園灣變電站直流電源系統運行分析

陳曉禹 陳曉鴻

摘 要：直流電源系統做為變電站的心臟部件，對其可靠性有重要要求，如果直流電源系統不可靠，那后果可能是災難性的。本文提出對一個具體的變電站直流電源系統進行分析的基礎上提出了系統的不合理及不可靠的部分，并對此提出了運行注意事項及直流電源系統改造提出改進建議，使其運行可靠性得到提高，以做到防患于未然。

關鍵詞：直流系統；重要性；可靠性；改進建議

一、裝置概況：

園灣變電站直流電源系統主要供給控制、保護、合閘回路。由上海凱華電源設備廠生產，型號為GZD—3型、共有七面屏，其中三面為充電機、浮充電機、控制線路屏，另外四面為蓄電池屏，電池采用了免維護全密封MF—300型鉛酸蓄電池，且電池與充電裝置共置一室，電池裝于電池屏內聚氯乙烯箱內，共計104只，能與機殼良好絕緣。全部電池用充電機、浮充電機全部裝于屏內一體化配套。

二、工作原理：

圖1

充電機及浮充電機具有雙路交流輸入，第一路接至站用電一段，第二路接至站用電二段。第一路為優先工作，只有第一路失電時才能轉為第二路輸入，第一路交流輸入恢復時，仍由第一路工作，第二路交流不輸入。裝置正常時，浮充電機D1支路輸出作為恒壓源對控制母線供電，而D3支路輸出通過R1和W1組成的浮電回路對電池長期浮充電；充電機做為恒流源通過D4支路對電池進行充電，當達到電池終止充電電壓時由充電控制回路J3和J4動作控制充電機自動停機；當浮充電機發生故障時，通過J1控制充電機自動啟動，替代浮充電機工作，此時JD2-2常閉結點打開斷開主充電回路，JD1-1閉合，充電機D2支路輸出到控制母線，保證控制母線電壓正常；同時JD1-2常開接點閉合，接通浮充電回路對電池浮充電，而1ZK為手動切換開關，可以在自動切換失效時用手動方式使其切換。整個回路可以保證不論何種情況下，即使是交流失電時均能無間隙的保證控制母線供電。整個回路同時具有交流失電、交流缺相、母線接地、欠電壓、過電壓、浮充機、充電機故障的燈光、音響報警功能，且具有絕緣監察、閃光試驗等自檢功能。

直流電源系統原接線如圖1所示：

三、運行分析：

園灣變電站充電裝置具有交流雙路切換，主充電機為浮充電機熱備份的特點，特別是電池采用了免維護全密封鋁酸蓄電池，并采用了電池裝于屏內的一體化成套結構，大大降低了占地面積和基建成本，并使添加電解液、測量電解液密度等繁瑣的維護工作成為過去，而且實現了電池室內無酸霧污染、腐蝕等問題，減輕了對工作人員的危害，突出了維護的方便性，顯示出它優越的一面。

但事物是兩面性的，在使用中，也暴露出直流系統及充電裝置的一些問題：

（一）免維護電池的維護保養不當。運行中出現過蓄電池組整組電壓低及發現落后電池情況。免維護電池實質上是少維護電池，不是無維護電池，在運行中要嚴格遵守廠家及相關規程規定，定期對其運行狀態進行檢測分析，發現落后電池進行相應處理。在平時運行時特別注意其浮充電壓、端電壓及溫升、液面情況，保證其長期恒壓充電電壓為2.25V至2.3V每單元電池，液面應在上、下限之間，對于異常電池，應及時進行分析、處理。

（二）充電裝置雙路電源切換回路設計不當，影響了其可靠性。運行中發現站用電自動投切均會造成其輸出波動，園灣變電站采用微機保護裝置，對電源的波動及干擾較敏感，實際運行中已發生由于站用電源切換所造成的保護死機現象。分析其原因應為：充電裝置中充電機及浮充電機的兩路交流輸入分別取自站用電兩段，站用電自動投切會使裝置自動電源切換電路動作，且站用電自投只有0.5秒失電過程，會使裝置電源自動切換，但是當它剛切換至備用電源或是還未切至備用電源時，主電源又得電，使其自動電源切換又切回主電源，這整個動作過程中，由于其頻繁動作，使得裝置的輸出中疊加了不少的干擾波，影響了保護的正常運行，造成其死機現象。現采用的方案是：直接停用了站用電源自動投切功能，初步解決了保護死機問題；但要治本的話，應把裝置的雙路電源自動切換改造為不分主副電源，而是以切換至當路電源為主路的控制接線方式；避免其進行頻繁切換影響保護裝置的正常運行，且能解決停用站用電備自投裝置所帶來的站用電可靠性問題。

（三）充電裝置無高壓保護。在運行中出現過電壓高于

250V電壓情況，裝置并沒有自動切除功能，查其電路其并無高壓保護，而只有過壓報警功能。由于其設計為交流有電時，直流控制母線電壓均由其直接輸出，由此嚴重威協到設備的安全，已經造成過大面積損壞高頻收發訊機電源插件的惡果，究其原因為充電機控制板上控制元件損壞造成過壓。所以應裝設單獨的可靠的過壓保護裝置，一旦過壓將故障充電機及時切除。

（四）不能直觀的檢查到浮充電機的工作狀態。在運行中，如出現浮充電機D1支路輸出電壓偏低，就有可能出現蓄電池向控制電線供電現象，可能影響到蓄電池的備用容量，而且此時，不一定會出現電壓低報警，因為浮充電機輸出的控制母線電壓低時，蓄電池勢必會通過硅鏈向控制母線供電，這時蓄電池的放電電流與其浮充電電池相比，將會入不敷出。

（五）在運行中不能直觀的檢查硅鏈的完好性。原設計只在硅鏈調壓裝置兩端設置了檢查燈XD回路，需要檢查時按下AN5按鈕進行檢查，并不能直觀的檢查硅鏈的完好；應在硅鏈兩端安裝直流電壓表，如圖2所示的6V；在浮充電機正常工作時，可直觀的觀測蓄電池與控制母線的電壓差，而在充電機交流失壓，蓄電池帶負載時，又可觀測硅鏈上的壓降情況，另還應在蓄電池至硅鏈間安裝直流電流表，從表上既可判別出浮充電機正常運行時，是否由于硅鏈調整不當存在蓄電池同時對控制母線供電現象，這樣就可判斷：正常時，此電流表電流應為零，而只有交流失電時，才會出現負載電流。并可在預檢，預試時，可人為的切除交流電源，檢查硅鏈及調壓裝置完好情況。

四、預防措施及改進建議

綜上所述，應針對園灣變電站直流系統現狀，加強管理，一是從人員方面，組織人員進行理論和實踐的學習，對其工作狀況能夠進行判斷，能及時對其異常進行判斷，能及時對其異常情況進行維護處理。應針對性的作好事故預想，防患于未然，二是從設備方面，進行改造，我認為在現有設備基礎上的改進建議：

首先從電路上分析，在浮充電機正常運行時，充電機投入的JD3切換回路有些多余。此時，JD3動作，JD3-2常閉接點打開，使蓄電池至控制母線串入一電阻R2，說明書上是這樣解釋的：這時，如交流失電，在JD3-2吸合轉換瞬間，由R2維持控制母線電壓，以保證無間隙地實現切換。如何選擇R2的電阻值才能保證瞬間電壓降不超過額定值，由于負載電流不是一個恒定值，其取值大小本身就是一個難題，且又人為的引入了一個接點，就多了故障的可能。在運行中曾出現過充電機及浮充電機均在工作狀態，而由于充電控制板損壞，浮充電機向控制母線輸出電壓低于180V，而JD3-2接點并未接通，導致蓄電池組通過R2及硅鏈后才向控制母線供電，由于負載電流較大，使得

R2上壓降較大，最終導致控制母線電壓也低于180V，這時很難保證設備及保護裝置能夠可靠動作；另一方面；JD3-6常閉接點也打開，斷開浮充電機的浮充電路，這顯得是多余的。因為浮充電機，充電機輸出均接有防逆流二極管D3及D4，不會造成其輸出短路現象。這只說明了廠家在設計思想上的傾向，寧肯讓控制母線及蓄電池欠壓也不讓它們過壓運行，究其原因應該是其設備缺乏可靠的過壓保護帶來的問題，但如上所述，它并未能避免控制母線發生過壓現象。建議拆除JD-3，短接其

JD3-2及JD3-6兩對常閉接點，以提高整個系統的可靠性。

在上述改造的基礎上，針對浮充機，充電機浮充時其輸出的控制母線電壓不穩定現象，做進一步的改造，改造后接線如圖2所示：

圖2

直接取消其正常工作時，直接對控制母線供電功能，并在充電機D2支路及浮充電機D1支路輸出回路到控制母線回路上加上手動開關ZK3和ZK4，平時正常負載均經蓄電池及硅鏈供電，浮充電機只通過D3、充電機只通過D4回路對整個蓄電池組進行浮充電，充電電流總和為負載電流加上電池的浮充電電流；平時正常工作時ZK3和ZK4在斷開位置，而在硅鏈調壓裝置出現異常時能手動合上ZK3或ZK4開關以應急恢復控制母線供電；而充電機為浮充電電壓機熱備份等功能保持不變。改造后所有直流負載均經硅鏈調壓裝置供電；這樣只是需要加大硅鏈調壓裝置的長時間的通流容量及調壓范圍即可，在半導體技術飛速發展的時代，更換為通流容量更大的硅鏈元件是十分容易做到的。這樣通過回路的優化可以提高整個直流電源系統的可靠性，提高直流控制母線電壓的穩定性，減少波動和干擾，以滿足微機保護裝置正常工作的需要。

結束語：以上所述，是對園灣變電站直流電源系統在運行分析的基礎上提出的運行注意事項以及改進建議。直流電源系統做為變電站的心臟部件，應對可靠性有重要要求，不然，只是保護裝置在不斷更新，而其后援支持系統，即直流電源系統不可靠，那后果可能是災難性的；本文只是提出在現有設備條件下對直流電源系統的改進建議，在條件允許的情況下應對整個

220直流電源系統進行徹底的改造，用先進的程控電源等新技術，使其可靠性、穩定性提到一個新的高度，以做到防患于未然。