摘要：直流电源常用于电厂热工的 ETS、MFT、DEH 等控制系统中，为了保证电源的不断电，常采用二极管做直流电源切换，但由于各个电厂直流电源品质问题发生数次接地引起整个机组直流报警，对机组运行安全造成极大的隐患。因此通过对整个直流电源系统分析，确定缺陷发生原因，分析 DEH 控制设备的动作特性，制定了 DEH 直流切换的优化方案，由二极管切换直流电源更改为采用继电器切换直流电源，既避免了由于热工直流电源系统接地影响机组安全运行又保证了机组在电源切换过程中机组的安全运行。
一、二极管直流切换介绍
直流电源供电不同于交流，由于直流电源的特性，要求不能存在任何短暂的停电，即使是几毫秒的中断（电压下降到规定范围以下），都会造成用电设备的停电，电磁阀动作，继电器失电，保护失电等严重后果。目前在热工 ETS、MFT、DEH 等都采用的是用二极管的单向导通特性，做双电源的切换，从时间上满足了不断电的要求。直流电源有正负两个电极，正极的电位高，负极的电位低，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端维持恒定的电压差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流。正常的直流电源110V 电正负之间用万用表测为 110V，正极对地显示正 55V，负极对地显示负 55V，正负不管哪一路电压显示偏低均是电路有接地现象，需立即处理。直流系统接地的危害： 直流接地故障中，危害较大的是两点接地，可能造成严重后果。直流系统发生两点接地故障，便可接地短路，造成继电保护，信号，自动装置误动或者拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置，控制回路失去电源。在复杂的保护回路中两点接地，还可能将某些继电器短接，不能动作于跳闸，致使越级跳闸。
每台机组从电气直流屏分别供两路直流电源，汽机侧两路进入热工直流电源柜经过二极给汽机侧直流设备使用，由于电源系统在设计中存在缺陷在运行中出现影响机组直流接地的问题。其主要问题点是利用了二极管开关隔离直流的特性。这种接线方式在两组直流电源的主回路对地绝缘都正常的情况下是没有任何问题，此时直流母线对地分布电容是相同的，每组直流电源正母对地电压和负母对地电压是平衡的。这种二极管连接方式使得负极直接相连，两路直流电源没有完全独立运行，根本不符合火力发电厂安全性评估标准要求，给机组的安全运行带来了极大隐患。无论在任何位置发生直流接地故障，都会造成两路直流系统同时接地，给故障分析，处理带来了极大的困难。电气的接地装置将无法正确判断接地点的位置，同时在查找接地的过程中，由于需要一路一路拉掉电源开关，严重威胁机组的安全运行。极端的接地情况下，二极管切换能够引起热工设备完全停电，整个直流系统的电源消失。
二极管切换双电源回路的配置方式如图一所示，DEH 控制盘柜分别从直流系统两段母线各取一路电源，经过二极管并联在一起，利用二极管“正向导通，反向隔离”特性实现两路直流电源的无扰切换，通流能力强，可靠性高。
图一 二极管切换方案
优点：DEH 盘柜直流回路中采用二极管切换的目的是提升电源可靠性，增强冗余度，防止单一电源回路故障时控制设备电源中断，同时采用二极管作为双路电源无扰切换，原理简单，元件可靠性高，成本低，维护工作量少。
缺点：通过两个二极管并联输出，发生两点异极接地相对于 DC2 来说是直接短路，会造成开关跳开或者其他异常故障，给整个直流系统带来影响，同时也会对直流接地的查找判断造成影响。
二极管直流电源切换对于机组运行有着无法忽视的缺点，因此急需一种新的直流切换方式取代二极管切换，在经过多次实验论证之后，DEH 直流回路切换方式更改为一种更加合理的继电器切换方式。
二、直流电源继电器切换方案介绍
DEH 直流电源控制设备主要是针对现场各电磁阀，其中包括高压遮断电磁阀、挂闸电磁阀、喷油电磁阀、主汽门试验电磁阀、主汽门遮断电磁、调门快关电磁阀等，其中除了高压遮断电磁阀为失电停机外其余电磁阀均为带电动作，因此在考虑直流电源切换时主要要考虑高压遮断电磁阀电源在电源切换过程中瞬间失电的问题，其余电磁阀由于带电动作不会由于瞬间失电而造成机组停机。
直流电源继电器切换原理图如图二所示：
在此方案中采用了继电器切换，由于继电器有容量大小要求，因此在设计时需考虑电磁阀数量多少以及电磁阀最大负荷来确定使用的继电器数量，在常规机组中由于机械停机电磁阀负荷较大，因此单独继电器 JR3 进行电源切换，其余电磁阀采用继电器 JR4 进行电源切换。将高压遮断电磁阀分为进油和卸油两组，即进油的 HPT1（5YV），HPT3（7YV）和卸油的 HPT2（6YV），HPT4（8YV）。按照上图中所示在两组电源供电都正常时，HPT1,3 是由第一路主电源供电，由继电器 JR1 完成电源切换，HPT2,4 是由第二路电源供电，由继电器 JR2 完成电源切换。
图二 直流电源继电器切换原理图
在所有电磁阀中只有高压遮断电磁阀为失电动作，其余电磁阀在电源切换过程中不受影响，可以不用考虑，因此在后续研究中主要针对高压遮断的 4 个电磁阀完成测试。
当第一路电源失电时，HPT1,3 失电，如果此时第二路电源正常供电，HPT2,4 继续带电，此时机组运行不受影响，同时继电器 DCR1 线包失电使得 HPT1,3 的供电瞬间切换到第二路供电上；在失电以后，如果第一路电源恢复，DCR1 线包带电，使得 HPT1,3 供电切换到第一路供电上，在这个过程中，HPT2,4 供电仍然不受影响。当第二路电源失电时，HPT2,会失电，如果此时第一路电源正常供电，HPT1,3 继续带电，此时机组运行不受影响，同时继电器 DCR2 线包失电使得 HPT2,4 的供电瞬间切换到第一路供电上；在失电以后，如果第二路电源恢复，DCR2 线包带电，使得 HPT2,4 供电切换到第二路供电上，在这个过程中，HPT1,3 供电仍然不受影响。
对于上述的工况，我们进行了模拟试验进行测试，测试方法如下：在继电器回路上同时接入两路直流电源，对单路电源进行投入和切除的试验，用示波器测量两组高压遮断电磁阀输出电源和需要切换的那一路直流电源的波形，检测切换过程中输出电源变化量和时间。一共进行了四种工况测量，分别是第一路电源失电，第一路电源失电后带电，第二路电源失电，第二路电源失电后带电。为了保证试验的可靠性，每种工况进行了三次试验。
第一路电源失电：
图中黄色横线是第一路电源，蓝色横线是 HPT1（5YV）输出电源，紫色是 HPT2（6YV）输出电源。两条黄色竖线是切换的边界。测试结果切换时间 20 毫秒，HPT1 输入向下波100VDC，HPT2 未发生波动。
生电压幅值变化，而切换的那一路电源对应的电磁阀会产生 30 毫秒以内的电源幅值变化。根据高压遮断的原理，只要其中成对的一半电磁阀不动作，就不会造成卸油，电源切换对机组运行是无扰的。在 30 毫秒内另外一半的电磁阀也会完成切换，保证很快 4 个高压遮断电磁阀都带电，这对于机组的安全控制是有很高的可靠性的。
三、结论
通过以上试验分析我们可以看出采用此继电器切换方案，不仅解决了二极管切换带来的接地问题，同时也保证了机组的安全运行，目前多台机组 DEH 系统已采用此方案，机组运行稳定，未发生由于直流电源问题导致机组。所以此方案在电厂 DEH 以及其余控制系统直流电源切换的应用中具有广泛推广的意义。
参考文献
[1]赵春香.直流馈线电源采用二极管的接地故障分析.中国 新技术新产品. 2011.
[2]文超. 电厂直流系统二极管切换双路电源回路的特点分析和改造建议. 自动化应用.2014（12）.
[3]高原. 火力发电厂热工电源的可靠性分析. 水里水电工程. 2014（12）.
论文作者:郭孝忠,罗仕先
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/1
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