變電站直流電源系統典型故障分析與處理

許郁 李博

摘要：文章論述了變電站直流電源系統的各個組成部分及其各自的功能，分析了直流電源系統的典型故障及其成因，并強調了直流接地和直流環網兩種對變電站正常運行危害最嚴重的異常情況的具體處理方法，為直流電源系統的日常維護和異常處理提供了參考和指導。

關鍵詞：直流電源系統；變電站；典型故障；故障處理；直流接地；直流環網 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM63 文章編號：1009-2374（2016）27-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.065

1 直流電源系統的組成

直流電源系統由交流輸入、微機監控、充電、饋電、蓄電池組、絕緣監察（接地選線可選）、放電（可選）、母線調壓裝置（可選）、電壓監測（可選）、電池巡檢（可選）等單元組成。直流電源系統的主要組成示意圖如圖1所示：

其中，蓄電池組是用電氣方式連接起來的兩個或多個單體蓄電池，它在整個直流電源系統中起著核心作用。在遇到市電中斷時或整流器設備出現故障的情況下，電池組可為負載單獨供電，使供電不中斷；在短路沖擊或正常負荷起始沖擊等情況下，超出整流器額定輸出的部分由蓄電池組承擔。

充電裝置將交流電整流成直流電的一種換流設備，其主要功能是實現正常負荷供電及蓄電池的均/浮充功能。

監控系統包括微機監控單元和絕緣監察單元。微機監控單元具有監視功能、自診斷功能、顯示和控制功能。負責對系統中各個功能單元（如電壓電流采集單元、充電模塊、絕緣監測、電池巡檢等）運行狀態與數據的采集、顯示，把系統中各種運行參數與狀態獲取到，參照測量的數據與運行狀態做出相應處理，進行控制系統，全自動管理電源系統。

饋線屏是提供多路直流支路供設備、裝置使用的配電裝置。

2 直流電源設備的典型故障

變電站的直流電源設備，一經投入運行就永久工作，不能像變電站變壓器、繼電保護等那樣的電氣設備可以安排停電進行檢修。直流屏上設備有缺陷需要處理，都是在帶電狀態下進行的，其操作風險非常大，因此要熟悉直流電源設備的典型故障及其成因，以便快速、有效地處理故障，降低工作人員的危險系數，保障變電站安全、穩定地運行。

蓄電池組由于構造及對環境要求的特殊性，其典型故障及成因大致可分為下列五點：（1）故障類型絕緣下降蓄電池反極蓄電池極板故障殼體異常極柱、螺絲、連接條爬酸或腐蝕容量下降；（2）故障成因電解液溢出極板硫化極板彎曲充電電流過大安裝不當內部自然放電；（3）室內通風不良、潮濕容量不一致極板硫化內部短路室內潮濕正負極板故障；（4）極板短路或開路溫度過高電解液溢出極性顛倒；（5）充電電流過大。

高頻開關電源整流模塊的主要優點是穩壓穩流精度高、體積小、重量輕、效率高、輸出紋波及諧波失真小等，基于它的這些優點，人們開始用它來逐步取代可控硅整流充電裝置，當前高頻開關電源整流模塊在各電壓等級的變電站已得到廣泛運用。

高頻開關充電電源裝置故障主要有以下四種情況：（1）因交流輸入電源失壓、缺相或過壓引起的充電模塊停機或保護關機；（2）充電模塊的輸出電壓低于或高于設定值；（3）模塊地址碼設置錯誤；（4）某些不明原因引起的充電模塊內部故障，無電壓輸出。

監控系統主要故障：（1）直流輸出電壓過高或過低告警；（2）微機監控裝置黑屏；（3）微機監控裝置死機；（4）絕緣監測裝置發出故障告警信號；（5）絕緣監測裝置遭受交流入侵。

3 直流電源系統異常分析與處理

除上述直流電源系統故障外，還存在直流接地和直流環網兩種對變電站正常運行危害最大的異常情況。

3.1 直流接地

3.1.1 直流接地的概念和危害。當直流系統的正極或負極與大地之間的絕緣水平降到某一整定值或低于某一規定值時，統稱為直流系統接地。設備的絕緣監察裝置絕緣水平應滿足表1的要求：

直流接地的危害性：

當直流系統正極接地時，將有可能造成斷路器的誤動，因為一般跳閘線圈（如出口中間繼電器線圈和跳閘線圈等）均接電源負極，如果這些直流回路中再發生直流系統接地或絕緣不良時，就會引起保護誤動作。當直流系統對地電容增大到一定數值時，一點接地，也有可能致使繼電器誤動。

直流系統如果只有一點接地是不會對直流系統造成當直流系統負極接地時，如果直流回路中再有一點接地，兩點接地可將跳閘回路或合閘回路短路，從而造成斷路器拒絕動作，越級擴大事故。

引起直流接地的原因主要有：（1）持續的陰雨天氣，潮濕的空氣使戶外電纜芯破損處或者膠布包扎處絕緣降低，引起直流接地；（2）由于轉動部件擠壓、磨損致使二次線絕緣皮損壞，造成接地；（3）接線松動脫落引起接地；（4）裝置內元件損壞引起接地；（5）誤接線引起接地；（6）小動物如老鼠等破壞引起接地。

3.1.2 直流接地的處理方法。檢查是否有交流電源串入，查找串入點并隔離。

尋找接地點的一般原則：

第一，絕緣監測裝置告警，實測有接地并顯示哪一路接地。檢查裝置，斷開對應的空氣斷路器，若故障消除，則是外接回路有接地，然后查外接回路接地點并排除。

第二，絕緣監測裝置告警，若裝置未顯示出哪一路接地應采取下列方法：（1）拔掉絕緣監測裝置所有接線，接地消除則可判定是裝置故障，若拔掉裝置所有接地線接地現象仍存在，則需判斷是否柜內有故障；（2）對直流母線上允許短時停電的直流負荷饋線，采用短時停電法尋找；（3）在某些現場由于無表計可觀察，可用內阻大于2000Ω/V的電壓表檢查；（4）對于不允許短時停電的重要直流負荷，可采用專業符合法查找接地點。

3.2 直流環網

3.2.1 直流環網的概念及危害。重要變電站或發電廠的直流系統，為提高供電可靠性，大都采用2組蓄電池與2個或以上充電機。正常情況下，2組蓄電池要求分開運行，即構成2組獨立的直流電壓系統。由于各種原因，如施工帶來的寄生回路等，造成2套獨立運行的直流系統，出現了電氣連接現象（當獨立運行的2套直流系統，其母線間絕緣電阻小于10kΩ），這種想象稱為直流環網。

接地環網造成的危害：引起直流系統火災；縮短蓄電池的壽命；降低接地故障監測靈敏度；一點接地引起接地保護誤動；導致設備拒動等。

3.2.2 直流環網故障原理。直流環網故障可用圖2表示，其中節點1、節點2及左側的兩個R所組成的回路構成第一組獨立的直流系統；節點3、節點4及右側的兩個R所組成的回路構成第二組獨立的直流系統。則由節點電壓方程可以得出：

即兩組直流系統之間沒有電的聯系。

而當兩組直流系統完全接觸時，即：Rx=0時：由式（1）～式（5）知：

U1=+220V，此時U1上升為正的全電壓；U2=U3=0V，相當于兩組分別直接接地；U4=-220V，U4下降為負的全電壓；Ix=Un/R，Ix完全取決于采樣電阻R的大小；當R=80k?時，Ix=2.75mA。

3.2.3 直流環網的處理步驟。（1）斷開Ⅱ母線絕緣監察裝置接地點，合上分段開關，將Ⅱ母線上負荷倒至Ⅰ母線，拉開分段開關；（2）測量Ⅰ母線對地電壓，正極對地為+110V，負極對地為-110V，Ⅱ母線對地電壓為正極對地為0V，負極對地為0V；（3）將直流負荷依次倒至Ⅱ母（倒前合分段開關，倒后拉分段開關），并檢測Ⅱ母對地電壓，當正對地或負對地電壓有電壓指示時，表明該負荷與Ⅰ母之間有直流混線；（4）確定出混線的直流負荷后，可采用“拉路法”，進一步查找，直至查出混線原因。

4 結語

本文綜合論述了直流電源系統的組成單元及其在變電站運行中的作用，著重論述了直流電源設備的典型故障及成因，并強調了直流接地和直流環網的危害及處理方法，為直流系統的日常維護和現場檢修起到一定的參考作用。

參考文獻

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[3] 國家電網公司人力資源部.直流設備檢修[M].北 京：中國電力出版社，2010.

（責任編輯：秦遜玉）