直流配电系统故障分析及保护配置研究

直流配电系统故障分析及保护配置研究

叶伟赵先浩任帅

（安徽南瑞继远电网技术有限公司安徽省合肥市230061）

摘要：直流配电系统在工业生产和我们的日常生活中应用十分广泛，对于电气企业与供电用户而言具有较为突出的价值。想要保证配电系统的安全稳定运行，就要定期对直流配电系统进行监测，对系统故障进行判断，采取科学的方式排除故障，采用保护方式对配电系统进行合理控制，进而保证配电系统的正常运转，保证社会生产的正常秩序，保证居民供电的安全运行。本文首先对直流配电系统故障特征进行了分析，对其可能出现的故障进行了介绍，提出了针对性保护的具体措施。

关键词：直流配电；故障分析；继电保护

引言

随着社会生产力的发展以及国民生活水平的不断提高，电力系统承受的总体负荷与日俱增，再加上社会生产生活对于电力能源的实际需求，呈现出了新的发展动态，因此对直流配电系统的运行方式造成了严峻的考验。从目前来看，直流配电系统的保护技术逐渐步入到了瓶颈期，面临着设备、故障以及技术手段的多重难题，要求技术人员合理分析直流配电系统故障的特征，妥善采取技术性的解决方案。

1直流配电系统故障特点

1.1故障电流快速上升

直流配电系统中如果电路存在异常，一般并联在高压直流输电系统（VSC）一侧的滤波电容会在短时间内向故障位置快速放电，电流数值急剧上升，尤其在故障线路电流上升速度极快，这种特点十分显著，且不利于检测设备的运行，故障隔离装置也难以发挥其作用。其次，VSC装置会在电路发生问题时立刻锁定绝缘闸双极型晶体管，这样会使系统电路续流二极管向故障位置输出不受控的电流，进而致使电流快速上升。

1.2故障范围较大

直流配电系统中交往单元较多，电路中接入的电气装置较多，线路连接较为复杂，很多装置和设备都是利用换流器进行连接，这种连接方式容易使系统出现接地故障，临近的换流器出口电容比较难控制，并且还向故障位置继续释放电流。直流配电系统中故障电流上升会导致电压数值下降，这样会影响电网中其他的设备和装置运行，尤其是电动机和交流电源等装置会向故障位置释放短路电流，会导致系统整体运行出现问题，后果较为严重。

1.3故障诊断检测难度较大

直流配电系统相对于传统配电系统更为复杂，直流电电缆线路参数变化范围较大，变化较为频繁，因此，在电路出现故障时要做好故障分析技术的实际操作，故障保护技术的应用至关重要。直流配电系统故障诊断和监测的难度很大，因为故障范围不好确定，想要快速确定线路故障位置具有一定的难度。

2直流配电系统故障类型

2.1电路线路短路

在直流配电系统中，有的正负电极处于悬空状态，如果其中一极接地，就会造成系统出现短路的现象。直流配电系统出现短路的问题，会导致电流急剧上升，故障波及的范围较大，且没有经过零点，处理短路采取切除电路方法最适合。

2.2线路接地故障

直流配电系统中如果线路的绝缘性能出现下降的问题，直流输入输出出现混乱，但这些问题不一定导致电路出现短路，也不一定出现接地故障，如果接地电压出现问题，技术人员要及时采取措施进行控制，使其转化为比较好控制的故障类型。目前我国直流电路断路及控制技术还在摸索发展中，其他一些故障还处于监测中，接地故障保护技术相对成熟。

2.3直流配电系统故障位置难以确定

直流配电系统中线路故障出现异常的原因很多，其中一个重要原因是直流环网异常，环网异常会导致系统运行不正常，电环流随之产生，输电会存在危险，严重时也会导致接地故障或短路的问题，影响系统的安全运行。

3直流配电系统故障保护配置分析

3.1故障隔离装置的应用

在直流配电系统故障的分析判断及解决问题上，我国电力企业及电气企业都十分重视，电力技术人员在面对直流配电系统故障时十分重视保护技术的应用，一般使用直流断路器设备对系统进行保护，成本相对较低。固态直流断路器开合速度一般控制在1m/s左右，和VSC换流站相比，功率损耗较少，但未来我国还要对固态直流断路器进行改进，加强技术投入，降低串联装置个数，保证故障隔离效果。交流断路器使用较为常见，在对直流配电系统故障进行检测时可以使用一种专门的直流断路器，实现对故障的隔离，短路电流可以快速被隔离，这样会减少对系统中其他电气设备的冲击。

3.2合理运用限制故障电流的设备

直流配电系统中常见的故障问题较多，其中电流出现短路等很多问题比较常见，使用专业的故障电流装置十分必要，故障电流限流装置器FCL是较为常用的故障电流隔离器。直流配电系统出现异常时，故障电流隔离装置可以察觉到相关的信号，可以初步判断出直流断路器所在的点，可以快速切断电路，进而控制故障电流蔓延。FCL隔离装置一般使用超导材料制作，静态损耗较小，故障发生时可以快速切换模式，阻值较大，进而对故障电流进行控制。在饱和电抗器基础上的电流隔离设备运行原理是利用电抗器的饱和效应，配电系统正常运转时，电抗器处于电磁饱和状态下，导通电阻与输电线路很相似，检测故障时电抗器会受影响变为不饱和状态，电感特性较强，也可以控制故障电流蔓延。

3.3提高故障检测水平

在配电系统中故障类型较多，专业技术人员要结合实际故障形态进行检测，确定具体的故障位置，确定故障发生的原因，采取针对性的措施进行解决，进而保障直流配电系统的正常运行。直流配电系统出现电压过低、过载等异常，可以对直流线路电压和电流值进行测量，如果故障问题是短路，可以使用万用表测量直流电压值，切断某一部分直流负荷时，观察万用表所测极对地电压值的变化，进而逐步判断短路的位置。交流侧短路出现故障，直流线路电压、电流也会发生变化，要采用专业技术检测故障具体位置，要加强对配电系统故障技术的研究，提高电路故障检测技术水平。

4结束语

总之，直流配电系统故障是电力系统供电与电气设备应用中常见的现象，专业技术人员要运用专业的装置和技术对故障进行分析和诊断，确定故障的位置，找出故障原因，要着重对直流配电系统的电流和电压进行测定，保证在故障发生的第一时间做好处理，将损失降低在最小范围内，进而降低电力系统维修成本。

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作者简介：

叶伟（1984-），男，汉族，安徽合肥人，本科，高级工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化。

赵先浩（1988-），男，汉族，安徽宿州人，研究生，初级工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化。

任帅(1992-)，男，汉族，安徽宿州人，研究生，初级工程师，主要研究方向:电力系统及其自动化。