變電站直流系統的設計及故障分析

李自偉

摘??要：在電力系統特別是廠站設備中，直流系統在運行中產生如果發生故障，相關的繼電保護、自動化系統等二次設備就會功能失效，無法有效地監控變電站設備，更不能及時對系統故障進行反應，必然會導致嚴重的后果。要保證直流系統在電力系統中處于正常的運行狀態，就要重視直流系統的設計工作，對運行中的故障進行分析并采取必要的措施解決。

關鍵詞：變電站;直流系統;設計;故障

引言：

在輸變電系統中，變電站作為電能匯集和分配的節點，其重要性是不言而喻的，變電站是否穩定運行，對輸變電系統是否安全穩定運行具有直接的影響。直流系統作為站用電源系統最重要的組成部分，科學、合理地對系統整體結構進行設計，在滿足安全、可靠的前提下兼顧多種不同運行方式，同時需要對其在運行中所產生的故障問題快速做出診斷并具有針對性地排除，這是整個電力系統能夠安全穩定地運行的一個基礎性條件。

一、變電站直流系統的設計

（一）變電站直流系統的組成

變電站直流系統的配置以及接線都要與變電站的規模相對應，根據電力系統的容量將接線方式確定下來。電力系統的直流系統組成，主要包括交流輸入裝置、蓄電池、蓄電池巡檢裝置以及絕緣監控裝置、充電裝置、母線調壓裝置以及直流饋線屏等。

• 變電站直流系統的設計

（1）交流輸入裝置。一套直流系統通常所采用的交流輸入電源為兩個，分為主供電源和備用電源，正常運行時主供電源供電，當主供電源發生故障失電時，由備用電源供電，主供電源故障恢復后可以自動恢復為主供電源供電，保證直流系統的交流輸入部分具有高可靠性主供電源和備用電源之間的切換由專用控制電路自動完成。

（2）蓄電池組。蓄電池組由若干個電池串聯而成，作用是儲存電能，在直流系統兩路交流電源均失電的情況下，依靠蓄電池組儲存的電能，依舊能夠向負載輸出直流。日常的運行工作中，需要對單個電池的電壓引起關注，特別是單個電池的電壓值偏離整組內其它電池的電壓時，可能會引發整組電池輸出電壓故障。

（3）充電裝置。充電裝置的核心是整流模塊，其作用是將交流電進行整流濾波之后形成直流電，正常運行時向負載提供直流電，并對蓄電池組進行補充充電。（4）母線調壓裝置。直流系統中的直流母線為兩種，第一種為控制母線，第二種為合閘母線。其中控制母線主要為保護裝置、自動化裝置等提供工作電源，還為信號回路、輔助回路等電路提供工作電源;合閘母線主要是向斷路器操作機構等提供動力負荷。

（5）監控系統。監控系統包括三個組成部分：第一個為充電機監控模塊;第二個為蓄電池監控模;第三個為絕緣監測裝置。充電機監控模塊主要作用是監控單臺充電機的工作狀態，確保每臺充電機工作正常;蓄電池監控模主要監視蓄電池組整組電壓、電流及單個電池電壓、內阻和絕緣情況，并具有顯示、存儲、報警等功能，能夠獨立運行;絕緣監測裝置監測直流電源系統直流母線對地絕緣狀況。

（6）直流饋線屏。直流饋線屏是各路直流負載輸出的裝置，直流負載一般從饋線屏內的直流母線上，經空氣開關送出到各個負載處。

二、變電站直流系統故障分析

（一）元件故障

直流系統運行過程中，主要元器件一般都布置于室內環境，而且相關規范對設備的運行溫濕度、灰塵、機械防護等環境條件都有明確要求，所有元器件發生故障一般都是自身原因引起。比較多發生的是運行年限較久之后設備老化、性能衰退帶來的故障問題，需要引起關注，比如充電機由于自身發熱的原因長期運行于高溫狀態，如果散熱問題沒有妥當處置，會造成設備急劇老化，功能失效。

（二）二次回路故障

直流系統二次接線通常會受到外部環境的影響，人的操作以及設備等是重要的因素。如果氣候環境惡劣，復雜的線路很有可能產生漏電的問題。不規范的人工操作也會影響直流系統的正常工作，一些線路沒有準確布線，沒有按照相關的規定安裝直流系統的運行就會受到影響[2]。設備運行中出現的問題會導致直流系統效率效率降低，運行風險也會增加。

（三）接地故障

直流電源運行的主要的內容是直流系統絕緣監測和直流接地處理工作。直流系統的電纜線路分布比較廣，當處于運行狀態的時候，會受到環境因素和人為因素的影響。如果出現絕緣故障，就會出現直接接地，后果是很嚴重的。所以，變電站通常都會安裝直流絕緣監測裝置，當直流接地時能發出報警，接地故障處理更加及時。

直流電路發生單點接地的過程中，線路不能再形成完整的電路，就會導致接地故障發生，但是不會影響到繼電保護裝置的功能。監控系統會發出警告。如果此時系統二次接地，會出現電路兩點接地的問題，出現短路，此時電源開關會斷開。當開關不再有操作電源的時候，自動保護裝置的二次控制回路就不能被正常電源功能。此時，需要立即采取措施將故障所在位置以及原因查明[3]。

三、變電站直流系統故障防范措施

（一）運行維護管理工作要進一步加強

在日常工作中，應加強設備的運行維護工作，對于設備容易發生故障的環節，應制定預防性措施，從源頭上上進行防范，避免直流故障發生。室外設備要做好防潮工作，保證密封性良好，定期除灰，防止積水進入到設備的內部，影響設備的使用功能[4]。要安裝自動防潮裝置，并確保防潮裝置功能運行正常，如果沒有自動防潮功能，就要定期檢查設備箱體，使得內部設備干燥清潔。

（二）設備配置要不斷完善

整個直流系統由各設備、部件組成，設備的質量直接關乎到直流系統是否處于安全穩定的運行狀態。在選擇設備的時候，要從實際情況出發結合系統的運行狀態，最大程度的提高設備的性能，設備的質量有所保證，使其功能優勢得以充分發揮，設備的成本也會得到有效控制。在設備的配置工作中，要嚴格按照直流系統的運行要求執行，使其順暢運行，不會受到故障的干擾[5]。

結束語：

直流系統故障會直接影響到電力生產的安全與穩定，采取有效的預防措施是非常必要的，這不僅涉及到技術操作和維護工作，還需要對系統的設計高度重視，對系統結構不斷優化，避免系統運行中存在故障問題。在對直流系統的維護工作中，操作人員要嚴格按照規定執行，采用正確的操作方式，避免意外接觸造成不良后果。當直流系統處于運行狀態的時候，既要保證直流系統的安全穩定運行，又要保證系統的各項功能充分發揮。

參考文獻：

[1]?龔成.?淺析一起變電站直流系統環網故障的查找和處理[J].?現代制造，?2018（03）：102-103.

[2]?陳捷快.?變電站直流系統的運行維護與接地處理[J].?科技展望，?2017，?27（06）：58-59.

[3]?張波，?張永.?500kV變電站直流系統絕緣異常分析及處理[J].?電工技術，?2017（01）：86-88.

[4]?劉振興.?無人值守變電站直流系統故障分析及解決措施[J].?科技創新與應用，?2017（09）：69-70.

[5]?陳弘.?變電站直流系統接地故障處理及預控淺析[J].?機電信息，?2018（21）：68-69.