浅析直流配电系统故障的保护技术

杨帆

摘 要：时下，传统的交流输配电系统遭受着较高的负荷压力，严重影响了系统在运行中的使用效率，其中尤以电力电子装置的大量应用，最容易导致故障的发生。基于此情况的考量，本文首先简单分析直流配电故障的主要发生特征，接着简单综合直流配电系统的主要运行情况，着重分析解决直流配电系统故障的技术手段，以期具备一定的参考价值，借以辅助技术人员挖掘直流配电系统传输电能的社会效益。

关键词：直流配电系统；故障特征；保护技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.186

0 引言

隨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 浅析直流配电系统故障的发生特征

1.1 故障电流急剧上升

在直流配电系统线路出现接地故障的情况下，并联在VSC直流侧的滤波电容，往往会在发生故障的短时间内，迅速向故障点位置进行放线，加速电流数值在线故障线路的上升速度，这一点特性非常不利于检测装置与故障隔离装置迅速发挥作用。同时，VSC通常会在直流配电线路发生故障后，迅速锁定绝缘闸双极型晶体管，导致系统电路里的续流二极管开始向故障点放出不控整流电流，导致故障线路的电流长时间保持为急速上升的状态[1]。

1.2 故障波及范围广泛

直流配电系统里面交织着极多的交往单元，主要通过换流器装置进行接入，这种线路的连接特征，使得直流配电系统在出现接地故障之后，临近的换流器出口电容就容易失控，持续向故障点位置做出放电行为。如此一来，直流配电系统的电压数值会逐渐开始下降，影响到系统中其余并网设备的使用质量，而且其中的电动机以及交流电源等设备，往往还会持续通过二极管向故障点释放出已经短路的电流，导致出口直流电压的数值产生变化，影响到系统正常部分的运行。

1.3 故障检测定位困难

直流输电系统具有复杂性，这也使得直流输电电缆的线路频变参数变得非常强烈，电力行业技术人员使用最多的保护技术就是故障定位，还有很多业界人士提出可以使用电流的固有频率检测系统的故障情况。但是，直流配件系统所配置的电缆线路比较短，要想迅速实现故障点线路的精准定位具有一定的难度，这也使得高阻接地一类系统故障的检测、定位工作，成为了技术人员最头痛的问题。

2 浅析直流配电系统故障的保护技术

2.1 直流配电系统故障隔离设备

目前，电力行业的技术人员在应对直流配电系统故障问题的时候，经常使用直流断路器设备对直流配电系统加以保护，能够在成本可控的基础上产生显著的防控效果。其中，全固态类型直流断路器的开合总时间基本可以控制在1m/s以内，相比于VSC换流站，其预期功率损耗基本能够处于30%以内，未来的突破方向主要是加强对于固态装置的改进，从而降低导通压降和串联的个数，产生更好的直流配电系统故障隔离效果[2]。安装在VSC交流电源侧的交流断路器，同属于常见的系统故障隔离设备，在检测到直流配电系统故障的时候，可以第一时间利用动作交流断路器部分，达到有效隔离系统故障电源的目的，从而将发生短路的电流迅速隔离出配电主系统，显著降低故障线路对整个直流配电系统的正常运行施加的额外负荷情况。

2.2 限制故障电流的隔离装置

针对直流配电系统的常见故障问题，可以运用专业的故障电流限流装置器FCL，作为处理和限制故障电流的隔离装置。当系统出现故障情况之后，FCL能够做到快速察觉故障的发生情况，继而通过判断直流断路器的位置，迅速切断系统的流经电流，达到抑制故障电流进一步蔓延的效果。像是超导材料制作的FCL，在直流配电系统正常运行的情况下，能够以较小的静态损耗情况正运行，在故障发生的情况下，便会迅速切换到非超导模式下，产生极强的阻值，达到强力限制故障电流的保护效果。还有基于饱和电抗器的FCL隔离装置器，运行原理主要是电抗器的饱和效应，当直流配电系统电路处于正常运行的状态下，电抗器始终处于电磁饱和模式下，产生的导通电阻类似于输电线路，等到检测到故障情况之后，电抗器就会受到控制回路的影响迅速退出饱和状态，展现强大的电感特性，及时抑制故障电流的持续上升状态，利于保障直流配电系统在故障状态下的正常运行。

2.3 采用科学的故障检测方法

直流配电系统容易出现的故障问题具有多种类型，在采取保护技术的时候要针对故障问题具体而言，确定故障解决手段的有效性。例如，当直流配电系统出现过电流、电压过低、过载等故障问题的时候，可以使用率先对直流线路的电压量和电流值进行检测。通常来说，如果直流线路的故障问题主要在于短路，那么急速上升的直流线路电流往往会超过整定值，电压反而会恒定在低于整定值的状态，这时可以直接判断该段配电线路出现了故障情况。在交流侧出现短路故障问题的时候，直流线路的电压、电流同样会出现不同程度的变化，这时可以再测试出现故障问题段线路电流的上升率，以此检测影响系统运行稳定的具体线路位置。

3 结束语

综上所述，未来电力行业的技术人员，还将进一步实现直流配电系统保护技术的深入研究。在此过程中，电力行业的技术人员，应当着重改善直流配电系统故障检测以及实时通信装置的运行稳定性，确保在故障发生的第一时间能够进行有效的检测，从而提供技术人员尽快将故障危害控制在最小范围内。同时，还要积极研发使用成本较低的直流断路器装置设备，从而逐渐实现故障电流的快速切换。

参考文献：

[1]胡竞竞.直流配电系统故障分析与保护技术研究[D].浙江大学，2014.

[2]薛士敏，陈超超，金毅等.直流配电系统保护技术研究综述[J].中国电机工程学报，2014，34（19）：3114-3122.