變電站直流系統常見故障處理技術分析

蔡安仁

國網福建省電力有限公司南安市供電公司（福建 泉州 362300）

0 引言

變電站的核心系統設備是由蓄電池、充電機及直流饋線機組成的直流系統，該系統在變電站運行過程中的實際作用主要體現在以下幾個方面：（1）當直流系統處于正常的運行狀態時，能為機電保護裝置、自動化裝置及斷路器裝置的正常運行提供電源；（2）當交流電處于故障狀態時，蓄電池組會承擔對繼電保護、自動化等裝置的供電責任。

1 直流系統概述

當前采用的直流系統是新型的直流屏裝置，該系統是一種數字化控制、管理、測量和保護的新型直流系統，具有非常好的應用效果。在該直流屏內含有交流配電模塊、充電模塊，具備微機中央信息功能，在實際運行的過程中能以數字的形式展現運行狀態和運行過程中涉及的參數信息，文章對具體的單元模塊展開詳細分析。

（1）交流配電單元。交流配電單元主要有兩個方面的作用，其一是引入交流電實現充電，其二是實現交流電和直流電之間的相互切換。

（2）充電模塊。轉換三相交流電，使其轉變為220 V的直流電壓，這樣既能對蓄電池充電和提供合閘輸出，又能實現對各種直流負荷的供電。

（3）絕緣監察。對絕緣監察而言，其核心的監察目標是絕緣數值，在監察的過程中如果發現直流屏的各直流母線、支路的對地絕緣值在規定的整數條件下，系統就會立即發出警告。除此之外，一旦出現直流電壓過、欠或絕緣強度降低，就會立即發出警報信號。

（4）調壓模塊。調壓模塊能科學控制輸出電壓，使輸出電壓始終保持在220 V左右，保障電力系統內各直流系統電壓的穩定。

（5）微機監控。微機監控需要監測直流系統運行涉及的所有環節，并及時地記錄相關的運行參數，一旦出現故障，就要立即通知運行人員，從而對故障作出快速反應。

2 變電站直流系統常見故障

2.1 交流對直流的干擾

變電站直流系統在運行過程中，非常容易受交流系統的影響，出現頻繁的電壓波動，如果受到的影響較嚴重，甚至會威脅直流系統的安全和穩定。由于直流系統本身的抗干擾能力較差，為了在發生故障時立即開展故障的定位處理工作，要在故障錄波器上添加對直流電的錄播功能，及時記錄直流系統在運行過程中出現的故障及相關情況，當直流系統出現運行故障時，就可以通過錄波器中記錄的內容找出問題，節約大量維修時間，同時也能對故障進行分類，有利于更好地研究和處理故障[1]。

2.2 直流系統接地故障

導致直流系統接地故障的原因主要有以下幾個方面：（1）環境和氣候的變化。對暴露在戶外的二次接線盒而言，如果密封性不達標，遇到下雨天就會進水而潮濕，導致直流線路的絕緣性能受到巨大的影響，進而發生接地故障。（2）外界生物的干擾和破壞會影響直流線路絕緣皮的完整性，使絕緣皮出現破損，這種破壞本身具有一定的偶然性，因此防范難度較大。（3）工作人員安裝相關的電力設備裝置時，如果存在人為操作失誤，如沒有將裝置的螺絲擰緊，在后期使用的過程中出現松動或脫落等問題，將會導致接地故障。

2.3 高頻開關電源故障

（1）充電模塊的異常與故障。充電模塊主要為蓄電池充電，并為直流負載提供正常供電，一般情況下，充電模塊內部還會配置完善的監控模塊，在運行的過程中監視和控制充電模塊的運行狀態。當直流系統在運行的過程中出現電源欠壓時，則充電模塊無法在顯示屏上顯示相關的數據信息，整個模塊會處于失電狀態，不利于正常開展電源供給工作。

（2）電源模塊的異常及故障。若直流模塊長期處于重負荷或超負荷運行狀態，就容易嚴重損壞。在變電站直流模塊運行的過程，直流模塊的容量都是按照N+1的標準配置的，即使其中一臺直流模塊出現故障，系統內其他直流模塊仍然能夠正常運行，因此在一般情況下電源模塊不會出現過載問題。

3 變電站直流系統故障處理技術分析

3.1 完善高頻開關電源的設置

在直流系統中，高頻電源模塊一般采用的是N+1形式的并聯設置，在正常狀態下，該設置模式能實現同時供電及自動均流，當其中某個模塊出現故障時，總負荷可以由其他模塊共同承擔，這樣出現故障的高頻開關整流模塊就能及時更換帶電的拔插。某變電站直流電源故障分析系統架構如圖1所示，該系統可作為子系統接入地區電網狀態中心，容納500個變電站站點接入。在這樣的處理模式下，對故障的處理不受時間的限制，還能提升整個故障運行的效率和可靠性。因此，在直流系統中科學使用高頻電源模塊，不僅能有效簡化接線方式，還能節約屏位、減少投資。

圖1 直流電源故障分析系統架構

3.2 直流系統故障處理

首先，變電站的工作人員要全面了解直流饋電網絡的運行和接線方式，掌握直流低壓斷路器的運行情況，一旦出現故障，應立即根據故障特征對故障類型作準確的判斷。其次，雖然當前階段應用的直流系統內部都配置了相應的監測、巡檢和監控裝置，但是工作人員仍然要加強重視，反復地觀察和確認受電側是否處于正常運行狀態。同時，還要結合測量結果判斷各種保護裝置和自動化裝置之間是否存在故障，如果發現故障就要及時記錄。最后，工作人員還要通過電池巡檢裝置觀察送電環節，定期檢查維護直流系統的絕緣監測裝置、電池巡檢裝置及微機監控器等裝置，保障直流系統內監控裝置的穩定運行，減少直流系統故障。

3.3 直流接地故障措施

在發生直流接地故障后，首先要對接地極進行判斷，還要判斷其接地程度及絕緣電阻的阻值，之后再結合運行方式、操作方式及氣候因素判斷可能接地的地點，從而找到接地故障發生的位置[2]。

例如，壓力閉鎖觸點對地絕緣損壞造成直流接地，現場檢查壓力閉鎖觸點情況。回路接線如圖2所示。壓力閉鎖觸點由微動行程開關組成，微動行程開關受到油的污染，導致對地絕緣破壞。更換微動行程開關后，該回路對地電阻值恢復正常。恢復F2空氣斷路器，直流系統電壓恢復正常，故障排除。

圖2 回路接線圖

為了降低直流系統故障發生的概率，要做好全面的日常維護工作，首先，要加強對二次線的清掃，尤其需要加強對直流系統內蓄電池系統的巡視和日常維護，保障蓄電池的清潔程度，如果極板存在滲液，要涂抹凡士林；其次，要加強對系統建設過程的管理，防止人為損害絕緣皮問題；最后，要對長期暴露在外的直流接地箱、瓦斯接地盒等裝置采取全面的防水措施，同時要加強對工作人員的技術培訓工作，避免人為直流接地問題的出現[3-5]。

4 結束語

在現代化城市建設快速發展的過程中，電力在整個社會生產生活中占據著越來越重要的位置。隨著電力建設事業的快速發展，人們對直流系統的重要性有了更加全面的認識，直流系統也在變電站的建設發展中發揮著越來越重要的作用。同時，在科學技術快速發展的推動下，變電站直流系統的設計也變得更加完善，但是在運行過程中仍然會存在各種形式的故障。因此，在未來的發展中，要繼續加強對變電站直流系統的研究，進一步彌補直流系統存在的不足。