淺談變電站直流屏內(nèi)的充電模塊常見問題分析

徐學(xué)帥　胡勇　蘇煜　熊曉川　王輝春

摘要：電力的發(fā)展為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展提供了有力支撐，變電站是電力行業(yè)的重要組成部分，必須加強(qiáng)對(duì)其的研究探究。隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)變電站已發(fā)展為無人值守變電站，自動(dòng)化程度顯著提升，為了確保其能正常運(yùn)營，這也對(duì)其直流系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性提出了新的更高的要求。本文著重就其直流屏內(nèi)充電模塊展開研究，本文問題導(dǎo)向，提出合理化解決建議和預(yù)判裝置研發(fā)建議。

關(guān)鍵詞：變電站;直流屏內(nèi);充電模塊;常見問題

引言

變電站直流屏內(nèi)的充電模塊是后備直流電源系統(tǒng)的重要組成部分，采用N+1冗余并聯(lián)工作，連續(xù)運(yùn)行，除了提供充電電源，還負(fù)責(zé)常態(tài)負(fù)荷，工作狀態(tài)復(fù)雜，參數(shù)要求苛刻，加之投運(yùn)時(shí)間長短不一，廠家不同，散熱方式有風(fēng)冷、自冷，故而整個(gè)電源系統(tǒng)及單體模塊是否正常，是保證二次系統(tǒng)安全的重要保障，目前常規(guī)手段僅僅是測(cè)量系統(tǒng)常規(guī)的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度、紋波等等，無法預(yù)測(cè)充電模塊的遠(yuǎn)期故障或性能，而進(jìn)行提前維護(hù)、檢修、更換，一旦發(fā)現(xiàn)故障只好廠家應(yīng)急處理，必然有不短的周期造成系統(tǒng)冗余不足甚至失電，給電力系統(tǒng)造成一定的損失。

一、變電站直流系統(tǒng)介紹

變電站直流系統(tǒng)充電模塊的作用是將交流電整流為直流電，所以其穩(wěn)定性可靠性對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)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(tǒng)的能量來源主要來自于交流系統(tǒng)，所以要確保直流的穩(wěn)定，必須首先確保交流的穩(wěn)定。變電站使用直流系統(tǒng)主要有四個(gè)方面的比較優(yōu)勢(shì)：一是具有較好的電壓穩(wěn)定性;二是直流系統(tǒng)的輸入除了二路交流外，還有蓄電池組提供，穩(wěn)定性可靠性較好;三是如果使用交流電源，如果發(fā)生短路故障，電壓會(huì)降低，電壓降低則斷路器不發(fā)揮作用，易引發(fā)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(tǒng)組成模塊介紹

（一）充電模塊

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

（二）監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)主要發(fā)揮著管理和控制的作用，主要任務(wù)：一是對(duì)蓄電池和功能單元實(shí)施長期監(jiān)測(cè)，獲取各種運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并以此為基礎(chǔ)依據(jù)實(shí)施監(jiān)控;二是實(shí)現(xiàn)電源的全自動(dòng)控制，確保安全連續(xù)性。監(jiān)控系統(tǒng)主要區(qū)分為觸摸和按鍵兩種類型，在人機(jī)界面可以提供運(yùn)行參數(shù)。

（三）絕緣監(jiān)測(cè)單元

顧名思義，這是一種監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)絕緣情況的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要通過對(duì)地漏電阻的數(shù)據(jù)采集實(shí)施監(jiān)控，數(shù)值可以具體情況具體確定，當(dāng)數(shù)據(jù)值降低到設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。目前監(jiān)測(cè)單元主要區(qū)分為支路絕緣監(jiān)測(cè)和母線絕緣監(jiān)測(cè)兩種。

以上介紹的是變電站直流系統(tǒng)組成的三個(gè)主要模塊，除此之外，變電站直流系統(tǒng)還包括電池巡檢單元、開關(guān)量檢測(cè)單元、降壓單元、配電單元等等，它們?cè)谧冸娬局绷飨到y(tǒng)中也都發(fā)揮著各自的無可替代的作用。

三、變電站直流屏內(nèi)充電模塊常見問題

總所周知，變電站直流系統(tǒng)包含很多方面，在具體運(yùn)行過程中，如果充電模塊發(fā)生了故障，維護(hù)人員首先必須進(jìn)行停機(jī)操作，然后進(jìn)行充電硬件設(shè)備的檢查檢測(cè)，確認(rèn)是否是硬件帶來的故障，在確認(rèn)不是硬件問題后，要進(jìn)行相關(guān)電壓電流的測(cè)試，環(huán)境溫度的測(cè)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(tǒng)充電模塊保護(hù)

直流系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)充電模塊保護(hù)現(xiàn)象較為常見，分析其發(fā)生主要原因：一是充電設(shè)施的欠壓或過壓，也有可能是環(huán)境溫度過高造成，這些都有可能造成充電模塊出現(xiàn)充電停滯情況，也極大影響了電池的安全穩(wěn)定。

（二）輸電壓過高導(dǎo)致發(fā)生故障

分析直流系統(tǒng)發(fā)生故障情況，主要區(qū)分為兩大類：一類是直流系統(tǒng)硬件組成部分發(fā)生故障;另一類是相關(guān)參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)偏差。這兩類問題均會(huì)影響直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，造成運(yùn)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(dǎo)致模塊發(fā)生故障。要有效解決這一故障，必須首先進(jìn)行停機(jī)，然后進(jìn)行相關(guān)輸出指針的檢測(cè)，并進(jìn)行輸出指針的調(diào)整。如果檢測(cè)是硬件出現(xiàn)問題，則需要采取維修或更換的方式進(jìn)行處置，最終確保電池壽命符合要求。以某發(fā)電廠2005年發(fā)生的故障為案例，根據(jù)電廠記錄，該電廠的直流系統(tǒng)一直較為穩(wěn)定，設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性都很強(qiáng)，近年來電廠也進(jìn)行了相關(guān)設(shè)備的更新?lián)Q代，從理論上來說不應(yīng)該發(fā)生此類問題。但實(shí)際情況是，該電廠啟動(dòng)全部應(yīng)急電源后，發(fā)生了充電模塊被燒壞的情形，這對(duì)主機(jī)安全運(yùn)行是一個(gè)極大的安全隱患。根據(jù)調(diào)查情況分析，主要有以下幾點(diǎn)原因：一是外部的負(fù)載不匹配，造成模塊的過負(fù)荷，這是這一情況發(fā)生的主因。直流油泵和蓄電池是高頻開關(guān)的主要負(fù)載，其總輸出電流接近300A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流200A，開關(guān)處于嚴(yán)重首先的負(fù)載狀態(tài)，造成內(nèi)部的參數(shù)也出現(xiàn)了偏差，參數(shù)偏差較大的被燒壞，具體如圖2所示。二是具體連接點(diǎn)出現(xiàn)了氧化。

（三）模塊不均流而發(fā)生故障

充電模塊的不均流對(duì)于充電模塊安全性會(huì)造成極大傷害，嚴(yán)重的甚至?xí)绊戨姵厥褂脡勖?，究其原因主要：一是均流線的連接質(zhì)量不過關(guān);二是均流線未正確連接。在實(shí)際工作實(shí)踐中，修理維護(hù)人員要針對(duì)這種情況進(jìn)行均流線的加固連接，并以此來提升均流效果。

（四）通訊系統(tǒng)發(fā)生故障

通訊中斷也是充電模塊常見的問題之一，會(huì)給設(shè)備安全帶來一定的隱患。在實(shí)際作業(yè)過程中，對(duì)于此故障的處置：一是要實(shí)施科學(xué)的參數(shù)檢測(cè);二是要對(duì)充電模塊實(shí)施接地檢測(cè);三是要對(duì)模塊荷載情況實(shí)施檢測(cè)。對(duì)于此類問題要實(shí)施故障的排查，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行重新校準(zhǔn)設(shè)定，實(shí)施接地連接，優(yōu)化運(yùn)行荷載，確保充電模塊的通訊質(zhì)效。

（五）半載輸出發(fā)生故障

充電模塊在變電站中屬于二級(jí)設(shè)備，上一級(jí)設(shè)備發(fā)生故障同樣會(huì)導(dǎo)致充電模塊發(fā)生故障，最為常見的故障就是缺相輸出保護(hù)，這一情形的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致輸出電壓不足，造成設(shè)備的低壓損壞，非常不利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。處置方法：首先進(jìn)行一級(jí)設(shè)備的檢修，確保一級(jí)設(shè)備故障的排除;二是要確保三相電的完整性;最后實(shí)施再次開機(jī)，達(dá)到解除半載輸出故障之目的。

（六）充電模塊欠壓而發(fā)生故障

充電模塊不僅僅在電壓輸出過載時(shí)會(huì)發(fā)生故障，在實(shí)際運(yùn)行過程中達(dá)不到設(shè)定電壓也會(huì)出現(xiàn)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(shù)的具體設(shè)置問題?；诖祟惉F(xiàn)象分析，充電模塊電壓輸出無法達(dá)到設(shè)定電壓時(shí)，維護(hù)人員一是必須進(jìn)行輸出電壓參數(shù)設(shè)定現(xiàn)狀的檢修維護(hù)，以此確保輸出參數(shù)設(shè)定的準(zhǔn)確性。爾后針對(duì)電壓檢測(cè)裝置實(shí)施檢修，并做出針對(duì)性的處理，根據(jù)檢測(cè)中出現(xiàn)的具體問題，或?qū)嵤z測(cè)裝置的更換，或?qū)嵤┭b置的更換，以此確保電壓輸出的合格性。

四、直流屏內(nèi)充電模塊問題處理裝置的研究應(yīng)用

應(yīng)對(duì)這一重大隱患，急需一種在系統(tǒng)正常運(yùn)行不停電條件下，能夠快速對(duì)充電模塊狀態(tài)進(jìn)行快速早期預(yù)判，消除隱患，提供更換依據(jù)，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。具體來說必須達(dá)到以下指標(biāo)要求：

1.該系統(tǒng)是一套直流屏高頻整流電源故障預(yù)判裝置，利用無線寬頻譜接收系統(tǒng)分析充電模塊主振頻率、穩(wěn)定性、諧波分量以及主開關(guān)管脈沖電流信號(hào)，預(yù)判模塊工作的狀態(tài);

2.該系統(tǒng)搭載多重傅里葉濾波網(wǎng)絡(luò)，可以分析直流母線交流分量占比、特性、數(shù)值，預(yù)判模塊工作的狀態(tài);

3.該系統(tǒng)具有完善的電器隔離系統(tǒng)，能夠保證裝置的采樣準(zhǔn)確可靠而不影響主回路的電氣絕緣要求;

4. 該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)置單片機(jī)系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能對(duì)多套直流屏高頻整流電源建模，方便參數(shù)處理、對(duì)比，對(duì)維護(hù)提出科學(xué)、定量的數(shù)據(jù);

5.該系統(tǒng)安全穩(wěn)定，能確保作業(yè)人員及運(yùn)行設(shè)備安全和節(jié)約，同時(shí)具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，便攜性好，操作簡單、連接方便、數(shù)據(jù)處理迅速。

五、結(jié)語

綜上所述，本文從問題為切入點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)直流屏高頻整流電源故障預(yù)判的目的，主要是為了防止模塊帶缺陷運(yùn)行，給維護(hù)、檢修、更換提供合理時(shí)間，減少系統(tǒng)失電風(fēng)險(xiǎn)，從而更好的解決以往需停電才能檢測(cè)模塊的缺憾，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，快速報(bào)告預(yù)判結(jié)果，不影響系統(tǒng)運(yùn)行，安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]張琴，洪善寧，吉宏浩.變電站直流系統(tǒng)的充電模塊運(yùn)行維護(hù)常見故障分析及處理方法[J].內(nèi)江科技，2018，10：35.

[2] 田菁，嚴(yán)宵.變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)[J].科學(xué)咨詢，2017，11：39-41.

[3] 代建國.某發(fā)電廠直流系統(tǒng)蓄電池充電模塊故障分析及改進(jìn)[J].機(jī)電技術(shù)，2019，04：43-44.

作者簡介：徐學(xué)帥，男，工程師，繼電保護(hù)技師，本科，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司普洱供電局，繼電保護(hù)一班班長，從事繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)管理工作。