變電站直流系統(tǒng)運行狀態(tài)與維護(hù)措施分析

山西敬天合創(chuàng)云能源有限公司 張雙鎖

變電站直流系統(tǒng)運行條件復(fù)雜，做好維護(hù)是保障直流系統(tǒng)正常運行的重要前提。根據(jù)直流系統(tǒng)運行特點開發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)，通過監(jiān)測信息評價直流系統(tǒng)運行狀態(tài)，制定維護(hù)策略，消除隱患。只有深入研究直流系統(tǒng)運行狀態(tài)，才能夠提升維護(hù)方式的可行性，取得良好的維護(hù)效果。因此，深入研究直流系統(tǒng)運行狀態(tài)并采取維護(hù)措施具有重要意義，下文闡述具體要點，以供參考。

1 變電站直流系統(tǒng)的基本組成

直流系統(tǒng)由充電裝置模塊、閥控式密封鉛酸蓄電池模塊、微機(jī)絕緣監(jiān)測模塊、配電監(jiān)控模塊、控制模塊、降壓硅鏈模塊、整流模塊、直流饋電模塊、高頻開關(guān)電源模塊等組成，采用模塊化組成方式，其系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。行業(yè)內(nèi)，生產(chǎn)直流系統(tǒng)的廠商較多，雖然各自生產(chǎn)方式存在差異，但直流系統(tǒng)的組成以及應(yīng)用原理基本一致[1]。例如，充電裝置模塊為負(fù)載供電和蓄電池充電，降壓硅鏈模塊將各控制分路的電壓穩(wěn)定在合適范圍內(nèi)，由電池組均衡充電。

圖1 直流系統(tǒng)工作原理圖

2 直流系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

某地區(qū)供電公司所轄35kV 變電站50座，110kV變電站18座，220kV 變電站1座。2022年，該公司開展所轄變電站直流系統(tǒng)的改造升級工作，蓄電池均更新為閥控式密封鉛酸蓄電池，用高頻開關(guān)電源充電裝置取代老式相控電源。

2.1 關(guān)鍵參數(shù)

以110V 直流系統(tǒng)為例，參數(shù)定值整定見表1。根據(jù)電力系統(tǒng)安全運行和可靠運行的要求，設(shè)定控制母線過欠壓報警值，設(shè)定時綜合考慮系統(tǒng)是否配置降壓硅鏈裝置，以及直流負(fù)荷允許的電壓波動區(qū)間。母線絕緣能力降低報警值整定77kΩ，設(shè)定單組電池的節(jié)數(shù)為N，溫度補(bǔ)償系數(shù)為0.003V×N/℃，以54只的電池組為例，該參數(shù)設(shè)定方式下的溫度補(bǔ)償系數(shù)為0.162V/℃，反映的充電機(jī)輸出電壓變化關(guān)系是溫度每升高1℃相應(yīng)降低0.162V。蓄電池定期均衡充電，保持良好工作性能。

表1 110V 直流系統(tǒng)參數(shù)整定表

2.2 直流系統(tǒng)維護(hù)措施

2.2.1 日常維護(hù)

結(jié)合直流系統(tǒng)巡檢周期，定期開展日常維護(hù)工作。維護(hù)時加強(qiáng)檢查力度，根據(jù)檢查結(jié)果判斷直流系統(tǒng)運行狀態(tài)，對故障部位采取維護(hù)措施。

一是檢查各模塊、監(jiān)控器的參數(shù)定值，判斷熔斷器位置。二是檢查各裝置的運行狀態(tài)，著重判斷是否存在直流接地、報警等不利于直流系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況。三是檢查電流電壓遙測值，對比各模塊、監(jiān)控器的實測值與實際值，若兩者存在差異，須校準(zhǔn)誤差。四是檢查充電模塊風(fēng)扇運行狀態(tài)以及啟停是否存在異常；手動、自動切換是否靈活；調(diào)壓是否穩(wěn)定可靠。五是檢查各節(jié)電池連接是否良好，蓄電池室是否保持清潔和通風(fēng)環(huán)境，蓄電池是否存在漏液、脹鼓、接線柱樁頭氧化現(xiàn)象。六是核對直流設(shè)備信息，管理系統(tǒng)臺賬；將監(jiān)控設(shè)備的操作說明粘貼至指定位置，以便運維人員根據(jù)說明開展維護(hù)工作。

2.2.2 專項維護(hù)

變電站直流系統(tǒng)的蓄電池是事故狀態(tài)下的重要應(yīng)急裝置，屬于專項維護(hù)的重點對象[2]。某供電公司根據(jù)行業(yè)規(guī)范，每年組織一次蓄電池核對性充放電試驗，并在此期間開展直流系統(tǒng)中各關(guān)鍵設(shè)備的專項維護(hù)。

一是蓄電池核對性充放電。根據(jù)某供電公司所轄變電站的硬件配置可知，220kV 變電站的蓄電池組數(shù)量為2組，進(jìn)行全容量核對性放電試驗，其他備站均配置單組蓄電池，不應(yīng)全容量核對性放電，且檢驗時不宜退出系統(tǒng)運行，可行方式是組織半容量核對性放電，電流采用10h 率放電電流I10。蓄電池放電期間，電壓不可低于N×2V，每間隔1h 記錄一次單節(jié)電壓和整組電壓數(shù)據(jù)，判斷實測數(shù)據(jù)是否滿足蓄電池放電時的電壓控制要求。

蓄電池放電后，采用I10電流進(jìn)行充電，以充電電流進(jìn)行恒流限壓充電，觀測蓄電池的充電狀態(tài)，實測電壓值升高至均充電壓整定值后，進(jìn)入恒壓充電階段，若充電電流低于0.01C10A 后，延時15min或根據(jù)實際充電情況控制延時，再保持浮充運行。按照上述方法定期進(jìn)行核對性充放電，能夠防止蓄電池放電容量出現(xiàn)異常，對于保證蓄電池正常使用以及提升耐久性具有重要意義。

二是模擬接地告警試驗。為判斷接地檢測是否正常，選取站內(nèi)直流備用小開關(guān)，模擬直流一點接地。結(jié)合變電站直流系統(tǒng)運行狀態(tài)，絕緣監(jiān)測儀在饋線接地故障狀態(tài)時無法顯示支路名稱，故障維護(hù)人員通過絕緣檢測儀只能掌握接地支路數(shù)，由于故障信息有限，增加診斷和處理直流系統(tǒng)接地故障的難度[3]。針對該問題，在核對性充放電試驗期間，以直流備用小開關(guān)所處位置為準(zhǔn)，將檢測儀顯示的接地支路名稱與之進(jìn)行對比，根據(jù)彼此間的關(guān)系編制接地選線對照表，見表2。

表2 接地選線對照表（部分）

施工單位在直流系統(tǒng)改造或新站驗收時，對直流系統(tǒng)接地故障的處理可以依據(jù)接地選線對照表高效進(jìn)行，保證處理的精準(zhǔn)性，提高處理效率。

2.2.3 蓄電池在線監(jiān)測

測端電壓、核對性放電等常規(guī)方法在判斷蓄電池組工作狀態(tài)時存在弊端，例如難以準(zhǔn)確判斷哪組蓄電池存在故障，檢測的時效性差，可能引起蓄電池運行狀態(tài)判斷不準(zhǔn)確、維護(hù)難度大等問題。同時，現(xiàn)階段變電站以無人值守模式為主，若蓄電池組出現(xiàn)異常，運維人員難以及時巡視，可能因錯過最佳處理時間而誘發(fā)嚴(yán)重危害。為提高蓄電池組運行狀態(tài)的判斷水平，提出在線監(jiān)測應(yīng)對策略，由智能電源監(jiān)控系統(tǒng)全面監(jiān)測蓄電池組，反饋被測部位的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題隨即報警，運維人員根據(jù)報警信息準(zhǔn)確判斷故障部位，采取處理措施，縮短故障持續(xù)時間。

3 變電站直流系統(tǒng)故障處理

3.1 故障處理流程

直流系統(tǒng)故障類型包含充電機(jī)故障、監(jiān)控器故障、饋線故障、熔斷器故障、降壓硅鏈故障、蓄電池電壓異常等，主要涉及直流系統(tǒng)中各類設(shè)備的故障。在全面監(jiān)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)監(jiān)測信息判斷設(shè)備故障，快速處理。監(jiān)控單位監(jiān)測直流系統(tǒng)運行狀態(tài)，某部位出現(xiàn)故障后，隨即發(fā)出“直流系統(tǒng)故障”信號，輸出接電信號，對應(yīng)光字牌點亮，故障處理人員讀取監(jiān)控單元的報警信息，根據(jù)信息鎖定位置，確定故障類型，采取處理措施[4]。

變電站直流系統(tǒng)日常運行中，不同廠家提供的設(shè)備的高發(fā)故障類型有所區(qū)別，例如部分廠家的監(jiān)控器經(jīng)長期運行后定值漂移，引起誤告警；而一些廠家的充電模塊運行穩(wěn)定性差，故障發(fā)生率高，難以提供充電功能。即便各類產(chǎn)品的故障類型和故障發(fā)生率存在區(qū)別，但處理流程基本一致，具體如圖2所示。

圖2 直流系統(tǒng)故障處理流程圖

3.2 實例分析

以某供電公司所轄的某變電站直流系統(tǒng)為例，運維人員接收系統(tǒng)告警信號后，隨即趕赴現(xiàn)場，調(diào)取監(jiān)控器的信息，見表3。

表3 告警信息

根據(jù)監(jiān)控器顯示的告警信息，初步判斷為交流單元故障，綜合考慮直流系統(tǒng)運行狀態(tài)，初步確定可能存在的故障類型：交流電源電壓異常、交流接觸器故障、交流配電單元故障、交流運行參數(shù)錯誤、交流缺相等。詳細(xì)檢查，逐步分析，確定故障：交流欠壓報警342V，交流過壓報警437V，兩項參數(shù)合理；用萬用表測量交流輸入電源電壓，發(fā)現(xiàn)失壓問題，因此將故障源初步鎖定為交流輸入電源故障，再逐級分析與排查，最終判斷故障的原因為站用變低壓總開關(guān)內(nèi)部接觸不良。

結(jié)合實際調(diào)查結(jié)果可知，該總開關(guān)實際處于分閘位置，看似合閘但并未維持合閘狀態(tài)，針對該問題，運維人員隨即處理低壓總開關(guān)，告警解除，直流系統(tǒng)恢復(fù)正常。故障告警、分析、處理各項工作緊密銜接，對故障的響應(yīng)速度快，在告警信息的指導(dǎo)下快速處理故障。

4 結(jié)語

綜上所述，變電站直流系統(tǒng)集各類功能模塊于一體，加強(qiáng)監(jiān)測和維護(hù)是保障直流系統(tǒng)正常運行的重要前提。由于變電站直流系統(tǒng)模塊多，運維人員需要考慮各模塊的運行特點，應(yīng)用在線監(jiān)測維護(hù)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)故障后隨即報警，采取維護(hù)措施。蓄電池屬于變電站直流系統(tǒng)的重要組成部分，能夠保障故障狀態(tài)下對各類設(shè)備的正常供電，因此需要加大對蓄電池的運維力度，進(jìn)行核對性充放電試驗，檢查蓄電池運行狀態(tài)，2節(jié)以上蓄電池異常時，整組換新。在全面維護(hù)工作策略下，保證變電站直流系統(tǒng)穩(wěn)定運行。