防范变电站低压直流系统交流窜入的隔离型DC-DC模块设计

陈光俊，丁荣，卢建忠，罗梓聪

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，广东 广州 510000）

低压直流系统是为变电站内信号及远动设备、保护及自动装置、事故照明、断路器（开关）控制回路提供直流电源的电源设备。相对变电站一次系统而言，低压交直流系统较为独立，能够在站内交流电中断的情况下，由蓄电池组继续提供直流电源，保障系统设备正常运行。

1 系统结构及原理

低压直流系统，主要由绝缘监测装置进行故障监测和报警。但现有绝缘监测装置的功能不足，灵敏度不够，动作速度较慢，无法满足复杂干扰监测功能。现行标准要求直流系统母线电压发生有效值10V以上的交流窜入时，产品能发出告警，但实际运行中，多起干扰通过光耦等元件窜入直流系统导致保护误动，而此时直流母线电压波动较小，导致设备无法报警，更无法选线。现有的绝缘监测装置虽然具有交流220V窜入直流的检测功能，但其只能监测有效值在10V以上的交流干扰。交流窜入对继电保护装置威胁极大，容易导致保护不正确的动作，尤其以交流窜入直流危害更大。

为解决上述问题，针对上述问题，本文研制一种用于低压直流系统支路上的隔交模块，在发生交流电源串入直流某支路时，该模块可滤除交流分量，将串入的交流电源隔绝在本支路，而降低对整个低压直流系统的影响，防止其他支路发生误动的情况。

2 仿真设计

本文采用滤波和隔离模块的设计，防止直流电源次级出现故障引起初级故障。

2.1 电路设计仿真

电路原理仿真如图1所述，UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。该调制器单端输出，能直接驱动IRF250 MOS管，通过控制MOS管的通断，从而阻断窜入直流系统的交流，引起下一级直流电源故障。

图1 电路仿真原理图

2.2 波形分析

通过示波器查看波形。在系统中未引入交流窜入，如图2所示，隔离直流电源两侧电压无波动。系统中引入交流窜入，未施加防范措施时，直流电源两侧电压均呈现交流波形，如图3所示。系统中引入交流窜入，按照如图1的原理进行防范，直流电源两侧波形均无交流干扰。

图2 未引入交流窜入的波形

图3 引入交流窜入未加防范的波形

3 实物试制及测试

为验证电路原理的准确性，本文根据电路仿真原理，设计了隔离性DC-DC变换模块，装置电路板及实物如图5所所示。在实验室内搭建测试环境，测试环境如图6所示，采用直流电源作为隔离型DC/DC的输入，隔离型DC/DC输出接到示波器上，用示波器观察交流窜入后，隔离型DC/DC输出是否有干扰。采用交流调压器模拟交流窜入，交流调压器输出接到隔离型DC/DC的输出端，交流调压源的输出通过万用表测量。分别在不同交流窜入情况下，观察隔离型DC/DC输出是否有变化。测试数据如表1所示，施加不同电压等级交流窜入，隔离型DC/DC输出未受影响，证明本文设计电路可有效阻隔交流窜入干扰。

表1 试验结果

图5 电路板及装置实物

图6 现场测试环境

图4 引入交流窜入施加防范的波形

4 结语

本文针对变电站低压直流系统的交流窜入不易防范的问题，提出了隔离型DC/DC变换模块，通过电路原理设计仿真，实物制作，经实验室测试，结果表明，所设计的变换模块可有效阻隔交流窜入。隔离型DC/DC模块的应用，能够有效提高变电站直流电源系统的可靠性，保障了电力系统供电的可靠性。