500kV變電站直流系統運行與維護

孫宏錄（國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧鞍山114203）

500kV變電站直流系統運行與維護

孫宏錄（國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧鞍山114203）

變電站直流系統，是為變電站供電的最為重要的系統，其主要負荷為保護測控及其他自動裝置電源，斷路器的操作回路電源，及事故電源等。直流系統的可靠與否，對變電站的安全運行起著至關重要的作用，是變電站安全運行的保證。

直流系統；浪涌；奧特迅；充電機；鉛酸蓄電池；監控器

1　直流系統的構成

由兩組武漢銀泰科技股份有限公司生產，型號為GFM-500閥控式密封鉛酸蓄電池及兩套深圳奧特迅電力設備有限公司生產，型號為GZDW220/110系列微機控制高頻開關直流電源設備構成。GZDW220/110系列微機控制高頻開關直流電源設備包括：五面GZDW直流柜和兩面GZDW充電柜共7面屏組成。

2　基本原理

2.1系統工作原理

圖1　直流系統工作原理圖

直流電源系統主要由交流配電回路、充電模塊、直流饋電、集中監控回路、絕緣監測回路、降壓回路和蓄電池組等部分組成。

兩路交流輸出經交流配電回路選擇其中一路交流輸出提供給充電模塊；充電模塊輸出穩定的直流，一方面對蓄電池組補充充電和提供合閘輸出，另外通過降壓回路提供控制輸出，為負載提供正常的工作電流；絕緣監測回路可在線監測直流母線和各支路的對地絕緣狀況；集中監控回路可實現對交流配電回路、充電模塊、直流饋電、絕緣監測回路、直流母線和蓄電池組等運行參數的采集與各回路的控制和管理，并可通過遠程接口接受后臺操作員的監控。

2.2交流自投工作原理

圖2為雙路交流自投電路，適用于一組充電機由兩路交流電源供電的系統。我所有兩組充電機即GZDW1#充電柜及GZDW2#充電柜。GZDW1#充電柜的兩組交流電源來自1號所用屏和9號所用屏；GZDW2#充電柜的兩組交流電源來自5號所用屏和14號所用屏。

2.2.1雙路交流自投回路

由交流配電回路、兩個交流接觸器（1CJ、2CJ）組成。交流配電回路為雙路交流自投的監測及控制元件，接觸器為執行元件。交流配電回路上設有轉換開關QK，兩路電源的指示燈和交流故障告警信號輸出的空接點。轉換開關QK有4個擋位，旋轉手柄旋至不同檔位可實現如下功能：

圖2　交流自投原理圖

“退出”位：兩個交流接觸器均斷開，關斷兩路交流輸出。“1#交流”或“2#交流”位：手動選擇1#或2#交流投入作為充電機的輸入電源。

“互投”位：雙路交流的自動互投位，當任一路交流故障時，均可自動將另一路交流投入以保證充電機交流電源的可靠性。

2.2.2單路交流監測回路

單路交流監測回路由交流狀態監測單元實現；正常運行時，三相交流電處于相對平衡的狀態，三相交流電中性點與零線之間無電勢差，內部繼電器J1不動作，交流故障監測單元內的告警繼電器J3的線圈通過J1的常開接點接于零線與火線間，同時LED發光管點亮，指示交流電源正常。當交流任一相發生缺相或三相嚴重不平衡時，三相交流電的中性點與零線之間產生電勢差，內部繼電器J1得電動作，其常閉接點斷開，使內部繼電器J3線圈失電，J3常閉接點閉合，發出故障告警信號，同時LED熄燈，指示交流電源故障。

2.2.3雷擊浪涌吸收器

雷擊浪涌吸收器具有防雷和抑制電網瞬間過壓雙重功能，最大通流量40kA，動作時間小于25ns。其功能優于單純的防雷器。

2.3ATC-230智能高頻開關電源模塊

（1）我站使用的ATC230M20智能高頻開關電源模塊，是深圳奧特迅電力設備有限公司專為電力直流系統開發、設計和生產的第三代產品，采用了具有國際先進水平的軟開關技術，散熱風道與電路隔離機構，內置CPU，具有高智、高效率、高可靠等優點。

（2）ATC230M20智能高頻開關電源模塊，采用移相全橋零電壓脈寬控制軟開關技術，開關管為零電壓、零電流開關，無電壓電流過沖或尖峰，具有理想軟開關特性。

（3）充電模塊內置CPU，協調管理模塊各項操作及保護，并以電氣隔離的數字通信方式接受上位機的控制，其優點有：

設有光電隔離的數字通信接口具有電氣隔離能力，可承受外界2000V電壓沖擊。

模塊接受的指令是數字信號，只有在接到符合通訊協議的指令時，才執行相應的操作，任何干擾導致的非法指令均不接受，不會引起模塊誤動作。

模塊故障時，故障模塊自動退出，不影響系統正常運行。

智能化模塊能監測到集中監控器的工作，當集中監控器故障時，可以手動控制各個充電模塊，實現均/浮充轉換及均/浮充電壓、電流的設置。

智能化模塊的監控采用分散控制方式。

（4）充電模塊面板的結構及功能說明

圖3　充電模塊面板的結構

工作狀態指示燈共有四個LED，其指示的內容如下：

輸入：交流輸入狀態指示燈，模塊的交流輸入電源正常時該燈亮。

均充：均充狀態指示燈，模塊處于均充狀態時該燈亮。

正常：輸出狀態指示燈，直流輸出及通信都正常時，該燈閃爍較快且無規律；直流輸出正常但通信不正常時，該燈閃爍較慢且有規律；直流輸出不正常時該燈不亮。

故障：故障狀態指示燈，當模塊故障時該燈亮，故障消除后自動恢復。

限流狀態指示燈，模塊直流輸出采用四級限流，限流狀態指示燈共有四個LED，分別代表四種限流狀態，正常工作時只亮一個，表示模塊處于該限流狀態。

Ⅰ限流值：25%ICN；

Ⅱ限流值：50%ICN；

Ⅲ限流值：75%ICN；

Ⅳ限流值：100%ICN；

三相輸入空氣開關，當合上此開關后，模塊進入就緒狀態。

開關機按鍵，當模塊輸入空氣開關合上后，模塊進入就緒狀態，交流輸入狀態指示燈亮，按下此按鍵，模塊開機工作并正常輸出，松開此按鍵，模塊關機并停止輸出。

均/浮充按鍵，在正常浮充工作時，按下此按鍵，模塊進入均充工作狀態，松開此按鍵模塊回到浮充工作狀態。

對模塊的操作順序：

開機步驟：檢查輸入，輸出接線是否正確；檢查交流輸入電源是否在規定的范圍內；三相空氣開關處于關斷狀態，“開/關機”及“均/浮充”按鈕處于松開狀態；接入交流輸入電源，合上三相空氣開關，輸入狀態指示燈亮，表示輸入正常；按下“開/關機”按鈕，模塊開始工作，有輸出，輸出狀態指示燈點亮，輸出表記顯示輸出電壓、電流值。

關機步驟：先松開“開/關機”按鍵；關閉三相空氣開關。

模塊的均/浮充：按下“均/浮充”按鈕，均充狀態指示燈亮，模塊的輸出電壓自動調整到設定的均充電壓；松開“均/浮充”按鈕，均充狀態指示燈滅，模塊的輸出電壓自動回調到設定的浮充電壓。

多機并聯運行：多機并聯運行的要求：限流檔應處于同一檔；各模塊的浮充電壓及均充電壓應保持基本一致；對于配有集中監控的系統，模塊的通訊地址編碼應按模塊的數量順序設定，不能出現重復設置；

自動/手動：當模塊與集中監控系統通信正常時，模塊處于自動狀態，模塊的浮充電壓、均充電壓及均/浮充轉換、開/關機由集中監控器控制；通信不正常或無集中監控器時，模塊自動回到手動控制狀態，模塊的浮充電壓、均充電壓為面板設定的電壓，均/浮充轉換、開/關機由面板控制。

2.4JKQ2000D型集中監控器

圖4　面板說明

顯示器：采用大屏幕液晶全中文顯示，按面板上任意鍵背光自動開啟，兩分鐘內無鍵盤操作，背光自動關閉。

光字牌：左邊第一個為監控器運行光字牌，在監控器正常運行時常亮，綠色。其余八個為故障告警光字牌，顏色為紅色。在不同的系統中，具有不同的報警功能，具體功能在標字框中給出相應的提示。

功能鍵：四個功能鍵具體功能在顯示器右側與功能鍵相對應的位置給出提示。

光標：上、下、左、右移動鍵。

數字鍵：包括09數字和一位小數點。

清屏鍵：在任意狀態下，按清屏鍵，程序將重新初始化液晶顯示器，保持原顯示器內容不變。

確認鍵：在設定參數完成后按“確認”鍵保存設定的參數。

（1）集中監控器組成及工作原理

集中監控器組成主要有PC486工控機、串口卡、光電隔離輸入板、光電隔離輸出板、顯示鍵盤接口與顯示鍵盤、穩流器等部分組成。

光電隔離輸入板設有16路光電隔離狀態信號輸入，直流系統的一些主要狀態信號，如開關、熔絲、交流電源等狀態信號通過光電隔離輸入板輸入到集中監控器。

光電隔離輸出板設有16路雙觸點繼電器信號輸出，集中監控器通過光電隔離輸出板將直流系統的一些主要故障信號通過光電隔離輸出板輸出報警。

充電模塊、智能變送器、饋線狀態監測模塊、電池巡檢儀具有內置CPU，完成本身的信號采樣及協調控制，輸出設有隔離的RS232接口，這些模塊通過串口卡接受集中監控器的監控。

微機型絕緣監測儀通過串口卡接受集中監控器的監控。

集中監控器通過穩流器實現對蓄電池的穩流充電。

（2）主要功能說明

交流配電監測：

直流系統的交流輸入設有交流配電單元或交流狀態監測單元，當出現交流失電、缺相故障時，通過無源接地將告警信號送監控器，監控器發出交流電源故障告警信號。

當系統配有交流電壓、電流變送器時，監控器可顯示交流電壓、電流，并判斷交流輸入是否過壓、欠壓、缺相或三相不平衡，故障時發出交流電源故障告警信號。

直流配電監測：

正常情況下直流系統設有母線電壓、電流變送器和蓄電池電壓、電流變送器，監控器可顯示這些數據，判斷母線及蓄電池是否過壓、欠壓，故障時發出告警信號。

當系統配有智能直流電壓、電流表時，這些表計能直接顯示母線及蓄電池電壓、電流，并通過串行總線將測量數據送監控器。

重要回路（蓄電池、充電機）的熔斷器設有熔斷器故障附件，故障信號直接送監控器，故障時發出熔斷器故障告警信號。

當饋線回路設有饋線脫扣故障告警觸點時，各脫扣故障告警信號并聯后送監控器，故障時發出饋線脫扣故障告警信號。

當直流系統配有饋線狀態監測模塊時，饋線狀態監測模塊通過串行總線將測量到的饋線開關開合狀態送監控器。

充電機、蓄電池的輸出開關及母聯開關、放電開關的狀態可由其輔助接點送監控器。

絕緣監測：

當直流系統選用監控器內置絕緣監測儀時，可同時監測兩段母線的對地絕緣電阻和電壓，并顯示接地電阻值和電壓值，當監測到的接地電阻值或電壓值小于設定值時，發出接地故障告警信號。

當直流系統選用獨立的微機型絕緣監測儀時，絕緣監測儀通過RS485數字通信接口將測量到的數據送監控器，故障時發出接地故障告警信號。

充電模塊監控：

充電模塊通過串行總線接受監控器的監控，實時向監控器傳送工作狀態和工作數據，并接受監控器的控制。監控的功能有：

遙控充電模塊的開/關機及均/浮充；

遙測充電模塊的輸出電壓和電流；

遙信充電模塊的運行狀態；

遙調充電模塊的輸出電壓。

電池管理：

可顯示蓄電池電壓和充放電電流，當出現過、欠壓時進行告警。

設有溫度變送器測量蓄電池環境溫度，當溫度偏離25℃時，由監控器發出調壓命令到充電模塊，調節充電模塊的輸出電壓。實現浮充電壓溫度補償。

手動定時均充，可通過監控器鍵盤預先設置均充電壓，然后啟動手動定時均充。手動均充程序：以整定的充電電流進行穩流充電，當電壓逐漸上升到均充電電壓整定值時，自動轉為穩壓充電，當達到預設時間時轉為浮充運行。

自動均充，當下述的條件成立時，系統自動啟動均充：

系統連續浮充運行超過設定的時間（3個月）。

交流電源故障，蓄電池放電超過10min。

自動均充電程序：以整定的充電電流進行穩流充電，當電壓逐漸上升到均充電壓整定值時，自動轉為穩壓充電，當充電電流小于0.01C10A后延時1h，轉為浮充運行。

通信：

設有RTU接口，監控器可通過RTU接口與綜合自動化系統連接，或通過MODEM與電話網連接，設有多種規約。監控器統一匯總系統及各功能單元的實時數據、故障告警信號和設置參數，并完成與上位計算機的通信，實現直流系統的“四遙”功能。

歷史記錄：

能將系統運行過程中一些重要的狀態、數據和時間等信息存儲起來，以備后查，裝置掉電后信息不丟失。最大存儲量為500條，用戶可在計算機后臺隨時瀏覽。

2.5監控器的使用

（1）正常運行時的畫面如下，平時不顯示故障，利用顯示器旁對應的功能鍵，按“下頁”時顯示系統的一些正常數據。當系統出現故障時，會在對應處閃爍及發出聲音報警，屏幕上會出現“故障”兩字。按下故障對應的功能鍵可直接進入故障信息界面。

圖5

（2）“菜單”旁的功能鍵顯示如下

圖6

若要進行某項操作直接按下對應的數字鍵即可。如按“4”則顯示狀態信息畫面如下：

圖7

按“5”顯示絕緣故障信息。按下正常報警對應功能鍵可轉換為停止報警，停止蜂鳴器報警。其他各項依此類推。

3　電池的運行與維護

3.1電池的運行

（1）兩組蓄電池正常均以浮充電方式供電。

（2）正常情況下，兩組蓄電池分別運行，禁止并列運行。

（3）蓄電池室內嚴禁煙火。室內取暖裝置應無漏水、漏氣現象。

（4）直流各裝置、表記應運行正常，信號裝置良好，各保險器使用合理，接觸良好，無過熱現象。

（5）蓄電池使用溫度為-25℃～50℃。

3.2蓄電池的充放電

（1）蓄電池每3個月均衡充電一次，已在充電機內設定，可自動進行。

（2）蓄電池應每年進行核對性充放電一次。放電時電池與母線脫離，放電電流為0.10C10A，放電時間 10h，電池電壓至1.9V時應加強監視，電池電壓不得低于1.8V。

（3）蓄電池放電至終止電壓1.8V時進行充電，按單體電池2.23～2.27V/只，最大充電電流不超過0.25C10A，充電時間24h，當充電電流小于0.01C10A后自動轉為浮充運行。

3.3直流系統狀態監視與檢查

利用集中監控裝置監視交流電源、蓄電池組、充電模塊、絕緣監測、各直流回路的運行狀態和故障情況。利用監控器的控制面板和顯示器提示進行直流系統狀態檢查，出現輸入密碼項目時返回，不得更改其內容。

3.4充放電

3.4.1正常直流系統浮充電運行，充電電壓231V

3.4.2如下列情況進行均充

連續運行3個月后，自動進行均充；個別電池為2.18V及以下，手動均充；交流斷電停機，蓄電池放出電池20%以上容量，手動均充。

3.4.3手動均充方法

進入“菜單”顯示窗口，選擇“5”后輸入密碼“11111”，進入“充電機控制”窗口，按“下頁”進入畫面如圖8。

圖8

利用上下鍵移動“←”至浮充后，按“轉換”對應的功能鍵，將“浮充”改“均充”后按確認鍵。利用上下鍵移動“←”至時間后，按左右鍵可以設定時間后按確認。此項操作由值長或值長指導下進行。

均充開始后充電電壓為241V，充電電流充電電流不大于0.25C10A，定時達到后自動轉浮充。

3.4.4核對性充放電時間：每年一次放電：

將蓄電池在#3直流屏的母線進線及聯絡把手切至 “母聯”位置，使蓄電池與系統脫離，母線并列，一組蓄電池，兩組充電機帶負荷。

在屏后放電開關熔絲下接放電電阻，以放電電流0.1C10A計算放電電阻。

在#3直流屏將放電把手切放電位置，放電10h，終止電壓為1.8V。

放電時每小時記錄一次電池電壓、室溫。電壓至1.9V時每0.5h記錄一次。放電開始前及終止后都應該記錄。

放電終止后將放電把手切停用位置，拆除放電電阻。

充電：蓄電池放電終止后將浮充機把手切蓄電池位置，進行充電。先穩流充電后穩壓充電，充電電流小于0.01C10A后延時1h，將充電機和蓄電池投入正常運行位置。

3.5事故處理

母線電壓過高或過低可通過監控裝置自動調節消除。

3.5.2蓄電池故障

蓄電池故障可通過監控器菜單“蓄電池巡檢”查詢，查詢為個別電池故障時，進行實際觀察與測量后如確有問題與廠家聯系處理。

如果電池組故障，可用母線進線及聯絡把手將母線并列，電池組退出運行。

3.5.3充電機故障

利用監控器查詢故障，如個別充電模塊故障可將其輸入開關拉開，停用該充電模塊。

充電機保持一個充電模塊可繼續運行。

充電機整組故障時，如可迅速修理，可將充電機把手切停用位置，蓄電池供電。不能修理時還要用母線進線及聯絡把手將母線并列，電池組退出運行。

4　結語

直流系統的運行維護重在預防和防微杜漸，通過日常一絲不茍的巡視、檢查和定期核對性檢驗，直流接地等問題的及時處理，使小問題和缺陷得到及時有效的處理，制定合理完善的直流系統改造工程過渡措施，吸取歷次直流系統事故教訓，避免事故發生，保障變電站安全運行和提高供電的可靠性。

[1]徐海明，王全勝.變電站直流電源設備使用與維護-閥控密封鉛酸蓄電池.中國電力出版社，2007，02.

[2]徐海明，周艾兵.變電站直流設備使用與維護培訓教材.中國電力出版社，2010.

[3]趙莉.官亭750kV變電站直流系統電源改造.科技創新與應用，2012.

[4]中國南方電網有限責任公司.變電站直流電源系統技術規范.2013，11.

[5]深圳奧特迅電力設備有限公司.電力操作電源系統培訓手冊.

[6]肖信昌.變電運行及事故處理技術問答（第一版）.中國電力出版社，2013，01.

[7]張全元.變電運行現場技術問答（第三版）.中國電力出版社，2013，02.

3.5.1母線電壓異常

監控后臺機上光字牌亮，直流屏監控器有燈光及音響報警。如直流接地絕緣監察也報警。屏幕出現閃爍的故障字樣。

直接按故障旁功能鍵進入故障信息狀態查詢。直流接地時監控器和絕緣監察都要查詢。如果是支路接地要巡檢，需要一定時間，可反復查詢。

母線電壓異常后應實際測量母線電壓，如實測正常可將“正常報警”轉“停止報警”，匯報相關人員進行裝置故障查找。

支路接地查找到后，根據負荷情況進行接地檢除。在可能引起設備誤動時應匯報相關調度，通知繼電或檢修專業人員共同查找。一般情況下不允許在運行的設備上用拆頭的方法查找接地點。

TM721.1

A

2095-2066（2016）31-0024-04

2016-10-9

孫宏錄（1981-），男，高級工程師，大學本科，畢業于沈陽工業大學，主要研究方向為電力工程技術。