直流系統的運行與維護研究

摘要：隨著電網的不斷發展，直流系統的運行也在不斷完善。本論文介紹了變電站中新舊直流設備運行的對比情況，結合例行試驗對驗收工作中發現的問題進行分析，并提出設備運行中應注意事項。

關鍵詞：直流設備 驗收 例行試驗

1 直流設備運行比較

1.1 充電機 新投運的多數變電站中，直流系統采用了兩臺充電機；而對于新投運的末端站中，多數充電機僅為一臺。而已投運十年以上的多數變電站中采用的充電機為相控充電機，運行可靠性不高，因此一般采用兩臺充電機。充電機通過硅鏈調節電壓，主要元件為變壓器，整流器，硅鏈等組成，其運行缺點主要有：①監控器設定值與實際運行值相差較大，個別站達到±2.15%（規程要求為小于±2.15%）；②老式充電機中不設計防浪涌沖擊裝置，因此當出現雷雨天氣時存在損壞充電機的安全隱患；③充電機運行年限久，不穩定發生缺陷頻率高，且不易解決。目前，對于采用高頻開關電源的充電機來說，通常情況下為N+1備份，在脫離監控單元的情況下，各模塊可以獨立地進行工作，進而在一定程度上提高了充電機的可靠性，運行較穩定。但在諸多直流設備廠家中，例如新鄉科海、深圳奧特迅出廠的設備，容易出現模塊故障等缺陷，且發生頻次較高，應進一步提高運行可靠性。

1.2 饋線屏 新投運的變電站中，直流饋線屏的設計基本符合冗余量的要求，設計負荷數大于實際負荷數。而原運行的直流饋線屏，例如華電蓄能產品，冗余量較小，不符合電網發展的趨勢，已在逐年的改造中更換為符合要求的設備。

DL/T 5044-2004《電力工程直流系統設計技術規定》4.6.1條規定“直流網絡宜采用輻射供電方式”。現變電站中多設計采用直流分電屏，直流饋線屏的電源至直流分電屏后再逐漸至各支路，保證了直流系統運行的可靠性。而運行年限長的站中，運行設備多為環狀供電方式，大大降低了運行的可靠性。例如，如果一條10kV出線保護的電源開關，在輻射供電方式下出現越級跳閘，上一級保護因失去電源在一定程度上雖然不會引發相應的動作現象，但是卻會擴大事故的范圍。

1.3 蓄電池 對于變電站的蓄電池來說，通常情況下，主要選用閥控蓄電池和固定防酸蓄電池。目前，閥控蓄電池是變電站的首選，對于固定防酸蓄電池原來使用的比較多，通過對其進行相應的改造，在一定程度上都換為閥控蓄電池，在運行方面，閥控蓄電池和固定防酸蓄電池各具優缺點。對于固定防酸蓄電池來說，其優點是壽命長、可靠性高，缺點是造價高、維護量大；而對于閥控蓄電池來說，使用安全、日常維護量小是其優點所在，與固定防酸蓄電池相比，其可靠性和壽命等要略遜一籌。MCHAELR.M00RE通過近10年對超過7萬5千只閥控蓄電池進行相應的研究，其結果顯示：閥控蓄電池的實際使用壽命通常為4～8年，與設計使用壽命10～20年相比，存在較大的差距。因此，鞏固和強化蓄電池的可靠性是合理設計的重點。

2 直流系統的驗收

2.1 驗收充電機 在驗收充電機的過程中，通常情況下，驗收對象主要是包括穩壓、穩流、充電程序轉換等，另外，驗收還涉及到紋波系數，通過對模塊間的均流特性進行驗收，進而完成對采用高頻開關電源的充電機的驗收。通過對2008年以后投運的直流設備缺陷進行統計，并對2011年例行試驗工作進行總結后，發現新投運的充電機出現模塊故障比例較大，原因如下：①模塊輸出電源損壞；②模塊風扇原因。2010年投運的新站中，邯鄲五一八廠的充電機還存在著無單獨模塊故障信號，其只與交流故障并發的問題。

由于試驗工具所限，未對充電機的紋波系數進行檢驗。建議應對紋波系數進行檢驗，保證設備長期運行的可靠性。

2.2 驗收饋線屏和饋出線網絡 對饋線屏和饋出線網絡進行驗收的過程中，驗收的主要內容包括：一是驗收直流饋出線網絡的開關柜、保護屏是否采用交流空開；二是驗收直流饋出線網絡是否滿足級差配合；三是驗收饋出線網絡的接線是否與圖紙相符，并對接地進行逐路試驗，驗證是否正確選線。在驗收時，同時將饋線屏和饋出線網絡結合，進行一起驗收。

新投運饋線屏中設計多采用軟信號，通過監控裝置傳輸信號，減少電纜的施放量，提高了系統運行的穩定性。而原饋線屏設計采用硬接點，電纜耗費多，且因為接點不牢等原因，導致設備運行不穩定，易發生缺陷。建議設計中采用雙套信號傳輸，即軟、硬兩套信號傳輸的方法。

2.3 驗收蓄電池 通常情況下，在設備投入運行之前，安裝單位和廠家需要對蓄電池進行相應的驗收，驗收內容主要包括：核對性充放電試驗、測試蓄電池內阻，檢驗其容量是否滿足要求等。

新投運的各站蓄電池運行中，主要有兩方面的問題：

①電池間距不符合要求。國家電網公司《直流電源系統管理規范》“直流電源系統技術標準”5.2.4.3條規定，蓄電池在電池柜內必須要擺放整齊，在一定程度上確保足夠的空間：并且蓄電池，以及蓄電池與上層隔板之間在間距方面分別超過15mm和150mm。新投入的蓄電池中蓄電池間距明顯小于規定中的距離。（見右圖）

②容量下降快。新投運的蓄電池中，廣東湯淺出廠的閥控式電池容量下降較快，單只電池電壓低，容量降低的缺陷發生頻次較高。通過采取蓄電池容量試驗的方法，消除此類缺陷。建議加強直流檢查等工作，從蓄電池出廠時應投運同批次產品，減少此類缺陷發生。

3 直流系統運行維護

3.1 確定運行中閥控蓄電池的核對性充放電周期 在直流系統中，閥控蓄電池的應用范圍比較廣泛。在運行過程中，閥控蓄電池也比較容易產生多種多樣的問題，通常情況下，過充、過放、滲液、環境溫度過高，以及浮充電壓過高等因素，在一定程度上都會對蓄電池的健康構成影響和制約。

建議通過每年的春、秋季例行試驗，結合容量試驗等方式及時發現蓄電池的運行隱患。根據規程要求，應盡快更換容量小于80%的蓄電池組，將核對性充放電周期在更換前應縮短為3個月至半年。

3.2 對蓄電池的均衡充電 對于個別落后的蓄電池，通過均衡充電對單只落后的電池進行相應的充電處理，使其容量在一定程度上得到恢復。對于單體蓄電池來說如果充電無效，需要更換新的單體蓄電池。為了防止多數正常電池被過度充電，通常情況下，不宜通過對整組蓄電池進行均衡充電的方法，對個別落后蓄電池進行處理。

3.3 運行中蓄電池的不一致性 將規格相同的單體蓄電池按照一定的原則組成蓄電池組，在電壓、荷電量、容量及其衰退率、壽命、溫度影響、自放電率及其隨時間變化率等方面，由于單體蓄電池之間存在一定的差異，這種差異就是所謂的蓄電池的不一致性。通常情況下，單體蓄電池之間的差異主要表現為：將單體蓄電池串聯使用時，單瓶浮充電壓表現出很大的差異。在將單體蓄電池組裝成蓄電池組的過程中，雖然對單體蓄電池進行了篩選，在一定程度上能夠確保單體蓄電池具有較好的一致性，但是使用一段時間后，隨著單體蓄電池單瓶浮充電壓差別的不斷增加，蓄電池的不一致性逐漸嚴重，同時出現惡性循環，進而整組蓄電池的使用壽命在一定程度上出現了降低。

3.4 定期檢測直流系統 對直流系統每年應進行定期檢查，同時結合變電站的春、秋季例行試驗性檢查，在檢查過程中，檢測項目主要涉及蓄電池、充電和監控裝置，以及絕緣監察裝置等，檢測內容和監測方法，則要參考國網公司《直流電源系統管理規范》的相關規定。

4 結論

直流系統作為變電站的重要組成部分，將會直接影響和制約變電站的正常運行。另外，變電站的可靠性，也受到直流系統設計方案是否合理、驗收把關是否嚴格、日常維護是否到位等的直接影響和制約。對于直流系統來說，要認真對待變電站設計、驗收、運行維護的各個環節，同時抓住關鍵環節，進而在一定程度上確保變電站安全運行。

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