直流系統配置分析

羅玉平

(銅陵供電公司，安徽銅陵 244000)

1 概述

直流系統應能保證在任何事故情況下，都能可靠和不間斷地向其用電設備供電。在一個變電站內，直流系統至關重要，直流系統可靠與否直接關系著變電站的安全運行。直流系統的主要負荷有：繼電保護、自動化裝置、信號設備、通信系統、開關電器操作、直流動力負荷、事故照明等［1］。

直流系統在正常運行時，充電裝置承擔負荷電流，同時向蓄電池組充電，以補充蓄電池的自放電，使蓄電池以滿容量的狀態處于備用狀態。在系統發生故障，站用電中斷的情況下，蓄電池組發揮其獨立電源的作用，向繼電保護及自動裝置、斷路器跳閘與合閘、載波通信、事故照明等裝置提供工作直流電源。

2 直流系統構造

變電站的直流系統多數由蓄電池、高頻開關充電裝置、合閘電源網絡、控制電源網絡等組成。變電站直流系統正常情況下由站用電系統通過高頻充電裝置對蓄電池進行浮充，同時為變電站合閘電源、控制電源以及其他直流負荷提供可靠電源。直流系統是變電站電氣設備、繼電保護、遠動、通信裝置等設備正常工作的主要電源，高壓斷路器、隔離開關的控制操作和信號傳輸都離不開直流電源。直流系統故障危害性較大，可能造成嚴重后果，如高壓斷路器等一次設備不能正確分合。繼電保護、自動裝置、控制回路直流失電可能導致保護誤動、拒動或者退出正常運行，給電力系統安全運行構成威脅。

直流系統一旦投入運行，很難有機會可以全部停下來檢修，因此需要考慮運行中設備維修和故障處理的需求，通常220 kV變電站一般采用控制母線與合閘母線合一的單母線分段接線方式，110 kV變電站一般采用單母線接線方式。而220 kV及以下變電站直流系統多采用輻射形網絡供電方式，它一般由高頻開關模塊、閥控式密封鉛酸蓄電池、充電機等幾個部分組成［2］。其結構如圖1所示。

圖1 直流系統結構圖

筆者所轄的某變電站是1983年投運的老變電站，該變電站有兩臺所用變，直流系統由兩組蓄電池組成，每組103只電池，3個充電機，即所謂的兩電三充模式。該模式的工作方式是正常情況下，若選用Ⅰ電源工作、Ⅱ電源備用的所用變工作模式，此時由Ⅰ號電源分別向3組充電模塊提供工作電源。正常情況下，整個交流系統被分為沒有電氣聯系的兩部分，Ⅰ充電模塊帶Ⅰ段直流母線及Ⅰ蓄電池運行;Ⅱ充電模塊帶Ⅱ段直流母線及Ⅱ蓄電池運行。由Ⅰ，Ⅱ充電模塊分別完成Ⅰ，Ⅱ蓄電池的浮充、均充的運行全過程。當Ⅰ充電模塊故障時，Ⅲ充電模塊帶Ⅰ母及Ⅰ蓄電池運行，當Ⅱ充電模塊故障時，Ⅲ充電模塊帶Ⅱ母及Ⅱ蓄電池運行。

當Ⅰ充電模塊及Ⅲ充電模塊同時故障時，電動聯絡開關自動投入運行，此時Ⅱ充電模塊通過向Ⅰ控制母線及蓄電池供電，當Ⅱ充電模塊與Ⅲ充電模塊同時發生故障時，則Ⅰ充電模塊向Ⅱ控制母線及蓄電池供電。當Ⅰ充電模塊與Ⅱ充電模塊同時故障時，Ⅲ充電模塊單機運行，兩組電池處于并列運行狀態。當所用電失去或充電機全部發生故障時，兩組電池對系統進行反充電，作為備用直流電源，為直流系統提供電源。

2.1 直流系統長期工作電壓

220 kV變電站的直流系統大多數選用110 V或220 V作為額定電壓。額定電壓的選擇依據一般是綜合考慮受控設備的范圍、斷路器操作機構類型、變電站的布置方式和規模等幾個要素。下面以銅陵供電公司某220 kV變電站為例來進行說明，該站斷路器操作機構為電磁型，站內配備有2組蓄電池組，該變電站是地區電網的重要一環，故直流系統額定電壓選擇為220 V［3］。

2.2 直流系統供電方式

220 kV變電站直流系統普遍采用的供電方式有環形供電和輻射供電兩種。老式220 kV變電站一般采用的是環形供電形式，即在保護室內保護屏頂設有控制和動力小母線，各直流負荷間采用環形供電網絡，每個環間負荷直接接到兩段小母線上。2005年國網公司下發的十八項反措明確規定“新、擴建或改造的變電站直流系統應采用輻射狀供電方式，不應采用環狀供電方式”。輻射狀供電方式一般控制回路、保護裝置和信號回路的直流電源都要禁止環網的存在，如果原來環網供電的也要隨雙套直流改造而解除環網。

2.3 蓄電池組

為保證變電站直流系統的安全可靠運行，直流系統通常至少裝設兩組蓄電池，目前，多數變電站直流系統采用閥控式密封鉛酸蓄電池。若按1 h事故放電時間來考慮蓄電池容量，充電裝置容量、蓄電池個數及容量應根據變電站規模、直流系統運行方式和直流負荷等相關情況來確定。每組蓄電池均應設有專用的試驗放電回路，不定期進行蓄電池檢測，及時發現老化電池并予以調整。通過及時維護和管理可提高電池壽命，確保系統高效安全運行。

2.4 高頻開關

目前，高頻開關是直流電源系統重要的元件之一，亦是保證蓄電池可靠工作的主要設備。高頻開關裝置已經實現了微機控制方式，即可以在線監測蓄電池的實際工作狀態和蓄電池充放電電流及方向、蓄電池電壓、充放電時間、蓄電池溫度計自放電狀況等數據。這樣就能綜合判斷整流元件的工作狀態來實現恒流、恒壓、均充、浮充的自動轉換，并且還具有溫度補償等功能。220 kV變電站直流系統通常配備有兩套高頻開關，互為備用以提高直流系統的安全可靠性。

2.5 絕緣監測和電壓監視裝置

直流系統發生一點接地絕緣故障時，不會對系統構成危害。但是，如果同時再出現另一點接地，構成兩點接地故障時，則可能造成繼電保護、信號、綜合自動化裝置拒動或誤動，或造成直流熔斷器熔斷，使繼電保護、控制回路及自動裝置等失去電源。在復雜的保護回路中，如果同極兩點接地還可能導致一些繼電器短接，引起開關拒動，造成越級跳閘［4］。為了監視直流系統的運行狀況，防止由于直流系統兩點接地而引起的嚴重后果，必須在直流系統中裝設能夠連續工作且足夠靈敏的絕緣監察裝置。它能在線監測直流系統的絕緣情況，當系統絕緣下降或者有接地故障時，它不但能發出告警信號還能幫助運行人員縮短查找系統故障地點的時間。

3 直流系統配置實例

以筆者所管轄的一個220 kV變電站為例，該站有主變兩臺，容量分別是120 MVA和150 MVA，該變電站的直流系統采用深圳奧特訊公司生產的充電機及直流系統屏柜，其額定電壓為220 V，直流系統采用單母線分段的接線方式，由兩組充電機和兩組蓄電池組成。一段母線上有一組蓄電池和一套高頻開關電源，并通過熔斷器和刀閘接入充電母線。第1臺充電機接于Ⅰ段母線，對第1組蓄電池進行充電;第2臺充電機接于Ⅱ段母線，對第2組蓄電池進行充電;第3臺充電機通過切換，可以帶Ⅰ段或Ⅱ段直流母線，也可單獨對第1組或第2組蓄電池進行充電。正常情況下第3臺充電機備用，當其他充電機故障后，第3臺充電機投入。正常運行方式為：Ⅰ，Ⅱ段母線聯絡刀閘在分位，兩段母線分別以單母線方式運行，保護室設兩個直流分屏，Ⅰ段直流主屏供各個屏柜的分屏，Ⅱ段直流主屏供各個保護裝置的分屏，且主屏跟每個分屏之間均有兩根聯絡電纜，通過兩個進線開關接入分屏，以保證供電可靠性。直流系統配置圖如圖2所示。

圖2 直流系統配制圖

4 結語

隨著變電站設備自動化程度的不斷提高，直流系統作為變電站的重要組成部分，其監控和保護的作用亦顯得更為重要。因此在變電站中對于直流系統除了要加強巡視，更需要合理設計運行方式以保證直流系統的可靠、穩定運行。

［1］ 朱洪亮，柴興林.從幾個角度探討220 kV及以下變電所直流系統的設計［J］.工程技術，2010(12)：207.

［2］ 廖良勇.發電廠直流系統的運行方式與維護［J］.電力系統自動化，2010(12)：34-36.

［3］ 于鳳霞.直流系統在220 kV變電站中的應用［J］.電站系統工程，2010，26(4)：70-72.

［4］ 盧永剛.對直流系統接地故障的分析與處理［J］.科學時代，2010(7)：41-42.