二极管回路

某厂1 000 MW机组热控直流电源分配柜，其直流电源由双路直流电源供电，采用二极管耦合并联供电方式，其原理如图1所示。但其接线方式，违反了《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中的相关要求。

图2 热控电源热控侧采用二极管耦合原理

2 二极管耦合并联供电问题分析

2.1 未实现两路电源电气完全隔离

二极管耦合是利用二极管的单向导通特性，但二极管反向存在漏电流，并不能实现真正意义上的主、辅电源隔离。正常情况下，电气的两段直流电源之间有联络开关，但平时联络开关是断开的，只有在一段直流电源需要停电检修时才会合上联络开关，而二极管就相当于在两段直流电源上增加了一个联络开关，并且这个“开关”还一直处于“合闸”位置，这对于110 V直流系统的安全运行带来很大危害。

自吞噬在哺乳动物中发挥重要功能，尤其是在维持细胞的正常功能等方面[10]。内部产生一些大分子物质以及细胞器受损的细胞会采用其本身的溶酶体对上述物质进行降解，该过程被称为细胞的自吞噬[11]。在发生有丝分裂之后，许多神经元无法继续分裂，因此与之相关的细胞器的新陈代谢活动需要细胞的自吞噬来完成，故而，细胞自吞噬能够对神经系统发育造成影响[12]。

2.2 直流接地时引起误报警

该厂利用检修机会再结合生产现场实际，将直流两路电源由二极管耦合并联供电方式改为采用进口大功率直流真空接触器作为转换开关，同时辅助以大功率DC/DC转换电路，来保证在转换开关开断瞬间输出电压稳定，满足双路电源之间的隔离要求，避免直流系统接地故障时的相互影响。

2.3 违反了相关的反措要求

根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的相关规定，110 V及以上蓄电池供电的双路直流供电电源应防止在热工盘柜合环运行，采用双向二极管实现电源无扰切换的装置应逐步淘汰，淘汰前要定期检查二极管压降，若发现击穿，应即更换。

从直流电源的特点分析，直流电源的最大特点是：不接地系统，正负极电压为110 V或220 V，正对地和负对地电压是变动的，而现场多数的直流电源可以测量出正对地电压，负对地电压，目的是为了便于查找直流接地在正负对地之间人为接入了阻值较大的平衡电阻。直流电源的维护工作人员经常需要做的工作就是查找直流接地，直流一点接地不可怕，可怕的是两点接地。当出现一点接地会引起直流接地绝缘监测装置报警，就需要及时查找到接地点，将隐患消除，因此查找直流接地就成为直流电源维护人员的经常性工作。

当装置正常工作时，主电源经防反二极管直接输出，备用电源开关ZKJ触点处于断开状态，直流隔离变换单元(DC/DC)亦处于工作状态，与主电源对负载并联供电。当主电源由于故障造成电压跌落或失电时，装置内电压检测回路检测到输入端电压变化，当电压值跌落到额定电压的 75%Un(±5 V)时，装置判断该路电源出现故障，发出切换命令，ZKJ接通，将输出电压切换到备用电源上。经测试整个切换过程约为1 ms，在切换过程中，装置的 DC/DC 回路将输出端电压变化不超过±10%。

采用4个二极管的模式如图3所示。下面对第一路负接地，第二路正接地，对造成的结果进行分析。

图3 四个二极管的模式下接地

当主电源直流系统故障排除，恢复供电时，装置面板对应电源指示灯亮，装置自动切换回主电源供电。当切换装置为冗余双机配置时，两台装置在主电源失电时会同步切换，确保设备工作状态相同。

图4 四个二极管的模式下接地简化图

（3）根据改造方案，组织技术人员设计并绘制开放式炼胶机电力拖动系统控制原理图（如图4为控制原理图示意图）；

3 热控直流电源配置改进方案

3.1 改进方案

直流系统绝缘不良或接地时，直流I，ll母的绝缘在线监察装置均出现报警，影响故障点的查找。

3.2 直流双电源转换装置原理

直流双电源转换装置基本原理框图如图5所示，输入电源回路1(以下简称主电)以及输入电源回路 2(以下简称备电)分别经二极管、接触器以及直流隔离单元(DC/DC)并联到输出端。两个独立的装置电源1，2输入端分别取自电源1路和电源2路，同时为装置内部的逻辑回路供电，以保证任何一路输入失电时，装置内部逻辑不受影响。

从图4中可以看出，第一路负接地，相当于把第一路电源负极的电位抬高到0 V；第二路正接地，相当于把第二路的正电位拉低到0 V。以220 V为例，第一路正负电压220 V，正对地220 V，负对地0 V。第二路正对地0 V，负对地-220 V。在正常情况下，两路分别为正对地+110 V，负对地-110 V，正负之间220 V，当发生直流接地时，正负之间电压不变，只是改变了对地的电位。看第一路电源，正极出发看电流流向，通过D1二极管到负载，理应经过D2二极管回到第一路的负极，但现在第一路负极电位抬高到0V，而负载的另一支路D4二极管对第二路电源负极电位是-220 V，因此低导通高截止，整个回路就从第一路正极出发经D1二极管到负载。经D4二极管到第二路负极，相当于把第一路电源和第二路电源串联施加到负载，必然造成负载无法承受2倍额定电压，这样的真实案例就发生在了国内某厂，造成DEH跳闸继电器烧毁引发跳机的事故。

图5 直流双电源转换装置原理框图

采用二极管方式做切换的优缺点如下：①二极管具有电路简单、可靠性高、造价低的特点；②二极管不具备电气隔离，容易造成绝缘检测装置的误报或乱报，给查找接地带来困难；③采用二极管切换方式的危害，由于直流系统可以一点接地运行，双路电源是引自不同的蓄电池组的不同直流电源系统，任何一路单点接地都可以正常工作。由此可以得到，采用两个二极管的模式，直流会造成正负短路，引起开关跳闸。

直流电源的特性就是低导通、高截止，也就是说从电位高的地方向电位低的方向流，简化图如图4所示。

3.3 现场存在问题

切换装置大多采用双冗余形式(即两个切换装置并列运行且认主电源)，现场进行安装接线时，每个切换装置均设有各自独立两路进线电源开关，而两切换装置的输出则并列运行无输出开关。双机冗余电气连接图如图6所示。

图6 双机冗余电气连接图

经相关部门讨论协商决定，仍采用双冗余形式，将四路进线开关改为二路进线开关(两个切换装置共用电源进线开关)，避免任一开关失电引起的直流环网问题。

采用此种方式接线时，当某一切换装置的某一路进线开关跳闸或异常分闸时，其切换装置则切换至另一路电源供电，而另一正常切换装置仍为一电源供电，此时将会造成直流系统的Ⅰ，Ⅱ段母线经此切换装置的输出端进行了联络，环网运行，特别是直流系统再发生一点接地时会带来较大的安全隐患。

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3.4 改进结果

此次热控直流电源回路技改后，装置的电压切换门限值为额定电压的75%，0 s自动切换，切换过程电压变化不超过±10%，满足了机组热控系统设备的运行要求。

改进后,在解决双回路直流供电可靠性的同时，又满足了双路电源之间的隔离要求，避免直流系统接地故障时的相互影响。

式中VADC_range为A/D转换芯片的测量范围，Vin_range为二级放大滤波电路的输入电压范围。通过选取合适的增益，可以充分的利用A/D转换芯片的有效测量范围，获取更高的分辨率。

初始时刻,直流端接入5 V低压直流电,S1和S2开通,简化的等效电路如图5(a)所示。此时A相与C相同时开通,状态方程为

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4 结语

本文对某火力发电厂热控直流电源采用二极管耦合供电方式进行说明，分析其电源系统存在的问题，为消除采用二极管耦合供电方式下的热控电源对直流电源系统的影响，提高运行机组热控直流电源可靠性，采用了直流真空接触器作为切换开关的直流电源切换装置代替，并对切换装置原理进行了介绍,为火电厂热工电源可靠性改造提供借鉴。