摘要：河北大唐国际丰润热电公司热控直流电源系统在机组投产后，发生多次接地引起整个机组直流报警，对机组安全造成极大隐患。热控专业通过对整个热控直流电源系统分析，确定缺陷发生原因、制定技术改造方案并实施，最终解决了这一重大缺陷，避免了由于热控直流电源系统接地影响整台机组安全运行隐患。
前 言
丰润热电公司热控直流DC220电源系统由河北电力勘探设计院设计，每台机组引入两路220VDC电源至热控电子设备间直流电源柜，主要供热工保护系统及设备的用电。由于直流电源可以通过蓄电池供电，所以可靠的直流供电系统，是现场安全保护系统在失去交流电源依旧正常工作的重要保证，直流电源主要是供机组主保护系统及电气重要设备使用，所以直流电源系统的可靠性是至关重要的。
直流与交流电源区别
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，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流。 交流电源由三个频率相同，振幅相等，相位依次互差120度电角度的交流电势组成。直流电的电流的方向、大小都是恒定不变的，交流电的电流方向、大小都随着时间的改变呈现周期性的变化。直流电的电流与时间的函数图象是直线，交流电的电流与时间的函数图象为曲线，例如正弦波。正常直流220V电正负之间用万用表测量为220V,既正极对地显示+110V，负极对地-110V，正负无论哪个电压显示偏低均是电路有接地现象，需立即处理。交流220V电用万用表测量也为220V，但没有正负极区分，但是有火线和零线,可以理解为电流是从火线流向零线,但极性按一定频率改变。
2、关于直流系统接地
2.1、什么叫直流系统接地：
由于直流电源为带极性的电源，即电源正极和电源负极。交流电源是无极性电源，电源系统交流电源有一个真正的“地”，这个地也是电源系统安全的一个重要概念。为了系统安全，变电站、发电厂所有设备的外壳都会牢牢的接在这个“地”，而且希望其阻抗越低越好。直流电源的“地”对直流电路来讲仅仅是个中性点的概念，这个地与交流的“大地”是截然不同的。 如果直流电源系统正极或负极对地间的绝缘电阻值降低至某一整定值，或者低于某一规定值，这时我们称该直流系统有正接地故障或负接地故障。
2.2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，便可能构成接地短路，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，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同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能动作于跳闸、致使越级跳闸。
3.丰润热电热控直流系统概述
丰润热电为2台300MW亚临界供热抽汽凝汽式机组，每台机组从电气直流屏分别供两路直流220V电源，其中锅炉侧两路直流电源进入MFT保护柜，作为炉主保护系统电源。汽机侧两路进入一面热控直流电源柜，进行无扰互备切换后供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多次出现影响机组直流接地的问题。其主要特点是充分利用了二极管的开关和隔离直流的特性，原直流电源柜原图如下：
图1
其中，电气直流电源1母的正极串接了1个二极管（D1），电气直流电源2母的正极串接了2个二极管（D2、D3）。根据二极管的工作特性，正常状态下只串联1个二极管的电路，由于压降小，处于导通状态，而另一路串接2个二极管的电路则处于备用状态。这种系统结构在电源系统投运后，一路电源始终处于工作状态；此路电源故障情况下，另一路电源能够导通进入工作状态。这种接线方式在二组直流电源的主回路对地绝缘都正常的情况下,是没有任何问题的，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，也就是相等的。假如直流I段的电压U1=115V，直流II段的电压U2=115.5V,根据二极管高通法则，D2、D3截止，D1导通，直流电源I段的电压U1经二极管的压降（约0.6V）后, 到控制设备负荷端的电压U3=115-0.6=114.4V，由于二极管的导通时间短，所以在正常情况下系统能够做到无扰切换，保证热控电源的不间断。
4、热控直流电源存在缺陷
4.1 原直流电源系统中，热控直流电源的正极是利用二极管把2路独立的电气直流系统连在一起的，而负极则是电气直流电源的负极直接相连接。这种系统结构使得2路直流电源没有完全独立，根本不符合火力发电厂安全性评价标准要求，给机组的安全运行带来了隐患。从电路原理图看出原系统结构不论在何位置发生直流接地故障，都会造成2套直流系统同时接地，给故障分析、处理工作带来极大的困难。如下图，若接地点发生a部位，那么2路直流电源都会发出直流接地故障信号，电气的接地选线装置将无法正确判断接地点的位置；同时，在查找接地点的过程中，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。
图2
另外，在某些极端的接地情况下，这种结构能够引起热控设备的完全停电，且有可能影响到整个直流系统。如下图，如果在a点和B点同时接地，则相当于直流电源2的正、负极短路，很容易造成热工控制、保护装置的失电，引发机组停机事故；极端情况下，系统接地会造成整个直流系统的电源消失。
图3
4.2在机组运行时出现汽机热控电磁阀电缆绝缘下降(原因是电缆经过高温部分造成)，电气两个直流屏同时都报接地故障。同时由于电源柜内两路直流电源用二极管隔离供电，二极管又无监视，二极管击穿损坏易造成两组蓄电池并列运行，给直流系统接地处理造成困难，使机组安全运行存在极大危险
5.制定技术改造方案
针对系统存在的设计缺陷，热控专业进行技术讨论，积极查找改造方案：利用两台机组检修机会将经过高温区域的电缆增加槽盒更换位置，在热控两路直流进线后增加一套可靠的直流隔离转换装置，与机组直流系统实现完全物理隔离，避免热控直流接地引起机组直流系统异常。改造时，将两路直流系统经DC/DC隔离变换器转换后并联输出，这样既可保证热控直流电源的无扰切换，又能保证两路电源只有电磁联系而无电气联系，以达到两路热控电源系统的完全电气隔离。
6、实施技改方案
6.1利用两台机组停机检修机会分别对技改方案进行了实施，首先采购了性能优良电源隔离设备，主要技术参数如下：
1）输入DC220V、输出DC220 V1000W。
2）调 整 率： 电压调整率≤0.5%（5V时≤1%）； 电流调整率≤1.0%（5V时≤2%）
3）纹波系数： 有效值Vrms≤0.1% ；峰峰值Vp-p≤1.0% (40MHz带宽模拟示波器输出端口测试)
4）保护功能： 具有直流输入极性保护；过热保护；输出过压、过流、短路保护
这种电源其内部输入与输出之间采用DC-DC电源模块，类似于变压器的两边，采用高频变压器原理保证原边与副变只有磁感应联系，没有电的联系，实现了输入与输出的完全隔离，为保证输出回路正常工作采用光合耦合器原理对输出电压进行稳压和调整，并且具有过流过载保护。完全能够实现与电气直流屏的完全物理隔离。改造后电源柜接线如下图：
图4
在电源的输入端加了两个空开QS1、QS2，保证热控电源在检修及输入回路出现缺陷时，实现与电气直流屏的切断。
6.2对于经过高温区域绝缘下降的电缆利用检修机会更换，将电缆槽盒重新移位安装，具体改造前后位置如下图，将电缆远离高温及有热蒸汽的部位：
图5
改造实施后检测机组热控直流系统电源对地电压都已正常,证明二极管的干扰已经消除，便于接地故障的查找、处理，并且从未再发生两段直流母线同时出现接地报警，彻底消除了长期困扰电厂的安全隐患。通过几个月的运行考验，装置运行稳定可靠、状态良好， 实践证明此次技术改造是正确成功的。
7.小结
结合丰润电厂热控电源系统存在实际问题，通过日常对系统设备的检查分析，确定设备存在问题，制定有效可行的方案，采用安全、先进的设备和工艺，尽可能利用现有的设备材料，在节约费用的前提下完成对设备的更新改造，达到提高机组电源可靠性的要求，保证了机组安全、稳定运行。
参考文献
辽宁朝阳航天电源4NIC-DS1000使用说明书。
火力发电厂安全性评价标准。
火力发电厂热工自动化设计技术规定。——（河北大唐国际丰润热电公司，白利红，唐山丰润 063030）