變電站直流系統(tǒng)運行現(xiàn)狀及存在問題分析

劉冬梅，李 博

國網(wǎng)福州供電公司，福建福州 350001

1 變電站直流系統(tǒng)概述

無論是在電廠或變電站，直流系統(tǒng)是非常重要的能源供給系統(tǒng)，它是保障通訊、調(diào)度、控制、保護、照明正常工作的動力中心。它以蓄電池為儲能元件，以充電機為能量變換器件，通過饋線分配向不同的負載提供電源。變電站直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

在有市電的情況下，交流電源通過充電機向蓄電池充電，同時向負載提供電源。當交流失電或直流系統(tǒng)故障時，由蓄電池組向負載持續(xù)提供電源。

一旦直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致變電站失電，所有通訊、調(diào)度、控制、保護、照明將停止工作，變電站將面臨癱瘓，并面臨發(fā)生重大事故，造成重大損失的風(fēng)險。直流電源是變電站的心臟；電池是電源的最后屏障。

圖1 變電站直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

高頻開關(guān)開關(guān)電源整流模塊（充電裝置）是一個能量轉(zhuǎn)換器，作為電源的功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，其特點是頻率高、功耗低、工作效率高、體積小、輸入范圍寬，通過閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，使輸出電壓保持穩(wěn)定。充電裝置是直接影響蓄電池運行穩(wěn)定性和使用壽命的重要因素，要求充電裝置具有較好的波紋系數(shù)、穩(wěn)流精度和穩(wěn)壓精度。正常蓄電池為浮充狀態(tài)，充電裝置輸出電壓略高于蓄電池端電壓，蓄電池有很平的外特性，如果充電裝置輸出電壓波紋系數(shù)高、電壓不穩(wěn)，將影響直流負荷的正常運行，尤其是目前廣泛采用微機型保護和安全自動裝置。所謂絕緣監(jiān)察設(shè)備，實際上就是指對直流系統(tǒng)正極、負極電源絕緣情況進行監(jiān)察的一種裝置和設(shè)備。當直流絕緣明顯下降時，會被檢測出來，某極對地電阻上升到預(yù)設(shè)值以后，絕緣監(jiān)察設(shè)備發(fā)出預(yù)警信號。

2 變電站直流系統(tǒng)問題分析

隨著直流系統(tǒng)在變電站的普遍運用，直流系統(tǒng)運行過程中也暴露了一些問題，可能會對變電站的一些設(shè)備造成影響。

2.1 蓄電池的維護問題

蓄電池的失效現(xiàn)象在變電站直流系統(tǒng)運行過程中時有發(fā)生，有可能造成整個電池組的損壞，嚴重影響到電網(wǎng)的安全運行。出現(xiàn)這個問題的主要原因包括了蓄電池結(jié)構(gòu)不同，并且電池組中存在著電池的個體差異、產(chǎn)家種類多、維護方法不正確、經(jīng)驗不足等等。在蓄電池運行中發(fā)現(xiàn)的主要問題有：

1）爬堿爬酸現(xiàn)象的出現(xiàn)。蓄電池放電過程中，當其輸出電壓降低到零后，電池中的大量硫酸鉛會被吸付在電池陰極的表面位置，從而形成陰極硫酸鹽化現(xiàn)象。同時，在硫酸鉛形成過程中，會對電池自身的充電與放電產(chǎn)生一定的不利影響，本身就是絕緣體?；诖?，硫酸鹽在電池陰極板上的吸附量越多，則電池自身的內(nèi)阻就會越大，此時電池充電與放電性能也隨之降低，影響電池的應(yīng)用壽命；

2）浮充電狀態(tài)對對電池的應(yīng)用壽命也會產(chǎn)生一定的影響。實踐中可以看到，當前多數(shù)蓄電池均處于一種長期只充電，而不放電狀態(tài)，即浮充電狀態(tài)，這種工作狀態(tài)非常不合理。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，電池長期處于這種不合理狀態(tài)，會導(dǎo)致蓄電池自身的陽極極板出現(xiàn)嚴重鈍化現(xiàn)象，蓄電池內(nèi)阻會隨之急劇增大，從而導(dǎo)致蓄電池自身的容量偏離標準容量，蓄電池自身所能提供的后備供電時間和本身的使用壽命，也隨之減少；

3）蓄電池出現(xiàn)少數(shù)的單體失效，并且出現(xiàn)漏液、電池鼓肚的現(xiàn)象。這主要是因為在蓄電池生產(chǎn)過程中制造精度的離散型使得某些電池產(chǎn)生個體差異，并且有可能由于充電電壓和電流控制不當，在充電后期，會出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象。如果電池內(nèi)部熱量產(chǎn)生的速率超過了其在一定環(huán)境條件下的散熱能力，電池的溫度將會持續(xù)上升，致使電池的塑料外殼變軟，最后導(dǎo)致外殼破裂或融化。

2.2 充電裝置中的問題

1）模塊的穩(wěn)壓、穩(wěn)流紋精度、紋波系數(shù)不滿足要求。這種情況長期存在，會導(dǎo)致蓄電池出現(xiàn)長期欠壓或過充電，嚴重影響蓄電池壽命，極端情況下將導(dǎo)致繼電保護裝置誤動或告警信號誤發(fā)；

2）無人值守情況下，單個充電模塊故障不能發(fā)出告警信號，影響故障處理甚至危及直流系統(tǒng)的安全運行。

2.3 絕緣監(jiān)察裝置存在的問題

最初的絕緣監(jiān)察裝置會受到直流系統(tǒng)的接線方式的影響，起到的絕緣警告作用并不明顯，僅支持母線報警，而對指路報警沒有指示作用，仍需要用支路斷電查找接地點。絕緣監(jiān)察裝置主要問題有插件損壞、燒毀、整個裝置出現(xiàn)死機。當絕緣監(jiān)察裝置死機后，會導(dǎo)致同一母線下的多支路電源饋線同時電壓下降但卻無法出現(xiàn)正確報警，進而威脅整個電網(wǎng)的用電安全。不少絕緣監(jiān)察裝置采用的輻射型檢測原理，構(gòu)成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，無法形成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)κУ厍闆r進行報警，但無法反應(yīng)正確選線的問題。

2.4 直流系統(tǒng)接線問題

直流系統(tǒng)的饋電網(wǎng)絡(luò)有環(huán)形供電和輻射供電兩種方式，環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)雖然能夠一定程度上節(jié)約設(shè)計成本，但實際上會產(chǎn)生一些問題：環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)電容耦合和感應(yīng)耦合的干擾問題；空開熔絲出現(xiàn)上下級難以配合問題；造成絕緣監(jiān)察和查找失地的困難，不利于查找故障點。

2.5 上下級配合的問題

在直流回路中，空開熔絲上下級配合問題也比較突出，空氣開關(guān)以及熔斷器都是保護直流系統(tǒng)電路安全的，如果配型不當，則會使得直流系統(tǒng)的斷路器不能夠及時切斷故障，以致越級跳閘，擴大故障范圍。

3 改善直流系統(tǒng)運行質(zhì)量的對策

1）加強加快變電站的電源改造工作，確保充電裝置的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)等滿足規(guī)程要求。定期對蓄電池進行放電試驗，保證蓄電池的質(zhì)量，盡量排除蓄電池的個體性差異。

2）應(yīng)對充電設(shè)備進行全面的檢查：尤其是各種計量表的顯示情況，交流、直流輸入電壓以及直流輸出電流，有無異常運行噪聲，絕緣狀態(tài)是否良好，各保護信號是否正常。交流電源中斷情況下，為確保控制母線電壓值的穩(wěn)定，蓄電池組將不間斷地向直流母線供電。當蓄電池組中的額定量放出容量超過20%時，在其恢復(fù)交流電源正常供電以后，應(yīng)當采取手動、自動等啟動方式，將充電設(shè)備打開，根據(jù)出廠之規(guī)定和操作要求，對蓄電池組正常充電即可；或者按照恒流限壓、恒壓充電以及浮充電方式，對蓄電池組充電。

3）實踐中可以看到，直流系統(tǒng)自身的絕緣性能可能會對直流系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，甚至?xí)ψ冸娝陨淼陌踩煽啃援a(chǎn)生一定的影響。當變電所因絕緣降低而導(dǎo)致接地極發(fā)生短路現(xiàn)象時，其后果更為嚴重。實踐中，為確保該系統(tǒng)的安全運行，以免出現(xiàn)直流絕緣性能下降等現(xiàn)象。實際操作過程中，應(yīng)當對直流系統(tǒng)的二次設(shè)備絕緣性能進行嚴格控制；盡可能地將其他設(shè)備用直流和保護、斷路器控制用直流分開；戶外端子箱以及操作機構(gòu)等，應(yīng)采用有效的防塵、密封、防水、防潮的結(jié)構(gòu)；將前后帶門的封閉式結(jié)構(gòu)用于主控室內(nèi)的控制、保護屏；要經(jīng)常性地對直流系統(tǒng)的絕緣水平進行監(jiān)視；戶外電纜溝及電纜隧道要有良好的排水設(shè)施。

4）對于直流電路中的空開熔絲上下級配型問題要有嚴格的配合整定。不同類型的空開斷開特性不同，應(yīng)注意整理配合選型的統(tǒng)一，避免因個體差異出現(xiàn)的上下級無法配型。并且每年進行一次空開普查核對工作，確?？臻_選配合理。

最后，要規(guī)范變電站直流系統(tǒng)的運維管理，結(jié)合設(shè)備特點編寫現(xiàn)場運行規(guī)程，建立完善的直流系統(tǒng)管理制度，規(guī)范作業(yè)流程，做好技術(shù)培訓(xùn)，提高工作人員的技能水平。

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[4]馬立方.變電站直流系統(tǒng)故障分析與處理[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011(15).

[5]國家電網(wǎng)公司人力資源部.直流設(shè)備檢修.