變電站直流系統(tǒng)介紹及常見故障處理

李鵬杰

【摘 要】直流系統(tǒng)是變電站非常重要的組成部分，它的主要任務(wù)就是給繼電保護裝置、斷路器操作、各類信號回路提供電源。直流系統(tǒng)的正常運行與否，關(guān)系到繼電保護及斷路器能否正確動作，會影響變電站乃至整個電網(wǎng)的安全運行。如果電力系統(tǒng)直流電流消失，最直接影響是變電站內(nèi)繼電保護系統(tǒng)將失去系統(tǒng)保護機會。直流系統(tǒng)如同變電站的中樞神經(jīng)，它運行可靠與否，對變電站的安全運行起著至關(guān)重要的作用。本文就變電站內(nèi)常見直流接地問題及查找故障方法作全面概述，對實踐工作有一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】直流系統(tǒng) ?接地 ?拉合法

1 直流系統(tǒng)介紹

變電站直流系統(tǒng)主要由三部分組成：充電裝置、蓄電池、直流負(fù)荷。但具體的又是通過直流屏來實現(xiàn)三個部分的具體功能的。直流屏是一種全新的數(shù)字化控制、保護、管理、測量的新型直流系統(tǒng)，直流屏內(nèi)含UPS逆變模塊、充電模塊、絕緣監(jiān)測模塊、電池巡檢模塊、調(diào)壓模塊、微機中央信號模塊。

（1）UPS逆變模塊，它主要有兩個作用，其一是引入交流電源并實現(xiàn)充電;其二是實現(xiàn)交直流電源相互逆變。

（2）充電模塊，將三相交流電380V轉(zhuǎn)變?yōu)?20V直流電壓，一方面對蓄電池進(jìn)行充電和提供合閘輸出，另一方面經(jīng)過直流饋電屏為各直流負(fù)荷供電。

（3）絕緣監(jiān)測核心目標(biāo)是對絕緣數(shù)值大小進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)直流屏各直流母線、各直流支路的對地絕緣數(shù)值在規(guī)定的整定數(shù)值條件下，就發(fā)生告警顯示，通知運行值班人員;另一方面在直流電壓過、欠或直流系統(tǒng)絕緣強度降低等情況也會發(fā)出報警信號。

（4）調(diào)壓模塊的作用是控制輸出電壓，使其始終保持在220V左右，保持電力系統(tǒng)各直流電源的電壓穩(wěn)定平衡。

（5）微機監(jiān)控負(fù)責(zé)對直流系統(tǒng)所有的環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測與告警，同時可以實時的記錄運行的參數(shù)，當(dāng)存在相關(guān)故障問題時，以第一時間通知運行人員根據(jù)參數(shù)的信息對系統(tǒng)的運行情況做出判斷與處理。

2 ?蓄電池

2.1 概述

蓄電池是變電站的動力來源，大多數(shù)蓄電池是固定式閥控密封式鉛酸蓄電池，它的性能比較優(yōu)越可靠。閥控蓄電池在正常浮充電狀態(tài)下，處于密封狀態(tài)，裝設(shè)有能夠自動開啟和關(guān)閉的安全閥。當(dāng)內(nèi)部壓力超過規(guī)定的開閥值時，安全閥自動開啟。壓力低于關(guān)閥值時閥門會自動關(guān)閉。安全閥上有濾酸裝置，不會排除酸霧等有害裝置，也不會發(fā)生電解液泄露，可防火花引起電池爆炸。

2.2 蓄電池的運行維護和故障處理

蓄電池正常以浮充方式運行，浮充電壓控制在2.23～2.28NV，均沖電壓控制在2.30～2.35NV。具體視產(chǎn)品要求來設(shè)定。運行中主要監(jiān)視單體電池電壓值、浮充電流、蓄電池組的端電壓，蓄電池組及直流母線對地電阻值，絕緣狀態(tài)等。巡視中還應(yīng)檢查電池連接片有無松動和腐蝕現(xiàn)象，殼體有無滲漏和鼓肚變形，極柱與安全閥周圍有無酸霧溢出，絕緣電阻是否下降，蓄電池室散熱通風(fēng)是否良好，溫度是否過高等。當(dāng)某一個蓄電池故障時，可將該蓄電池短接，將其退出運行送修，單個蓄電池退出不會影響整體電氣性能。

3 直流系統(tǒng)的主要接線方式

3.1 一組充電機與一組蓄電池單母線接線方式

110kV變電站一般是以上接線方式，一組充電機，一組蓄電池，直流母系是否分段應(yīng)視實際情況而定。像叢臺站就是直流單母線接線。

3.2 兩組蓄電池單母線分段接線

目前紅河供電局的220kV臨安變電站，220kV竹林變電站，220kV西湖變電站站內(nèi)直流接線都是兩組蓄電池單母線分段接線形式。這種接線方式較為靈活，當(dāng)一組蓄電池或充電機故障時，合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，可由另一組充電機和蓄電池來帶所有的負(fù)荷。

3.3 直流系統(tǒng)運行方式

220kV變電站有兩路直流充電機屏，兩路直流饋電屏一般還會有220kV分電屏和110kV分電屏。正常由1號充電機供直流一段母線負(fù)荷，浮充一號蓄電池組;2號充電機供直流二段母線負(fù)荷浮充二號蓄電池組。正常運行時聯(lián)絡(luò)屏充電機Ⅰ輸出開關(guān)、Ⅰ段母線接入開關(guān)，電池組Ⅰ接入開關(guān)在合位;充電機Ⅱ輸出開關(guān)、Ⅱ段母線接入開關(guān)、電池組Ⅱ接入開關(guān)在合位。Ⅰ、Ⅱ母聯(lián)開關(guān)斷開。直流負(fù)荷開關(guān)一般禁止并列合環(huán)運行。

110kV變電站直流系統(tǒng)有一臺充電機，交流進(jìn)線均為雙路供電，分別接自兩個站用變的低壓側(cè)，一路運行，一路備用。正常情況下，1號充電機向蓄電池供電并帶直流母線負(fù)荷。充電機配有一套自投裝置，一路電源故障時自動切換到另一路電源。

4 直流系統(tǒng)接地故障的危害

直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地是直流系統(tǒng)常見的異常運行狀態(tài)，雖不立即產(chǎn)生后果，但潛在危險性很大。直流接地故障中，危害較大的是兩點接地，可能造成嚴(yán)重后果。直流系統(tǒng)發(fā)生兩點接地故障，便可能構(gòu)成接地短路，造成繼電保護、信號、自動裝置誤動或拒動，或造成直流保險熔斷，使保護及自動裝置、控制回路失去電源。在復(fù)雜的保護回路中同極兩點接地，還可能將某些繼電器短接，不能動作于跳閘、致使越級跳閘。

（1）兩點接地可造成斷路器或保護誤動作。當(dāng)直流接地同時發(fā)生在正極 A，B 兩點時，斷路器控制開關(guān) SA 的 6～7 觸點、KQ 線圈、QF 觸點被短路接，跳閘線圈勵磁，使斷路器跳閘，此時，一次系統(tǒng)并未發(fā)生故障，所以稱為斷路器誤跳。

（2） 兩點接地可造成斷路器或保護拒動。當(dāng)直流接地同時發(fā)生在負(fù)極C、D 兩點時，跳閘線圈回路被短路接，此時若一次系統(tǒng)發(fā)生故障，保護動作，不能使跳閘線圈勵磁，將造成斷路器拒動。

（3）兩點接地可造成直流熔絲熔斷。當(dāng)接地點發(fā)生在負(fù)極C、D ?兩點時，會引起熔斷器熔斷，當(dāng)接地點發(fā)生在負(fù)極C、D 兩點而保護動作時，不但斷路器拒跳，而且熔斷器熔斷，同時有燒壞繼電器的可能。

（4）兩點接地可造成誤發(fā)信號，在正常運行中斷路器控制開關(guān)觸點的有關(guān)觸點是接通的，而斷路器的輔助觸點 QF 是斷開的，中央事故信號回路不通，中央事故信號回路誤發(fā)斷路器跳閘信號。直流系統(tǒng)接地故障，不僅對設(shè)備不利，而且對整個電力系統(tǒng)的安全構(gòu)成威脅。直流電源為 220 V，兩極對地電壓絕對值差超過 50 V 或絕緣能力降低到 25 kΩ。直流電源為 48 V，任一極對地電壓有明顯變化時，應(yīng)視為直流系統(tǒng)接地。

5 查找原則和方法

5.1處理原則

依據(jù)多年的檢修實踐經(jīng)驗，大多數(shù)都是按照先室外后室內(nèi)、先合閘回路后控制回路、由總電源到支路電源;另外一方面一般采用拉路法來實現(xiàn)查找范圍的縮小。具體檢查順序：先找事故照明，信號回路，控制回路，后找其它回路。先找開關(guān)合閘回路，刀閘操作回路，后找保護回路。先找10kV后找110kV、220kV回路。先找簡單保護回路，后找復(fù)雜保護回路。

應(yīng)注意：拉合法一般不超過3s，拉開后馬上判斷故障消失與否，不論回路接地與否均應(yīng)合上;在檢修人員未到之前禁止進(jìn)行接地檢除。

5.2 處理方法

①首先，了解該站內(nèi)直流系統(tǒng)主要接線圖，特別是各分支回路必須要弄清楚，通過直流絕緣監(jiān)測判斷接地性質(zhì)，是正極還是負(fù)極接地、接地程度，并匯報相應(yīng)調(diào)度。

②然后，按照直流故障查找原則先從事故照明直流電源、電壓并列裝置、故障錄波器電源開始檢除，之后從低電壓等級開始瞬時切除所有合閘電源開關(guān)。

③若接地信號消失，說明接地點在此條回路上，應(yīng)對對此條回路進(jìn)行逐條查找，同理用同樣的方法去檢查直流屏、蓄電池柜等回路。

④直流母線過、欠壓及處理措施。直流母線電壓過高時，對長期帶電的繼電器、指示燈等易因過熱燒壞;而直流電壓過低可能造成開關(guān)保護的動作不可靠。若出現(xiàn)直流母線過低時應(yīng)檢查充電模塊是否損壞，浮充電流是否太小，檢查直流負(fù)荷是否突然增大等，并對浮充電裝置進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)增加輸出電流;當(dāng)出現(xiàn)母線電壓過高時，應(yīng)降低浮充電電流使母線電壓恢復(fù)正常。

參考文獻(xiàn)

[1] 張全元.變電運行現(xiàn)場技術(shù)問答（第三版）.北京：中國電力出版社，2009

[2] 王賀，孟凡志.變電站用交直流系統(tǒng)的運行及故障處理.黑龍江科技信息，2014（32）：100.

[3] 陳紀(jì)文，師振國.電氣設(shè)備狀態(tài)——直流系統(tǒng)接地故障檢修的處理.2016（09）：279-280.