泰州換流站220V 直流電源系統運行要點及蓄電池故障處理

王宇

（國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京210000）

泰州換流站一共7 套220V 直流電源系統，分別3 套三組充電機兩組蓄電池雙母線結構、4 套四組充電機三組蓄電池三母線結構，此兩種結構均主要由充電機柜、母線聯絡柜、饋線柜、蓄電池、絕緣檢測儀、集中監控器、電池巡檢儀等設備組成。

1 直流電源系統的主接線的組成及功能

各個設備的具體工作原理為400V 兩路交流輸入經交流配電單元互投后選擇其中一路交流輸入提供給充電模塊；充電模塊輸出穩定的直流電源，一方面對蓄電池組補充充電和提供合閘輸出，另外為負載提供正常的工作電流；直流饋線屏集中各個負荷的總電源開關，直流電源系統通過饋線屏為各個負荷供電；絕緣監測單元可在線監測直流母線和各支路的對地絕緣狀況；每組蓄電池采用單節2V 共104 節閥控式鉛酸蓄電池；集中監控單元可實現對交流配電單元、充電模塊、直流饋電、絕緣監測單元、直流母線和蓄電池組等運行參數的采集與各單元的控制和管理，并可通過遠程接口接受后臺操作員的監控；電池巡檢儀能夠實時監測每節蓄電池的電壓，并能夠通過遠程接口，傳輸數據至總監控屏。

1.1 直流充電機模塊功能介紹

泰州換流站采用深圳奧特迅公司的ATC230 系列的高頻開關模塊，電源模塊的工作原理是，原邊檢測控制電路監視交流輸入電網的電壓，實現輸入過壓、欠壓、缺相保護功能及軟啟動的控制；輔助電源為整個模塊的控制電路及監控電路提供工作電源；EMI 輸入濾波電路實現對輸入電源作凈化處理，濾除高頻干擾及吸收瞬態沖擊；軟啟動部分用作消除開機浪涌電流；三相交流輸入電源經輸入三相整流、濾波變換成直流，全橋變換電路再將直流變換為高頻交流，高頻交流經主變壓器隔離、全橋整流、濾波轉換成穩定的直流輸出；信號調節、PWM控制電路實現輸出電壓、電流的控制及調節，確保輸出電源的穩定及可調整性；輸出測量、故障保護及微機管理部分負責監測輸出電壓、電流及系統的工作狀況，并將電源的輸出電壓、電流顯示到前面板，實現故障判斷及保護，協調管理模塊的各項操作，并跟系統通信，實現電源模塊的高度智能化。

充電裝置采用N+1 個高頻開關電源模塊并聯工作。模塊數量可按如下公式選擇：

式（1）中In為一臺充電模塊的額定電流，Ij為直流系統經常性負荷，IC10為蓄電池組恒流充電電流，閥控式鉛酸電池為0.1C10。

例如：直流電源系統電壓等級為220V，蓄電池容量為300Ah，經常性負荷為5A（最大經常性負荷不超過7A）。充電電流（0.1C10×300Ah）+最大經常性負荷（約7A）=37A。選用20A 電源模塊2 臺即可滿足負荷需求（N=2），再加一個備用模塊共3個電源模塊并聯即可構成所需系統。

1.2 蓄電池功能介紹

泰州換流站采用的是霍克電池集團的閥控式鉛酸蓄電池，根據各段母線供電容量要求不同，選擇不同容量的蓄電池。

蓄電池結構特點：（1）電解液：電解液吸附于膠質中，上下濃度一致，不會出現分層現象；出廠時沒有游離電解液，因此電池不會漏液，電解液密度為1.24g/m；（2）ABS 外殼：高強度ABS 外殼，一般碰撞或過充情況不會破損變形；（3）安全閥：防火阻燃安全閥有效阻止外部明火點燃內部氣體；（4）銅制極柱：地內阻的銅制極柱確保大電流安全放電而不發熱；（5）管式正極板：管狀壓鑄式正極板合金結構更致密，抗腐蝕能力增強。

1.3 微機絕緣監測儀

絕緣監測儀用于監測直流系統電壓及其絕緣情況，在直流電壓過、欠壓或直流系統絕緣強度降低等異常情況下發出聲光告警，并將對應告警信息發至集中監控器。該裝置監測正負直流母線的對地電壓和絕緣電阻，當正、負直流母線的對地絕緣電阻低于設定的報警值時，自動啟動支路巡檢功能。支路巡檢采用直流有源CT，不需向母線注入信號。每個CT 內含CPU，被檢信號直接在CT 內部轉換為數字信號，由CPU 通過串行口上傳至絕緣監測儀主機。

絕緣監測儀兩種巡檢方式：平衡方式和不平衡方式。可以檢測不同情況下的母線絕緣情況。

2 直流電源系統的主要操作

以500kV 繼保室220V 直流電源系統為例，講述一下不同情況下直流電源系統的操作情況。（見圖）

2.1 A 段直流操作步驟

圖1 500kV 繼保室220V 直流電源系統

（1）依次合上1#交流進線開關（11JL）及2#交流進線開關（12JL），交流配電單元轉換開關轉到互投位置，即箭頭朝下，交流電源就送到了模塊，注: 1#交流進線開關（11JL）及2#交流進線開關（12JL）和交流配電單元都在直流充電屏一屏后安裝；（2）依次合上每個模塊面板上的交流開關，模塊就開啟了；（3）合上1#充電機輸出至I 段母線開關11ZK1，1#充電機輸出1 組蓄電池開關11ZK2 不能合，處于斷開位置，充電機輸出直流電就送到A 段直流母線了；（4）合上1 組蓄電池輸出開關12ZK，即1#充電機給1 組蓄電池充電。

注：這樣合開關就保證I 段母線雙回路供電，當兩路交流掉電了時蓄電池可以無間斷的給I 段母線供電，或者操作1#充電機輸出開關及1 組蓄電池輸出開關中的任何一個開關都能保證母線不掉電。

2.2 當直流充電屏一要停電檢修的操作步驟

（1）先合上3#充電機輸出1 組蓄電池開關31ZK1；（2）斷開#充電機輸出至I 段母線開關11ZK1；（3）斷開1#交流進線開關（11JL）及2# 交流進線開關（12JL），其余的所有開不能進行操作，注：1#交流進線開關（11JL）及2#交流進線開關（12JL）和交流配電單元都在直流充電屏一屏后安裝；（4）直流充電屏一就完全停電，可以檢修了，直流充電屏三完全替代直流充電屏一參與系統運行了。

2.3 當1 組蓄電池要退出檢修操作步驟

（1）在正常運行模式下1 組蓄電池要退出檢修，先合母聯開關ZK；（2）分斷1 組蓄電池輸出開關12ZK 及1#充電機輸出至I 段母線開關11ZK1，即二帶一（2#充電機及2 組蓄電池帶A、B兩段母線運行）；（3）1 組蓄電池就可以進行檢修做蓄電池的核容試驗；（4）1 組蓄電池做核容試驗完成后蓄電池要充電，合上1#充電機輸出1 組蓄電池開關11ZK2，1#充電機輸出至I 段母線開關11ZK1 不能合，即1#充電機充電機單充1 組蓄電池；（5）當1 組蓄電池充滿后，先合上1 組蓄電池輸出開關12ZK；（6）斷開1#充電機輸出1 組蓄電池開關11ZK2，合上1#充電機輸出至I 段母線開關11ZK1；（7）斷開母聯開關ZK，系統恢復到正常運行模式。

3 蓄電池故障排查

以2017 年7 月11 日泰州換流站蓄電池漏液問題說明一下蓄電池故障時的排查情況。

2017 年7 月11 日20 時20 分，泰州換流站OWS 界面A、B多次報EA124/3 組蓄電池故障；EA124/C 段直流系統故障，短時復歸。（見表）

3.1 現場檢查

運行人員檢查直流電源系統總監控屏發現極1 低端220V直流電源系統3 組蓄56 號電池電壓為1.693V 欠壓。

現場檢查蓄電池情況，發現極1 低端3 組56 號蓄電池有漏液情況，已提出缺陷要求更換。

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3.2 進行統一排查

7 月13 日運行人員對泰州換流站7 間蓄電池室進行排查，發現極1 低端蓄電池室23#、50#、56#、57#、101#蓄電池，極1 高端蓄電池室41#、48#、57#、58#、79#、80#、81#、82#、86#、87#蓄電池，極2 低端蓄電池室39#、92#蓄電池，共計17 組單體蓄電池存在不同程度漏液。漏液蓄電池型號均為4OPzV200，閥控式密封鉛酸蓄電池，供貨廠家為Enersys，廠家人員初步判斷為此型號電池生產工藝存在問題，屬于家族性缺陷。蓄電池屬于220V直流電源系統，為泰州站500kV 交流、1000kV 交流、雙極高低端直流控保系統提供直流電源，當直流電源系統充電機故障退出時，蓄電池作為最后的電源為控保系統供電，如果由于蓄電池故障引起控保系統，尤其是雙極高低端直流控保系統下電，將導致特高壓直流系統閉鎖。所以蓄電池的質量至關重要。因此，對該批次型號為4OPzV200 有工藝問題的蓄電池，運行人員要求進行統一更換。

4 結論

泰州換流站的220V 直流電源系統為直流控保提供電源支持，直流電源系統的穩定運行決定著直流輸電系統的穩定運行，作為運行人員不僅需要了解直流電源系統各個設備的使用方法，還要掌握直流電源系統的操作要領，另外，故障的排查與處理也是作為運行人員必須掌握的。