變電站直流系統(tǒng)介紹及常見(jiàn)故障處理

李鵬杰

【摘 要】直流系統(tǒng)是變電站非常重要的組成部分，它的主要任務(wù)就是給繼電保護(hù)裝置、斷路器操作、各類信號(hào)回路提供電源。直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行與否，關(guān)系到繼電保護(hù)及斷路器能否正確動(dòng)作，會(huì)影響變電站乃至整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。如果電力系統(tǒng)直流電流消失，最直接影響是變電站內(nèi)繼電保護(hù)系統(tǒng)將失去系統(tǒng)保護(hù)機(jī)會(huì)。直流系統(tǒng)如同變電站的中樞神經(jīng)，它運(yùn)行可靠與否，對(duì)變電站的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。本文就變電站內(nèi)常見(jiàn)直流接地問(wèn)題及查找故障方法作全面概述，對(duì)實(shí)踐工作有一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】直流系統(tǒng) ?接地 ?拉合法

1 直流系統(tǒng)介紹

變電站直流系統(tǒng)主要由三部分組成：充電裝置、蓄電池、直流負(fù)荷。但具體的又是通過(guò)直流屏來(lái)實(shí)現(xiàn)三個(gè)部分的具體功能的。直流屏是一種全新的數(shù)字化控制、保護(hù)、管理、測(cè)量的新型直流系統(tǒng)，直流屏內(nèi)含UPS逆變模塊、充電模塊、絕緣監(jiān)測(cè)模塊、電池巡檢模塊、調(diào)壓模塊、微機(jī)中央信號(hào)模塊。

（1）UPS逆變模塊，它主要有兩個(gè)作用，其一是引入交流電源并實(shí)現(xiàn)充電;其二是實(shí)現(xiàn)交直流電源相互逆變。

（2）充電模塊，將三相交流電380V轉(zhuǎn)變?yōu)?20V直流電壓，一方面對(duì)蓄電池進(jìn)行充電和提供合閘輸出，另一方面經(jīng)過(guò)直流饋電屏為各直流負(fù)荷供電。

（3）絕緣監(jiān)測(cè)核心目標(biāo)是對(duì)絕緣數(shù)值大小進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)直流屏各直流母線、各直流支路的對(duì)地絕緣數(shù)值在規(guī)定的整定數(shù)值條件下，就發(fā)生告警顯示，通知運(yùn)行值班人員;另一方面在直流電壓過(guò)、欠或直流系統(tǒng)絕緣強(qiáng)度降低等情況也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（4）調(diào)壓模塊的作用是控制輸出電壓，使其始終保持在220V左右，保持電力系統(tǒng)各直流電源的電壓穩(wěn)定平衡。

（5）微機(jī)監(jiān)控負(fù)責(zé)對(duì)直流系統(tǒng)所有的環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與告警，同時(shí)可以實(shí)時(shí)的記錄運(yùn)行的參數(shù)，當(dāng)存在相關(guān)故障問(wèn)題時(shí)，以第一時(shí)間通知運(yùn)行人員根據(jù)參數(shù)的信息對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況做出判斷與處理。

2 ?蓄電池

2.1 概述

蓄電池是變電站的動(dòng)力來(lái)源，大多數(shù)蓄電池是固定式閥控密封式鉛酸蓄電池，它的性能比較優(yōu)越可靠。閥控蓄電池在正常浮充電狀態(tài)下，處于密封狀態(tài)，裝設(shè)有能夠自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉的安全閥。當(dāng)內(nèi)部壓力超過(guò)規(guī)定的開(kāi)閥值時(shí)，安全閥自動(dòng)開(kāi)啟。壓力低于關(guān)閥值時(shí)閥門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。安全閥上有濾酸裝置，不會(huì)排除酸霧等有害裝置，也不會(huì)發(fā)生電解液泄露，可防火花引起電池爆炸。

2.2 蓄電池的運(yùn)行維護(hù)和故障處理

蓄電池正常以浮充方式運(yùn)行，浮充電壓控制在2.23～2.28NV，均沖電壓控制在2.30～2.35NV。具體視產(chǎn)品要求來(lái)設(shè)定。運(yùn)行中主要監(jiān)視單體電池電壓值、浮充電流、蓄電池組的端電壓，蓄電池組及直流母線對(duì)地電阻值，絕緣狀態(tài)等。巡視中還應(yīng)檢查電池連接片有無(wú)松動(dòng)和腐蝕現(xiàn)象，殼體有無(wú)滲漏和鼓肚變形，極柱與安全閥周圍有無(wú)酸霧溢出，絕緣電阻是否下降，蓄電池室散熱通風(fēng)是否良好，溫度是否過(guò)高等。當(dāng)某一個(gè)蓄電池故障時(shí)，可將該蓄電池短接，將其退出運(yùn)行送修，單個(gè)蓄電池退出不會(huì)影響整體電氣性能。

3 直流系統(tǒng)的主要接線方式

3.1 一組充電機(jī)與一組蓄電池單母線接線方式

110kV變電站一般是以上接線方式，一組充電機(jī)，一組蓄電池，直流母系是否分段應(yīng)視實(shí)際情況而定。像叢臺(tái)站就是直流單母線接線。

3.2 兩組蓄電池單母線分段接線

目前紅河供電局的220kV臨安變電站，220kV竹林變電站，220kV西湖變電站站內(nèi)直流接線都是兩組蓄電池單母線分段接線形式。這種接線方式較為靈活，當(dāng)一組蓄電池或充電機(jī)故障時(shí)，合上聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，可由另一組充電機(jī)和蓄電池來(lái)帶所有的負(fù)荷。

3.3 直流系統(tǒng)運(yùn)行方式

220kV變電站有兩路直流充電機(jī)屏，兩路直流饋電屏一般還會(huì)有220kV分電屏和110kV分電屏。正常由1號(hào)充電機(jī)供直流一段母線負(fù)荷，浮充一號(hào)蓄電池組;2號(hào)充電機(jī)供直流二段母線負(fù)荷浮充二號(hào)蓄電池組。正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)絡(luò)屏充電機(jī)Ⅰ輸出開(kāi)關(guān)、Ⅰ段母線接入開(kāi)關(guān)，電池組Ⅰ接入開(kāi)關(guān)在合位;充電機(jī)Ⅱ輸出開(kāi)關(guān)、Ⅱ段母線接入開(kāi)關(guān)、電池組Ⅱ接入開(kāi)關(guān)在合位。Ⅰ、Ⅱ母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。直流負(fù)荷開(kāi)關(guān)一般禁止并列合環(huán)運(yùn)行。

110kV變電站直流系統(tǒng)有一臺(tái)充電機(jī)，交流進(jìn)線均為雙路供電，分別接自兩個(gè)站用變的低壓側(cè)，一路運(yùn)行，一路備用。正常情況下，1號(hào)充電機(jī)向蓄電池供電并帶直流母線負(fù)荷。充電機(jī)配有一套自投裝置，一路電源故障時(shí)自動(dòng)切換到另一路電源。

4 直流系統(tǒng)接地故障的危害

直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地是直流系統(tǒng)常見(jiàn)的異常運(yùn)行狀態(tài)，雖不立即產(chǎn)生后果，但潛在危險(xiǎn)性很大。直流接地故障中，危害較大的是兩點(diǎn)接地，可能造成嚴(yán)重后果。直流系統(tǒng)發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，便可能構(gòu)成接地短路，造成繼電保護(hù)、信號(hào)、自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，或造成直流保險(xiǎn)熔斷，使保護(hù)及自動(dòng)裝置、控制回路失去電源。在復(fù)雜的保護(hù)回路中同極兩點(diǎn)接地，還可能將某些繼電器短接，不能動(dòng)作于跳閘、致使越級(jí)跳閘。

（1）兩點(diǎn)接地可造成斷路器或保護(hù)誤動(dòng)作。當(dāng)直流接地同時(shí)發(fā)生在正極 A，B 兩點(diǎn)時(shí)，斷路器控制開(kāi)關(guān) SA 的 6～7 觸點(diǎn)、KQ 線圈、QF 觸點(diǎn)被短路接，跳閘線圈勵(lì)磁，使斷路器跳閘，此時(shí)，一次系統(tǒng)并未發(fā)生故障，所以稱為斷路器誤跳。

（2） 兩點(diǎn)接地可造成斷路器或保護(hù)拒動(dòng)。當(dāng)直流接地同時(shí)發(fā)生在負(fù)極C、D 兩點(diǎn)時(shí)，跳閘線圈回路被短路接，此時(shí)若一次系統(tǒng)發(fā)生故障，保護(hù)動(dòng)作，不能使跳閘線圈勵(lì)磁，將造成斷路器拒動(dòng)。

（3）兩點(diǎn)接地可造成直流熔絲熔斷。當(dāng)接地點(diǎn)發(fā)生在負(fù)極C、D ?兩點(diǎn)時(shí)，會(huì)引起熔斷器熔斷，當(dāng)接地點(diǎn)發(fā)生在負(fù)極C、D 兩點(diǎn)而保護(hù)動(dòng)作時(shí)，不但斷路器拒跳，而且熔斷器熔斷，同時(shí)有燒壞繼電器的可能。

（4）兩點(diǎn)接地可造成誤發(fā)信號(hào)，在正常運(yùn)行中斷路器控制開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的有關(guān)觸點(diǎn)是接通的，而斷路器的輔助觸點(diǎn) QF 是斷開(kāi)的，中央事故信號(hào)回路不通，中央事故信號(hào)回路誤發(fā)斷路器跳閘信號(hào)。直流系統(tǒng)接地故障，不僅對(duì)設(shè)備不利，而且對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全構(gòu)成威脅。直流電源為 220 V，兩極對(duì)地電壓絕對(duì)值差超過(guò) 50 V 或絕緣能力降低到 25 kΩ。直流電源為 48 V，任一極對(duì)地電壓有明顯變化時(shí)，應(yīng)視為直流系統(tǒng)接地。

5 查找原則和方法

5.1處理原則

依據(jù)多年的檢修實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)都是按照先室外后室內(nèi)、先合閘回路后控制回路、由總電源到支路電源;另外一方面一般采用拉路法來(lái)實(shí)現(xiàn)查找范圍的縮小。具體檢查順序：先找事故照明，信號(hào)回路，控制回路，后找其它回路。先找開(kāi)關(guān)合閘回路，刀閘操作回路，后找保護(hù)回路。先找10kV后找110kV、220kV回路。先找簡(jiǎn)單保護(hù)回路，后找復(fù)雜保護(hù)回路。

應(yīng)注意：拉合法一般不超過(guò)3s，拉開(kāi)后馬上判斷故障消失與否，不論回路接地與否均應(yīng)合上;在檢修人員未到之前禁止進(jìn)行接地檢除。

5.2 處理方法

①首先，了解該站內(nèi)直流系統(tǒng)主要接線圖，特別是各分支回路必須要弄清楚，通過(guò)直流絕緣監(jiān)測(cè)判斷接地性質(zhì)，是正極還是負(fù)極接地、接地程度，并匯報(bào)相應(yīng)調(diào)度。

②然后，按照直流故障查找原則先從事故照明直流電源、電壓并列裝置、故障錄波器電源開(kāi)始檢除，之后從低電壓等級(jí)開(kāi)始瞬時(shí)切除所有合閘電源開(kāi)關(guān)。

③若接地信號(hào)消失，說(shuō)明接地點(diǎn)在此條回路上，應(yīng)對(duì)對(duì)此條回路進(jìn)行逐條查找，同理用同樣的方法去檢查直流屏、蓄電池柜等回路。

④直流母線過(guò)、欠壓及處理措施。直流母線電壓過(guò)高時(shí)，對(duì)長(zhǎng)期帶電的繼電器、指示燈等易因過(guò)熱燒壞;而直流電壓過(guò)低可能造成開(kāi)關(guān)保護(hù)的動(dòng)作不可靠。若出現(xiàn)直流母線過(guò)低時(shí)應(yīng)檢查充電模塊是否損壞，浮充電流是否太小，檢查直流負(fù)荷是否突然增大等，并對(duì)浮充電裝置進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)增加輸出電流;當(dāng)出現(xiàn)母線電壓過(guò)高時(shí)，應(yīng)降低浮充電電流使母線電壓恢復(fù)正常。

參考文獻(xiàn)

[1] 張全元.變電運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)問(wèn)答（第三版）.北京：中國(guó)電力出版社，2009

[2] 王賀，孟凡志.變電站用交直流系統(tǒng)的運(yùn)行及故障處理.黑龍江科技信息，2014（32）：100.

[3] 陳紀(jì)文，師振國(guó).電氣設(shè)備狀態(tài)——直流系統(tǒng)接地故障檢修的處理.2016（09）：279-280.