中低压直流配电系统故障分析及保护配置研究

中低压直流配电系统故障分析及保护配置研究

因直流系统是配电技术的重要部分，所以国家及电气企业应对其的保护给予高度重视。对直流配电的保护，是加快其系统发展速度的关键，需要相关负责人进行仔细考究。论文先是对直流保护构成及原理进行了阐述，后又对其系统常见故障与在中低压下主动实施故障解决措施的方法展开了深度探究。此次探究的主要目的是为了保护直流配电系统，促进我国电气事业的发展。

【Abstract】As the direct current system is an important part of the distribution technology，the state and electrical enterprises should pay great attention to its protection. The protection of DC power distribution is the key to speed up the development of its system，and the relevant person in charge should carefully examine it. This paper first describes the constitution and principles of DC protection，and then makes a deep inquiry into the common faults of its system and the measures to solve the problems in the middle and low voltage. The main purpose of this inquiry is to protect the DC power distribution system and promote the development of the electrical industry in China.

【關键词】中低压；直流配电；配电系统保护

1 引言

直流系统可将分布式发电、配电供电及储能等优点进行充分发掘，以便为电气企业的供电与用户的用电提供新效益与新价值。系统保护是配电安全运行的保障，其实施难点主要是电流未能经过零点，使灭弧较难，且控制相对复杂，需给予灭弧更大的空间。国家电气工程相关工作人员在研究直流保护的过程中，应对其运行动态与常见故障间的关联进行充分考虑，以此来获得更佳的保护效果。文章依据直流组成及其原理，分析总结出了其系统的常见故障类型，提出的一系列故障解决策略，对直流配电系统的完善具有理论性意义，对解决其建设中的实际问题具有现实性的指导意义。

2 直流主动保护构成及其原理

直流保护系统的构成分为单母线配电、两端配电以及放射状与环状配电等四种系统，无论是应用哪一种系统，均是以DC/AC和DC/DC器为载体，使储能、多型负荷及分布式发电相连接，系统保护便集成于DC/AC和DC/DC中[1]。其主动保护构成由短路与接地保护、绝缘下降、交直流混接、环网保护、交流电网、储能电池、光伏电池及燃料电池等组成，其借助DC/DC或DC/AC接受配电，将电供给负载。其原理是在电子转换器构造监控与拓扑原理基础上，将其保护行为“融入”转换器的逻控之中，遵循双重保护原则，充分利用隔离单元与电子器件，使诸多故障线路与正常运行的线路自然断离，并对故障较为严重的回路进行切断处理，可阻止轻微故障变严重扩大危害范围，尽可能确保系统正常工作。因电子转换器具有自己的保护性能，所以诸多学术研究人员对其进行探究的兴趣颇高。

此项技术具有继电保护作用，已经被国人广泛应用于电气企业当中。直流继电器结合断路器，可对故障进行快速检测与断离。

3 中低压直流配电系统常见故障解析

非高压直流系统中，常见的故障有短路故障与接地故障。

①短路故障：正负电极均悬空的系统，如若正负极其中一极接地，则无法造成电路短路；如若唯有接地线电压出现异常，且正负极其中一极线路接地，便会引发短路故障。直流系统的短路故障，其电流输送速度飞快，影响范围广泛，且未经过零点[2]。解决直流短路故障的方法诸多，其中切除电路的方式最为直接且效果较好。

②接地故障：前期线路绝缘性能的下降与交直流交接混乱等问题并未引发接地故障，当接地电压发生异常时，如若未能对其进行有效控制，可使其最终演变成接地故障。近几年，我国的直流断路技术还未发展成熟，对于其他故障的保护方法仅限于监测与报警，而对于接地故障保护，我国已有一定的技术成果，例如环网技术。

③直流故障具有自身独特的直流电压，其故障点位较难寻找。直流电系中，导致线路故障形成的原因之一是直流环网出现问题。环网故障会使直流电系统之间产生电环流，最终造成输电异常的危害，严重的情况下，很有可能导致线路出现短路或是接地故障。

4 非高压直流系统故障保护方法探析

4.1 直流环网维护法

直流环网法的内涵主要指在直流系统未能并列期间，环网存有的多数电气连接。在环网运行的过程中，受倒负荷与绝缘度降低等因素的影响，极易使其出现故障，导致产生火灾、电池使用年限缩短以及空气开关失效等问题。若出现两个直流等级各不相同的系统电压，则会造成更为严重的后果。例如，异常发电现象，会引发电路短路或接地等危害。DC/DC属于隔离型转换器，具有稳定电压的作用，在直流环网中，可确保各负荷电压始终保持平衡状态[3]。各支流通过使用DC/DC可完成单独供电。当负荷出现故障时，DC/DC可保证各直流系统正常运作。面对多条直流线路同时出现问题的危急时刻，借助环网监测可检测出其问题所属的故障种类，并将故障点前后电路封锁，阻止转换器输出电流，实现故障隔离，可有效避免直流主干线与其他支干线的输电工作受到影响。4.2 短路故障保护法

依照主动保护原理，短路故障的保护应以电子器件内部的运行原理及算控法为基础，通过逻辑管控与诊断，对短路电流进行切断处理。单元隔离法将部分因故障问题流失电流进行回吸，可降低故障的破坏力，避免直流系统整体运行中断。ASP集成器的应用，可将DC/AC或者是DC/DC器中，需要被保护的各直流线