【摘 要】 发电厂热工直流电源主要用于保护和连锁回路，要求极为可靠，一般都采用双电源供电，本文就双电源供电模式的实现和目前电厂的实际配置情况进行分析，提出目前最佳的解决方案。
【关键词】 直流双电源 直流接地 DC/DC隔离 无扰切换 热工电源
1 引言
发电厂热控系统的电源，第一类是直流电源，一般设计两路110V或220V，用于联锁保护和重要设备；第二类是交流220V电源，一般设计为一路保安电源、一路不停电电源（UPS），也可设计为两路不停电电源，主要用于DCS、DEH、ETS等主要控制系统的交流电源；第三类是交流380/220V执行机构电源，用于对就地执行机构供电。
由于直流系统一般用于要求较高的场合，如火电厂锅炉主保护系统MFT硬跳闸回路就使用了直流控制，有的还是“失电跳闸”的设计逻辑，所以对直流电源的可靠性都有很高的要求，一般都是双电源设计，分别取自电气直流系统不同蓄电池组的两套独立直流系统。双路直流电源如何可靠地切换，在配置热工电源时需要重点考虑。
2 存在问题
目前，直流电源回路简单的设计基本上都是采用二极管做隔离并实现切换。正常运行时，由于二极管的特性只有一路导通而另一路截止，当导通供电的一路电源发生故障掉电时另一路电源能够瞬时投入，保证了电源的不间断性。
上述的这种简单设计使回路中的两路直流电源没有完全独立，违反了电气专业相关反措的要求，给机组的安全稳定运行带来隐患。当其中的一路直流电源发生一点接地时，两段直流系统的绝缘监察装置都无法正确判断接地位置，给查找直流接地点带来难度，在查找接地点的过程中存在热工电源全部掉电的风险，严重威胁机组的安全稳定运行。当直流系统发生第二点（如图1所示的两点异极性）接地时就会造成严重的后果，此时，相对于DC2来说是直接短路，会造成开关跳闸或其他异常故障，给整个直流系统带来严重影响。图2所示的回路采用了四个二极管，发生两点异极性接地时，将导致DC1和DC2电源的叠加，使输出负载承受两倍额定电压的风险。
3 解决方案
《火力发电厂热工电源及气源设计技术规程》（DL/T 5455-2012）第3.5.1条规定：当有两组蓄电池时，两路电源进线应分别引自不同蓄电池组的母线段；电源盘供电母线的两路电源进线应设有备用自投功能；两路电源应有防止并列运行的措施，对来自不同蓄电池组的两路直流电源应具有隔离措施。
目前采用解决方式主要有：
（1）利用直流接触器做切换（时间是否满足要求和可靠性）；
（2）增加一路交流电源整流成直流110V或直流220V（此路电源可靠性要做好）；
（3）增加一路DC/DC隔离模块，只做隔离不做电压变换；
（4）将以上方法巧妙结合的综合方案。
第一种方案，利用直流接触器可以做到两路电源的自投切换和电气隔离，但由于切换时间较大（一般大于100ms），不能满足有些保护回路的要求，只能适应部分负荷，普通直流接触器的可靠性也需要经常关注。
第二种方案，增加一路交流电源整流成直流电源，是早几年有部分电厂发现二极管切换方式的缺陷后，由电气人员提出的一种方式，提供的这路交流要可靠，其实是把原来两路直流的设计原则改变了，增加的单一电源模块的可靠性要高。
第三种方案，增加DC/DC隔离变换模块，DC/DC模块的工作原理其实是将直流先逆变成交流，交流在通过变压器之后再整流滤波转变成直流，所以这个模块本身就存在功率损耗，因而如果长时间带点投运的话，模块本身体积很大，而且还需要自带风扇散热。同时也因为本身没有自检功能，需要现场人员定期巡检才能保证供电的可靠。
另外DC/DC（AC/DC）模块工作时设计为恒流源，外部发生短路它将采取降压限流的措施。正因为这样设计，电气直流电源1失电后，由DC/DC（AC/DC）供电时，当某一个负载因为接地或者短路导致电流迅速变大时，DC/DC（AC/DC）的限流特性造成发生故障支路的空开不能及时跳开，导致整个母线电压被迅速拉低，造成母线上的其他设备因低电压跳闸。
第四种方案，即将以上方法结合的综合方案，有二种：
一是采用直流真空接触器作为主供电电源，DC/DC变换器作为切换过程中的支撑电源，可保证无扰切换，从录波图形分析，拉开直流无扰双电源切换装置一路工作电源，装置自动切换至另一路工作电源供电，切换时间为30毫秒左右，切换过程中直流电压下降了2V左右，切换过程中热工负荷工作正常，完全能满足热工ETS、DEH系统的工作电压要求。
4 二是采用在第二路电源加装DC/DC隔离装置+真空接触器旁路的方式，可以是无切换工作，同时又能保证在电气直流电源消失时不存在跳不开空开的隐患，原理图见图5。DC/DC电源模块和电气直流1同时工作，当直流1失电，DC/DC将带全部负荷，经短延时后自动合上J1直流真空接触器和DC/DC同时工作。这样能保证热工负荷有直流接地能及时报警，并能由蓄电池提供足够的电流及时跳开故障支路。
4 结论
上述两种直流双电源切换解决方案，较好地解决了电厂直流控制系统电源可靠性的问题，可将危险因素降至最低。
论文作者:芮小虎,吴连军
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年10期
论文发表时间:2019/10/30
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