變電站直流系統故障分析

錢永亮

摘要：國民經濟的發展離不開電力的強力支撐，近年來，工業化的發展對于電力的需求越來越大，越來越需要高品質、高穩定性的電能，變電站作為電力系統中的重要一環，具有著不可替代的作用。在這一過程中，變電站直流系統發揮著舉足輕重的關鍵作用，但在實際工作過程中，直流系統也常會發生這樣那樣的問題，本文著重以此課題作為研究重點，提出科學合理的解決舉措，希望能給相關專業人士以參考。

關鍵詞：變電站;直流系統;故障分析

引言

變電站直流系統為變電站提供測控、安全保護等，是電力系統保護和控制的支撐。變電站直流屏內的高頻整流電源及模塊是后備直流電源系統的重要組成部分，其采用N+1冗余并聯工作，連續運行，除了提供充電電源，還負責常態負荷，工作狀態復雜，參數要求苛刻，加之投運時間長短不一，均流方式廠家不同，散熱方式有風冷、自冷，故而整個電源系統及單體模塊是否正常，是保證二次系統安全的重要保障，目前常規手段僅僅是測量系統常規的穩壓、穩流精度、紋波等等，無法預測高頻整流電源及模塊的遠期故障或性能，故無法提前實施維護、檢修和更換，一旦發現故障只好廠家應急處理，這其中必然會出現不短的周期造成系統冗余不足甚至失電，為應對這一重大隱患，急需一種在系統正常運行不停電條件下，能夠快速對高頻整流電源及模塊狀態進行快速早期預判。

一、變電站直流系統介紹

變電站直流系統的作用是將交流電整流為直流電，所以其穩定性可靠性對于整個電力系統具有著舉足輕重的作用。直流系統的能量來源主要來自于交流系統，所以要確保直流的穩定，必須首先確保交流的穩定。變電站使用直流系統主要有四個方面的比較優勢：一是具有較好的電壓穩定性;二是直流系統的輸入除了二路交流外，還有蓄電池組提供，穩定性可靠性較好;三是如果使用交流電源，如果發生短路故障，電壓會降低，電壓降低則斷路器不發揮作用，易引發電力事故，直流電源較好的避開這一問題;四是蓄電池組是可逆電源，使用和替換也較為方便。

二、變電站直流系統故障分析

（一）直流電源出現失壓情形

直流電源是維持電路穩定性的關鍵裝置，在工作實踐中出現失壓情形，會導致控制回路和監控出現重大問題，一些設備會出現拒動等情形，影響正常工作，影響電力質量。失壓情形還會導致繼電器的失磁，發生電路跳閘現象。一般情形下，220kV變電站如果出現故障，基本均是由于失磁導致。失磁的發生主要源于以下三點原因：一是對于短引線保護沒有實施獨立的退壓板設計，與主保護一起使用出口壓板，這一情形在短時間內也許不會出現故障問題，但長此以往則會出現失壓情況。二是短引線設定額低于標準設定值，導致電路負荷電流超出設定極限。三是短線保護回路設計不夠科學合理，電源失壓導致跳閘情況出現。

（二）直流系統出現接地情形

在所有故障中，接地情形是危害最大的，也是最為常見的，需要引起高度重視。其破壞性對于整個變電站系統功能產的影響是巨大的，程度較輕的會發生遙信量誤送，嚴重程度較重的則可能發生開關拒動和誤跳。分析其中主要原因：主要是控制電纜、信號對地絕緣降低、直流電纜對地分布電容影響、蓄電池對地絕緣降低、雙配置直流系統正負串接、交流電串入直流系統等。變電站直流系統發生接地故障時，運維人員可以通過直流絕緣監測裝置的選線功能，配合拉路選線法，并結合運維經驗快速查找接地點。在變電站實際運行過程中，接地一般不會立刻產生電流短路，但監視系統也會發出相應警報，值守人員發現故障后，可以及時處置。如果實際運行過程中，線路的另外一端同時出現接地故障，則系統的短路問題會立即發生，導致熔斷器熔斷，整個電路失去電源支撐而發生事故。此類事故類型一般區分為兩種：一種是正極兩點接地，繼電保護和斷路器發出錯誤判斷，導致繼電器線圈勵磁、合閘線發生故障，具體如圖1所示。另一種是負極兩地接地，二次回路產生，繼電器發生短接，導致跳閘越級，事故嚴重性進一步加大。在同時接地狀態下，線圈出現短接會失去作用，回路短路電流會立即產生，電源保險發生熔斷，保護電源失效，具體如圖2所示。

三、系統故障原因分析

（一）施工和設計產生問題

由于施工和設計的遺留問題，導致一些線路兩端直流混接，也有可能施工人員出現兩端直流混接情形，由于設計施工的不科學，不能按照國家規定的國標進行施工，比如直流回路出現裸線情形以及出現線頭接觸柜體情形。這些問題均要求施工維護人員在維護檢修時，不能粗心大意，否則會導致線路短路或接地情形。

（二）材料出現老化

這種情況在偏遠地區農村較為多見，這些地區由于變電站使用年限較久，運行時間過長，變電站上的一些絕緣線路會相繼出現老化現象，導致出現直流系統故障，如果是電纜和接線端子的絕緣線出現老化，則會導致短路和接地的幾率大大增加。除此之外，也有可能變電站一些部件在出廠時就達不到國家規定的標準要求，導致線路絕緣性較低而發生過電燒傷，絕緣線的破損程度進一步加大。

（三）輸電壓過高導致發生故障

分析直流系統發生故障情況，主要區分為兩大類：一類是直流系統硬件組成部分發生故障;另一類是相關參數設置出現偏差。這兩類問題均會影響直流系統的穩定性和可靠性，造成運行異常。介于此，必須高度重視充電模塊中輸出電壓過高而導致模塊發生故障。要有效解決這一故障，必須首先進行停機，然后進行相關輸出指針的檢測，并進行輸出指針的調整。如果檢測是硬件出現問題，則需要采取維修或更換的方式進行處置，最終確保電池壽命符合要求。以某發電廠2015年發生的故障為案例，根據調查情況分析，主要有以下幾點原因：一是外部的負載不匹配，造成模塊的過負荷，這是這一情況發生的主因。直流油泵和蓄電池是高頻開關的主要負載，其總輸出電流接近300A，遠遠大于額定電流200A，開關處于嚴重首先的負載狀態，造成內部的參數也出現了偏差，參數偏差較大的被燒壞。二是具體連接點出現了氧化。

四、直流系統故障的預防

（一）直流系統故障預防需解決的問題

主要需要著力解決以下問題：一是實現直流屏高頻整流電源故障預判的目的，防止模塊帶缺陷運行，給維護、檢修、更換提供合理時間，減少系統失電風險;二是.解決以往需停電才能檢測模塊的缺憾，在線實時檢測，快速報告預判結果，不影響系統運行，安全可靠。三是進一步豐富直流系統維護內容和參數，對于進一步重點監護提供定量依據。

（二）直流系統故障預防關鍵點分析

在實際實踐過程中，主要關鍵點主要有以下六點：一是構建無線寬頻譜接收系統，其功能主要是分析高頻整流電源主振頻率、穩定性、諧波分量以及主開關管脈沖電流信號，預判模塊工作的狀態。二是單片機實現多重傅里葉濾波網絡，分析直流母線交流分量占比、特性、數值，預判模塊工作的狀態。三是進一步完善的電器隔離系統，保證裝置的采樣準確可靠而不影響主回路的電氣絕緣要求，并具備完善的自保護功能。四是內置單片機系統建立數據庫系統，能對多套直流屏高頻整流電源建模，方便參數處理、對比，對維護提出科學、定量的數據。五是實現智能整合諸參數，直觀的輸出報警顯示界面，便于現場人員快速判別。六是連接件體積小，重量輕，便于攜帶，兼容性好，適用于各廠家規格、型號直流屏柜，功能實用，造價低，操作簡單。

（三）進一步嚴格控制設計和施工

由于直流系統工作的范圍較為廣泛，其工作環境也涉及到較多的線路和外接設備，從運行實踐來看，必須要嚴格直流系統相關部件的嚴格設計和施工，以此來降低直流系統故障出現的頻率，盡可能避免故障發生。設計施工中要注意避免出現交直流混接以及兩段直流混接的情況，要保持交流繼電器、直流回路繼電器和接觸器等設備之間的間距，避免在電壓切換時，直流回路與交流回路產生連通而導致短路。在施工結束后，要按照施工步驟實施嚴格認真的結尾竣工檢查，以此確保所有設備安裝施工符合國家規定要求，對接正常無誤。

五、結語

綜上所述，本文以問題為切入點，對變電站直流系統一般常見問題進行了闡述，并提出了解決舉措。目的是為了實現直流屏高頻整流電源故障的預判，防止模塊帶缺陷運行，給維護、檢修、更換提供合理時間，減少系統失電風險，從而更好的解決以往需停電才能檢測維修的缺憾，實現在線實時檢測，快速報告預判結果，不影響系統運行，安全可靠。

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