（酒鋼（集團(tuán)）能源中心，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

1 某電廠DCS電源配置概述

某電廠120MW 燃?xì)鈾C(jī)組設(shè)計(jì)為發(fā)-變單元機(jī)組，燃機(jī)機(jī)組采用MARK-VI 控制系統(tǒng)，隨燃機(jī)配套。除燃機(jī)機(jī)組外輔助系統(tǒng)采用DCS 控制，輔助系統(tǒng)主要含空壓機(jī)、CEMS 系統(tǒng)、電氣、控制、計(jì)量系統(tǒng)等。

輔助系統(tǒng)(DCS)電源配置，兩路220VAC 供電電源，一路取自UPS，另一路取自廠用電，并設(shè)置電源自動(dòng)切換裝置，DCS 電源配置接線框圖見圖1。交換機(jī)和電源模塊采用交直流輸入。

電源切換模塊原理圖見圖2。設(shè)計(jì)采用二極管橋式整流回路，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電供負(fù)載使用。一路電源由D1 至D4 組成，J5 為一路電源監(jiān)視繼電器；二路電源由D5至D8組成，J6為二路電源監(jiān)視繼電器，兩個(gè)全橋整流電路直流輸出端并聯(lián)，兩路電源輸出直流電壓較高的一路電源為供電主回路負(fù)荷，輸出電壓較低的另一路為備用，當(dāng)主電源出現(xiàn)故障或電壓小于備用電源輸出時(shí)，處于備用的另一路電源自動(dòng)切換。

圖1 DCS電源配置原理框圖

前期裝置上電調(diào)試，電源切換裝置輸出正常，DCS工作正常。

調(diào)試將要結(jié)束視頻系統(tǒng)接入時(shí)，發(fā)生電源自動(dòng)切換模塊輸出電壓過高，造成燒損兩個(gè)電源模塊，兩個(gè)電源轉(zhuǎn)換模塊，一塊主控制器，一臺(tái)交換機(jī)的事件。

圖2 電源切換模塊原理圖

2 存在的問題及原因分析

2.1 存在問題

（1）UPS 旁路電源停電，UPS 輸出失去相位基準(zhǔn)。

（2）電源切換模塊存在寄生回路。

（3）視頻系統(tǒng)雙電源切換裝置內(nèi)部直接將兩路電源的N短接在一起。

2.2 原因分析

2.2.1 電源切換模塊輸出電壓工作原理

（3）同時(shí)送兩路電源，UPS 旁路電源正常運(yùn)行，輸出電壓相位按旁路電源（即市電輸入U(xiǎn)ac）相位輸出，見圖4UPS 電源接線原理圖。電源切換模塊輸出的電壓按市電與UPS 整流值較高的輸出，電源模塊運(yùn)行正常，用電負(fù)荷運(yùn)行正常。

（4）同時(shí)送兩路電源，UPS 旁路電源停電，UPS輸出額定電壓額定頻率，但輸出電壓的相位無基準(zhǔn)參考，即相對(duì)市電相位不同步，0°至360°之間隨意位置波動(dòng)。電源切換模塊輸出的電壓按市電與UPS整流值較高的輸出，電源模塊運(yùn)行正常，用電負(fù)荷運(yùn)行正常。

（5）同時(shí)送兩路電源，UPS 旁路電源停電，間接使用了公用接地（視頻系統(tǒng)電源切換裝置配置切換原理是UPS 電源輸出電源中性線線與廠用電電源的中性線直接短接在一起，市電La 與UPS 電源L1通過雙向可控硅快速切換輸出）。

電源切換模塊寄生回路被觸發(fā)，當(dāng)市電與UPS輸出相位在60°至300°之間時(shí)電源切換模塊的輸出直流電壓在300 V以上波動(dòng)，最高可超過600 V。

2.2.2 寄生回路分析

寄生回路，(或稱假回路)是在線路動(dòng)作過程中意外接通的電路。分析見圖2 電源切換模塊原理圖，一路電源相線對(duì)應(yīng)的橋臂D1、D2 與二路電源相線對(duì)應(yīng)的橋臂D5、D6 組成一個(gè)整流橋，輸出電壓為兩路電源相線L1、La 之間交流電壓的全波整流值。因?yàn)閁L1≈ULa，兩火線之間的電壓UL1La=2ULasin(α/2)。見圖3兩路電源輸入輸出向量圖。

兩路電源相線L1、La之間相位差在-60°（300°）至60°之間時(shí)，D1、D2 與D5、D6 組成的寄生回路整流橋輸出電壓小于一、二路電源對(duì)應(yīng)的整流橋輸出電壓，寄生回路沒有顯現(xiàn)出來。

圖3 兩路電源輸入輸出向量圖

兩路電源相線L1、La 之間相位差在60°至300°（-60°）之間時(shí)，D1、D2與D5、D6組成的寄生回路整流橋輸出電壓大于一、二路電源對(duì)應(yīng)的整流橋輸出電壓，寄生回路顯現(xiàn)出來。

兩路電源幅值相等，由于存在相對(duì)相位，使得相線之間存在電壓，幅值大小周期性變化，最大輸入電壓為440 V，最小為0 V。

UL1La交流電壓的電壓隨L1、La之間的相位變化而變化。當(dāng)UPS 輸出電源與廠用電同步相位相同時(shí)，L1、La之間電壓為最小接近0 V，當(dāng)UPS 輸出電源與廠用電不同步相位相差180°時(shí)，L1、La之間電壓為最大接近440 V，電源切換模塊的輸出直流電壓最高可超過600 V。

UPS的輸出電壓，在有旁路電源情況下，輸出相位、頻率以旁路為基準(zhǔn)，即UPS 輸出電源與旁路電源(廠用電)同步；在沒有旁路電源時(shí)，不間斷電源UPS按照設(shè)置參數(shù)控制輸出電壓相位、頻率，失去基準(zhǔn)，這種情況下即UPS 輸出電源與旁路電源(廠用電)不同步。見圖4 UPS電源接線原理圖。

圖4 UPS電源接線原理圖

2.3 激發(fā)寄生電路輸出高電壓造成設(shè)備損壞的同時(shí)需要滿足的三個(gè)條件

（1）存在寄生電路回路。

（2）當(dāng)UPS 無旁路電源時(shí)，UPS 輸出(相位失去基準(zhǔn))與廠用電不同步，UPS 輸出與廠用電相位差大于60°，滿足了電源切換模塊輸出高電壓條件之一。

（3）UPS 電源輸出中性線N1 與廠用電中性線N2 短接在一起，UPS 失去隔離作用，滿足了電源切換模塊輸出高電壓另一個(gè)條件。

3 解決方法

（1）UPS電源輸出始終與廠用電保持同步，分析認(rèn)為不可靠，因?yàn)閁PS 旁路電源有意外停電的可能性。

（2）使用隔離變壓器，使兩路電源無電的聯(lián)系，使得寄生回路不觸發(fā)，也不可靠。UPS 電源本身已經(jīng)設(shè)計(jì)了隔離變壓器，但被外回路輕易通過N 線公用就失去了隔離作用。

（3）更換不含寄生電路的電源切換模塊（即電源不能并聯(lián)切換繼電器）。切換時(shí)間慢，存在切換時(shí)間的短暫中斷。

以上三種解決方法各有不足，最終綜合選擇方法是，取消220 V 環(huán)節(jié)電源切換功能模塊，增加220 V/24 V 電源模塊，兩路電源分別直接接入220 V/24 V 電源模塊，220 V/24 V 電源模塊24 V 輸出經(jīng)過逆止二極管后并聯(lián)為DCS供電。

4 結(jié)束語

（1）使用二極管隔離，必須建立在不同電源獨(dú)立沒有電聯(lián)系的基礎(chǔ)上，否則必須使用可靠隔離。

（2）同時(shí)使用接地系統(tǒng)（市電）和不接地系統(tǒng)（UPS 系統(tǒng)）供電的雙電源切換裝置，應(yīng)防止任何形式的N線被短接在一起。

（3）消除一切寄生回路。

（4）發(fā)電廠DCS 是機(jī)組控制中樞，基于供電系統(tǒng)的高可靠性要求，是這種供電方式選擇和設(shè)計(jì)思路，對(duì)于火力發(fā)電廠、設(shè)備成套供應(yīng)單位的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作具有良好的參考借鑒意義。