直流设备调试要点及其状态检修的展望关改霞

直流设备调试要点及其状态检修的展望关改霞

关改霞

国网长治供电公司变电检修室山西长治046000

摘要：传统交流配电系统的问题日益凸显，具有能广泛接入分布式电源以及储能系统的直流配电系统随着电力电子技术的发展成为时下研究的新方向。直流配电系统同时还具有便于直流负荷接入、改善电能质量等优点，这些优点与未来配电网发展趋势相适应。该文对直流配电系统的关键设备以及关键技术进行了介绍。

关键词：直流设备调试；状态检修；措施

1引言

直流系统是应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户，为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源—蓄电池继续提供直流电源的重要设备。直流屏的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性和安全性。

2直流配电系统关键设备

2.1直流断路器

直流断路器是直流配网中的重要电气设备。它具有灭弧能力，能够承载和开断直流电流。在发生事故时，直流断路器可以快速切除和隔离故障，它能够限制事故范围的扩大，降低事故对设备和电网造成的不良影响，是直流配电网保护系统的重要组成部分，对直流配电网的安全可靠运行，有着关键性作用。对于两端供电和环状结构的直流配电网来说，当电网内部发生故障时，想要快速切断和隔离故障区域，只有采用断开直流断路器方式，才能保证非故障部分的正常运行。直流配电网中采用直流断路器，可以使电网拓扑更灵活，保护装置的配置变得简单可靠，电网的可靠性得到了增强。交流断路器可以利用交流电流的自然过零点，很容易熄灭电弧，制造难度相对较低，当前交流断路器的技术相当成熟，应用也十分广泛。与交流断路器不同，由于直流电流没有自然过零点，灭弧问题将变得比较困难。因为直流系统中阻尼系数较低，当发生故障时，事态发展速度快，要求直流断路器开端动作时间尽可能短。直流断路器关断时，两端会产生较高的恢复过电压，很容易对系统中的功率器件造成破坏。以上这些都给直流断路器的研发带来了困难。目前，高压直流断路器技术还不太成熟，并且成本昂贵，并没有大规模应用。

2.2换流器

AC/DC换流器是直流配电网连接外部交流大电网以及内部交流电源、交流负荷的关键设备。为满足系统中功率双向流动、可对无源网络供电的需求，多采用电压源型换流器（VSC，VoltageSourceConverter）。按照拓扑结构，主要可分为两大类：两电平电压换流器、模块化多电平换流器。每个桥臂上都串联有IGBT半导体元件。对换流器进行增容、增压时，只需要通过串联多个IGBT，即可实现，进而来适应于不同的额定电压、电流。其拓扑结构简单，换流器的开关器件额定值相同，便于模块化生产，同时又方便进行控制，装置占地面积较小。但是随着电压等级的提升，串并联器件又会带来静态和动态的均压、均流问题。

2.3储能装置

在直流配电系统中，由于可再生能源（风力发电、太阳能发电）发电，受到外界环境因素的制约，这些发电单元的出力具有不确定性，输出功率波动性较大，对给系统的稳定性会带来影响。在直流配电系统中，加入储能单元，可以改善电能质量，提高系统的稳定性。储能装置在电网用电低谷期时，作为用电单元，从系统中吸收电能。当电网出现用电高峰期时，需要补充功率缺额时，作为发电单元，向系统输出电能，达到削峰填谷、平衡功率波动的目的。常见的储能类型有：蓄电池、超级电容、飞轮、超导、抽水、压缩空气等。目前，应用最为广泛的是蓄电池储能，其优点是：技术成熟、可靠性高、价格较低。

3直流设备状态检修

3.1直流配电系统保护技术

直流配电系统安全可靠运行的基础是保护技术。与交流配电系统类似，直流配电系统的保护设计同样要满足可靠性、速动性、选择性以及经济性等要求，同时系统的结构由于分布式电源、储能系统以及电力电子设备的接入变得更加复杂，设备分布更加密集，保护技术具有了需要解决的新的难点。直流配电系统保护技术首先需要保证故障检测和定位。目前直流线路中的故障检测和定位多采用行波法。提出一种多端直流配电线路行波故障测距算法，该算法根据配电系统的拓扑结构计算行波信号到各换流站的最短路径，通过双端行波测距原理进行故障点计算。

3.2直流泄漏试验

直流高压装置在使用的过程中，一定要保证可以为试验品提供充足的电流，保证试验工作的正常开展，避免出现内部电压变化较大的情况。所以，要科学的选择直流高压装置，保证设备的容量满足试验需求。通常选择的直流高压装置容量要大于50VA。采用直流泄漏试验进行绝缘测试时，为了让电压处于平稳状态，需要缓慢增加电压值，电压值在没有超过试验电压的75%时，一定要保证电压的缓慢增加，以此提升测量结果的精准性，如果超过75%，这就需要在原来增压速度的基础上，提升2%的速度，然后一直增加到试验的最高电压，保持一段时间后，切断电源。在进行直流泄漏试验的过程中，不光要消除以下杂散电流，还需要注意以下方面的内容：微安表指针的摆动情况。在电源电压比较大的情况下，指针容易出现大幅度摆动的情况，整流电压脉冲较大也会导致这种情况的出现，如果出现这种情况，首先要明确具体的原因，然后再进行性直流泄漏试验。如果指针一直出现摆动的情况，若幅度较小，可以将测量的平均值作为试验结果。如果微安表指针突发大幅度摆动的情况，可能是电气设备绝缘缺陷发生了放电现象。读取出现不准的情况，而且读取的数据越来越大，可能是因为被测试的电气设备受损、劣化严重导致的。如果在试验的过程中出现以上两种情况，需要减低测试电压，停止试验，避免试验的电气设备出现击穿的情况。

3.3直流配电系统可靠性评估技术

可靠性评估对一个系统的规划和运行具有指导意义，解析法与模拟法仍是直流配电系统可靠性评估的主要方法。直流配电系统的电力电子设备与交流系统中相应设备的运行与控制不同；直流配电系统中的潮流计算、可靠性指标计算等也与交流配电系统不同；同时由于直流配电系统中的设备目前并未有大规模的投入使用，关于其可靠性模型制定方式也需进行研究。以IGBT元件的故障率为基础得到电力电子设备的故障率，采用序贯蒙特卡洛模拟法进行可靠性评估，并在原有的可靠性指标基础上提出了计及新能源发电的直流配电系统系统指标。将柔性直流互联装置划分为换流桥子系统、变压器子系统、滤波器子系统、控制保护子系统、线路子系统、极设备子系统六个子系统，并建立它们的可靠性模型，考虑系统发生故障后配网进行，对交直流混联配电网进行可靠性评估。

4结束语

直流配电系统作为目前广受关注的一种新的供电形式，与电网未来发展的智能化、信息化、大规模分布式电源和微网存在的趋势相适应。本文对直流配电系统中主要使用的电力电子设备以及直流配电系统的关键技术进行了介绍。随着直流配电系统中关键设备的研发以及关键技术的不断突破，直流配电系统的优势将更加显著的体现出来并得到更广泛的应用。

参考文献

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