淺談變電站直流屏內的充電模塊常見問題分析

徐學帥　胡勇　蘇煜　熊曉川　王輝春

摘要：電力的發展為我國經濟建設發展提供了有力支撐，變電站是電力行業的重要組成部分，必須加強對其的研究探究。隨著以計算機技術為代表的信息技術和自動化技術的發展，大多數變電站已發展為無人值守變電站，自動化程度顯著提升，為了確保其能正常運營，這也對其直流系統運行的穩定性提出了新的更高的要求。本文著重就其直流屏內充電模塊展開研究，本文問題導向，提出合理化解決建議和預判裝置研發建議。

關鍵詞：變電站;直流屏內;充電模塊;常見問題

引言

變電站直流屏內的充電模塊是后備直流電源系統的重要組成部分，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，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，無法預測充電模塊的遠期故障或性能，而進行提前維護、檢修、更換，一旦發現故障只好廠家應急處理，必然有不短的周期造成系統冗余不足甚至失電，給電力系統造成一定的損失。

一、變電站直流系統介紹

變電站直流系統充電模塊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，具體工作原理見圖1所示。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、變電站直流系統組成模塊介紹

（一）充電模塊

充電模塊是變電站直流系統的重要組成部分，也是提供直流電源的主要設備，其主要由監控模塊、儀表、連接件、直流投切開關、充電機、交流輸入組件組成，充電模塊的優點突出。主要有以下幾點：一是穩壓效果好，電流精度高;二是體積不大，運行效率較高;三是輸出的諧波、紋波失真小;四是自動化程度較高。

（二）監控系統

監控系統主要發揮著管理和控制的作用，主要任務：一是對蓄電池和功能單元實施長期監測，獲取各種運行狀態和參數，并根據數據進行處理，并以此為基礎依據實施監控;二是實現電源的全自動控制，確保安全連續性。監控系統主要區分為觸摸和按鍵兩種類型，在人機界面可以提供運行參數。

（三）絕緣監測單元

顧名思義，這是一種監測直流系統絕緣情況的系統，可實現實時監控，主要通過對地漏電阻的數據采集實施監控，數值可以具體情況具體確定，當數據值降低到設定值時，發出報警信號。目前監測單元主要區分為支路絕緣監測和母線絕緣監測兩種。

以上介紹的是變電站直流系統組成的三個主要模塊，除此之外，變電站直流系統還包括電池巡檢單元、開關量檢測單元、降壓單元、配電單元等等，它們在變電站直流系統中也都發揮著各自的無可替代的作用。

三、變電站直流屏內充電模塊常見問題

總所周知，變電站直流系統包含很多方面，在具體運行過程中，如果充電模塊發生了故障，維護人員首先必須進行停機操作，然后進行充電硬件設備的檢查檢測，確認是否是硬件帶來的故障，在確認不是硬件問題后，要進行相關電壓電流的測試，環境溫度的測試等等，直至故障被排除。具體來說有以下幾種常見故障。

（一）直流系統充電模塊保護

直流系統運行中出現充電模塊保護現象較為常見，分析其發生主要原因：一是充電設施的欠壓或過壓，也有可能是環境溫度過高造成，這些都有可能造成充電模塊出現充電停滯情況，也極大影響了電池的安全穩定。

（二）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2005年發生的故障為案例，根據電廠記錄，該電廠的直流系統一直較為穩定，設備的可靠性和穩定性都很強，近年來電廠也進行了相關設備的更新換代，從理論上來說不應該發生此類問題。但實際情況是，該電廠啟動全部應急電源后，發生了充電模塊被燒壞的情形，這對主機安全運行是一個極大的安全隱患。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，具體如圖2所示。二是具體連接點出現了氧化。

（三）模塊不均流而發生故障

充電模塊的不均流對于充電模塊安全性會造成極大傷害，嚴重的甚至會影響電池使用壽命，究其原因主要：一是均流線的連接質量不過關;二是均流線未正確連接。在實際工作實踐中，修理維護人員要針對這種情況進行均流線的加固連接，并以此來提升均流效果。

（四）通訊系統發生故障

通訊中斷也是充電模塊常見的問題之一，會給設備安全帶來一定的隱患。在實際作業過程中，對于此故障的處置：一是要實施科學的參數檢測;二是要對充電模塊實施接地檢測;三是要對模塊荷載情況實施檢測。對于此類問題要實施故障的排查，對運行參數進行重新校準設定，實施接地連接，優化運行荷載，確保充電模塊的通訊質效。

（五）半載輸出發生故障

充電模塊在變電站中屬于二級設備，上一級設備發生故障同樣會導致充電模塊發生故障，最為常見的故障就是缺相輸出保護，這一情形的出現會導致輸出電壓不足，造成設備的低壓損壞，非常不利于設備的穩定運行。處置方法：首先進行一級設備的檢修，確保一級設備故障的排除;二是要確保三相電的完整性;最后實施再次開機，達到解除半載輸出故障之目的。

（六）充電模塊欠壓而發生故障

充電模塊不僅僅在電壓輸出過載時會發生故障，在實際運行過程中達不到設定電壓也會出現輸出欠壓情形，這一問題較為常見，就其原因主要是硬件故障問題，參數的具體設置問題。基于此類現象分析，充電模塊電壓輸出無法達到設定電壓時，維護人員一是必須進行輸出電壓參數設定現狀的檢修維護，以此確保輸出參數設定的準確性。爾后針對電壓檢測裝置實施檢修，并做出針對性的處理，根據檢測中出現的具體問題，或實施檢測裝置的更換，或實施裝置的更換，以此確保電壓輸出的合格性。

四、直流屏內充電模塊問題處理裝置的研究應用

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，能夠快速對充電模塊狀態進行快速早期預判，消除隱患，提供更換依據，保證電力系統安全運行。具體來說必須達到以下指標要求：

1.該系統是一套直流屏高頻整流電源故障預判裝置，利用無線寬頻譜接收系統分析充電模塊主振頻率、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;

2.該系統搭載多重傅里葉濾波網絡，可以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;

3.該系統具有完善的電器隔離系統，能夠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;

4. 該系統可以實現內置單片機系統，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;

5.該系統安全穩定，能確保作業人員及運行設備安全和節約，同時具備較強的適應性，便攜性好，操作簡單、連接方便、數據處理迅速。

五、結語

綜上所述，本文從問題為切入點，列舉了解決充電模塊一般常見問題，提出了一般性解決舉措，提出了實現直流屏高頻整流電源故障預判的目的，主要是為了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模塊的缺憾，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。

參考文獻：

[1]張琴，洪善寧，吉宏浩.變電站直流系統的充電模塊運行維護常見故障分析及處理方法[J].內江科技，2018，10：35.

[2] 田菁，嚴宵.變電站直流系統運行維護[J].科學咨詢，2017，11：39-41.

[3] 代建國.某發電廠直流系統蓄電池充電模塊故障分析及改進[J].機電技術，2019，04：43-44.

作者簡介：徐學帥，男，工程師，繼電保護技師，本科，云南電網有限責任公司普洱供電局，繼電保護一班班長，從事繼電保護運行維護管理工作。