變電站直流電源系統運行現狀分析

李正維

摘? ?要：變電站作為電網的重要樞紐，包括電氣一次、二次及各種輔助單元，而直流系統是為變電站控制保護提供電源的重要單元。本文通過合江電網各變電站直流系統運行數據分析，說明了18只12V蓄電池直流系統和104只2V蓄電池直流系統的特點，提出了應用充電模塊運行電壓數據初步判斷蓄電池是否正常的方法和提高直流設備運行可靠性建議，希望對變電站直流系統的安全穩定運行有所幫助。

關鍵詞：直流系統? 直流電壓? 電池運行? 電池維護

中圖分類號：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0046-03

《智能電網建設與管理在瀘州玉宇電力公司的應用研究》項目（立項編號：2017-S-45（2/3））開展以來，團隊對D-5000數據進行了系統研究分析。根據目前變電站直流系統的技術發展與應用來看，構成系統的元器件、監控裝置、蓄電池組都發生了巨大變化。為了讓這一系統更好地服務于智能變電站的運行，現就合江電網各變電站直流系統運維情況作以下分析。

1? 變電站直流系統使用情況

1.1 采用12V蓄電池的系統

合江電網目前有35kV佛蔭、白沙、九支變電站及110kV甘雨、元興等變電站采用12V蓄電池直流系統，這類系統的儲能蓄電池采用的是單體額定電壓為12V的閥控式密封鉛酸蓄電池，容量100Ah，因二次設備的控制電壓是220V，采用18只蓄電池串聯運行方式。直流系統附屬裝置包括交流備自投電源、監控裝置、控制模塊、充電模塊、絕緣監察裝置、硅鏈調壓裝置、蓄電池巡檢儀等。 交流正常供電時，微機控制高頻開關直流電源裝置控制母線由控制模塊提供220V直流電源，通過調壓裝置控制合閘輸出和控制輸出電壓，充電模塊和蓄電池組熱備用。當交流停電或控制模塊故障時，控制母線由蓄電池組通過調壓裝置自動將蓄電池組的電壓調節為220V±10%供電，以保證繼電保護、自動等裝置正常工作。

1.2 采用2V蓄電池的系統

2018年以后新投運的變電站，均采用的是一體化電源系統，包括110kV馬街、梨子灣、石佛、榕山等變電站。這類系統的儲能蓄電池采用的是單體額定電壓為2V的閥控式密封鉛酸蓄電池，容量200Ah。因二次設備的控制電壓是220V，蓄電池數量選用104只（是否增加：104只2V蓄電池的浮充電壓為234V，這是能）。直流系統附屬裝置有交流備自投電源、監控裝置、充電模塊、絕緣監察裝置、蓄電池巡檢儀、48V通訊電源裝置、逆變電源裝置等。直流輸出電源控制母線和合閘母線合二為一，變電站內的斷路器分合閘與二次設備電源均接入該母線，這類系統設備運行在233V電壓范圍內。該直流系統最大的特點一是取消了硅鏈調壓裝置，將合閘母線與控制母線合二為一;二是增加了48V通信電源系統，滿足智能變電站通訊設備需要;三是增加了UPS逆變電源系統，為站端監控與數據服務器提供可靠的電源支持，方便設備集中管理。該類一體化直流系統能夠為無人值守變電站提供穩定可靠的電源支持。

2? 變電站直流系統運行數據分析

2.1 12V蓄電池構成的直流系統運行

直流電壓、電流數據是判斷直流系統運行是否正常的依據。設備正常情況下充電模塊電壓243V左右，單體蓄電池在浮充狀態運行下電壓在13.50～13.80V之間，蓄電池組端電壓在243V左右，這樣保證了在站用交流停電或者充電模塊故障時，設備能提供可靠的直流電源，否則蓄電池備用時間達不到要求。從以上收集的數據分析，各變電站的直流負荷不大，電壓在243V左右均能滿足系統正常運行，但直流電源系統備用時間有時也取決于蓄電池容量與變電站負荷有關，比如蓄電池容量大、變電站負荷小，應急時間相對要長一點，所以平時做好直流系統維護至關重要。現根據現場記錄的直流系統數據進行如下分析。

2.1.1 110kV甘雨變電站直流系統運行數據分析

合母電壓240.3V、控母電壓224.9V、直流負荷電流0.9A、蓄電池電流-0.5A、單體蓄電池平均電壓13.35V。從數據（蓄電池電流-0.5A）分析發現蓄電池電流傳感器有故障，而在站用交流停電或者全部充電模塊損壞后蓄電池才處于放電狀態，以上情況都不滿足。通過電流鉗形表檢查蓄電池電流發現蓄電池處于正常充電狀態（電流0.5A），而直流監控裝置與蓄電池電流表顯示為-0.5A放電電流，需校準蓄電池電流傳感器零點或者更換電流傳感器。從數據分析運行中的單體蓄電池平均電壓為13.35V，低于單體蓄電池在浮充狀態下運行電壓13.5～13.8V，需做一次蓄電池核對性充放電試驗，然后觀察電壓是否恢復正常值。

2.1.2 110kV元興變電站直流系統運行數據分析

合母電壓231V、控母電壓220V、充電模塊電壓231.5V，電流3A，單體蓄電池平均電壓12.83V，此電壓低于單體蓄電池在浮充狀態下運行電壓13.5～13.8V，需做一次蓄電池核對性充放電試驗，然后觀察電壓是否恢復正常值。

2.1.3 35kV白沙變電站直流系統運行數據分析

合母電壓239.9V、控母電壓221.8V，直流負荷電流1.1A，單個蓄電池電壓13.33V，低于單體蓄電池在浮充狀態下運行電壓13.5～13.8V，需做一次蓄電池核對性充放電試驗，然后觀察電壓是否恢復正常值。

2.2 2V蓄電池構成的直流系統運行

220kV龍譚變電站采用兩組獨立直流系統分兩段供電方式，第1段供220kV設備使用，第2段供110kV設備使用，其中兩組直流系統任意一段出現故障或者檢修時，可以1、2段系統并聯使用，將故障或檢修部分完全脫離系統，方便了設備維護檢修，增強了設備運行的安全性。直流系統1、2段屏柜各有充電模塊6個，每組有蓄電池104只，型號為GFM400-2、2V 400Ah。1段屏柜交流表計數據顯示A、B、C相電壓228.3V、227.9 V、227.3V;A、B、C相電流3.854A、3.767A、3.293A，充電模塊輸出電壓233.9V、輸出電流5.3A。2段屏柜交流表計數據顯示A、B、C相電壓227.9V、227.6 V、228.3V;A、B、C相電流2.854A、2.767A、2.893A，充電模塊輸出電壓233.9V、輸出電流4.1A。

通過以上數據分析，低壓交流電壓正常，電池平均單體電壓2.249V正常。一體化直流電源系統取消了硅鏈調壓裝置，降低了因硅鏈故障引起的控制母線失電，簡化了系統運行維護。但控制母線取消后，相當于合閘母線與控制母線合二為一，正常情況下二次設備運行電壓在234V左右，比二次設備的額定電壓高了5%，這對設備運行及絕緣將產生不利影響。

運用公司D-5000調度綜合信息系統，調度中心通過各變電站上傳的站用交流電壓、電流，合母電壓、電流，控母電壓、電流，蓄電池組電壓，電流、單體蓄電池電壓、負荷電流，以及合母電壓過欠壓、控母電壓過欠壓、蓄電池組電壓過欠壓、充電模塊故障、絕緣監測故障、饋線開關故障、調壓硅鏈裝置故障等遙信數據，就能實現遠方監控，及時將直流系統運行情況通知運維部門，運維部門根據設備故障情況采取相應解決措施，提高變電站直流系統運行可靠性和安全性。

3? 各變電站直流系統運行分析

3.1 蓄電池組運行電壓

由18只12V蓄電池組構成的直流系統，正常運行時充電模塊電壓（也是HM母線電壓）243V，單體蓄電池的平均電壓為13.5V。一旦充電模塊電壓低于240V，則每只單體蓄電池的平均電壓低于13.3V，在事故時電池放電容量達不到要求。

由104只2V蓄電池組構成的直流系統，正常運行時充電模塊電壓（也是KM母線電壓）233V，每只電池電壓的平均電壓2.24V，如果充電模塊電壓低于230V，則每只單體蓄電池的平均電壓低于2.21V，在事故時電池放電容量則達不到要求。

3.2 交流電源電壓

保證變電站低壓側母線電壓在正常運行水平非常重要，因為當10kV母線電壓為10.5kV時，低壓母線的正常運行電壓為400V，相電壓230V，如果低壓側母線電壓過高，將會造成直流系統交流電源設備加速損壞，需要及時調整站用變壓器分接頭。

3.3 直流系統電流

通過表1、表2統計數據分析，變電站的直流電流都在4A以下，理論上只需要一個充電模塊運行就能滿足直流系統運行需要，通常情況下運行的是兩個直流充電模塊。這一數據與手冊上電池容量選擇計算以及一些文章統計分析有很大的不同，主要原因是新投運的變電站保護裝置已實行微機化，信號指示、事故照明均已節能化，這就大大減小了直流系統設備的負荷，并延長了蓄電池組的使用壽命。

4? 提高直流系統運行可靠性建議

（1）在設計安裝時正確選擇直流系統的型號、規格、廠家。

（2）加強直流系統在線監測的應用研究和推廣。目前蓄電池巡檢儀技術日臻成熟，通過檢測蓄電池放電曲線、蓄電池端電壓、內阻、容量測試等運行狀態，能有效判斷蓄電池的運行狀態。

（3）對于絕緣監測裝置，應考慮使用在線式絕緣檢查與便攜式直流接地檢測儀檢查相結合方法，綜合進行判斷。

（4）運行管理。為保證各變電站直流系統運行的安全可靠性，延長蓄電池正常使用年限，降低運行費用，應強化以下幾方面的管理工作。

①制度方面，建立健全直流系統運行管理標準，嚴格執行設備巡視檢查及定期維護檢測規定。

②定期開展技術培訓，增強相關人員的理論水平和運行維護技能。

③加強直流系統運行數據監測分析，確保系統正常運行，發現問題及時報告處理。

4）建立設備運行檢測臺賬。

（5）直流系統蓄電池維護檢測。

1）蓄電池的運行管理是一個漸進和積累的過程，為保證蓄電池的長期正常使用，蓄電池檢查人員需要每3個月進行單體蓄電池電壓檢測，每半年檢測蓄電池內阻。定期檢查蓄電池連接條是否有松動和腐蝕、蓄電池外殼和極柱的溫度、蓄電池的殼蓋有無變形和滲液，極柱、安全閥周圍是否有滲液和酸霧逸出，并每半年重新擰緊一次連接條處螺栓。

2）定期進行蓄電池組核對性充放電實驗，一般每兩年進行一次，運行超過4 年后每年進行放電核對試驗。

3）需定期檢查蓄電池浮充電及直流系統運行電壓。

4）每年至少進行一次直流熔絲、空開普查，保證空開級差和熔絲的合理分配。

5）在正常情況下，蓄電池的浮充電流只有0.03-0.04A左右，所需直流負荷不到1A，平均分配在各充電模塊的輸出電流就更小。

6）充電模塊的配置一般按照3個方式配置，正常運行1個，其它備用，保證有一個充電模塊故障后設備能正常工作。

5? 結語

變電站直流系統運行中存在的問題很多，本文根據平時的工作實踐，就設備運行現狀與常見問題進行了分析和研究，希望能得到同行們的支持和指正，以期對直流系統的安全穩定運行有所幫助。

參考文獻

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