劉冬梅，李 博

國(guó)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(wú)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(hù)、照明正常工作的動(dòng)力中心。它以蓄電池為儲(chǔ)能元件，以充電機(jī)為能量變換器件，通過饋線分配向不同的負(fù)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(jī)向蓄電池充電，同時(shí)向負(fù)載提供電源。當(dāng)交流失電或直流系統(tǒng)故障時(shí)，由蓄電池組向負(fù)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(hù)、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(xiǎn)。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(gè)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(diǎn)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(yùn)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(fù)荷的正常運(yùn)行，尤其是目前廣泛采用微機(jī)型保護(hù)和安全自動(dòng)裝置。所謂絕緣監(jiān)察設(shè)備，實(shí)際上就是指對(duì)直流系統(tǒng)正極、負(fù)極電源絕緣情況進(jìn)行監(jiān)察的一種裝置和設(shè)備。當(dāng)直流絕緣明顯下降時(shí)，會(huì)被檢測(cè)出來，某極對(duì)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(hào)。

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(yùn)用，直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中也暴露了一些問題，可能會(huì)對(duì)變電站的一些設(shè)備造成影響。

2.1 蓄電池的維護(hù)問題

蓄電池的失效現(xiàn)象在變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中時(shí)有發(fā)生，有可能造成整個(gè)電池組的損壞，嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。出現(xiàn)這個(gè)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(gè)體差異、產(chǎn)家種類多、維護(hù)方法不正確、經(jīng)驗(yàn)不足等等。在蓄電池運(yùn)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(dāng)其輸出電壓降低到零后，電池中的大量硫酸鉛會(huì)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(shí)，在硫酸鉛形成過程中，會(huì)對(duì)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?；诖耍蛩猁}在電池陰極板上的吸附量越多，則電池自身的內(nèi)阻就會(huì)越大，此時(shí)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(duì)對(duì)電池的應(yīng)用壽命也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。實(shí)踐中可以看到，當(dāng)前多數(shù)蓄電池均處于一種長(zhǎng)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(jì)數(shù)據(jù)顯示，電池長(zhǎng)期處于這種不合理狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致蓄電池自身的陽(yáng)極極板出現(xiàn)嚴(yán)重鈍化現(xiàn)象，蓄電池內(nèi)阻會(huì)隨之急劇增大，從而導(dǎo)致蓄電池自身的容量偏離標(biāo)準(zhǔn)容量，蓄電池自身所能提供的后備供電時(shí)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?yàn)樵谛铍姵厣a(chǎn)過程中制造精度的離散型使得某些電池產(chǎn)生個(gè)體差異，并且有可能由于充電電壓和電流控制不當(dāng)，在充電后期，會(huì)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(huì)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(zhǎng)期存在，會(huì)導(dǎo)致蓄電池出現(xiàn)長(zhǎng)期欠壓或過充電，嚴(yán)重影響蓄電池壽命，極端情況下將導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)或告警信號(hào)誤發(fā)；

2）無(wú)人值守情況下，單個(gè)充電模塊故障不能發(fā)出告警信號(hào)，影響故障處理甚至危及直流系統(tǒng)的安全運(yùn)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(huì)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(bào)警，而對(duì)指路報(bào)警沒有指示作用，仍需要用支路斷電查找接地點(diǎn)。絕緣監(jiān)察裝置主要問題有插件損壞、燒毀、整個(gè)裝置出現(xiàn)死機(jī)。當(dāng)絕緣監(jiān)察裝置死機(jī)后，會(huì)導(dǎo)致同一母線下的多支路電源饋線同時(shí)電壓下降但卻無(wú)法出現(xiàn)正確報(bào)警，進(jìn)而威脅整個(gè)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(cè)原理，構(gòu)成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，無(wú)法形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)κУ厍闆r進(jìn)行報(bào)警，但無(wú)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(jì)成本，但實(shí)際上會(huì)產(chǎn)生一些問題：環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)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(jí)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(diǎn)。

2.5 上下級(jí)配合的問題

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

3 改善直流系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的對(duì)策

1）加強(qiáng)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(duì)蓄電池進(jìn)行放電試驗(yàn)，保證蓄電池的質(zhì)量，盡量排除蓄電池的個(gè)體性差異。

2）應(yīng)對(duì)充電設(shè)備進(jìn)行全面的檢查：尤其是各種計(jì)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(wú)異常運(yùn)行噪聲，絕緣狀態(tài)是否良好，各保護(hù)信號(hào)是否正常。交流電源中斷情況下，為確?？刂颇妇€電壓值的穩(wěn)定，蓄電池組將不間斷地向直流母線供電。當(dāng)蓄電池組中的額定量放出容量超過20%時(shí)，在其恢復(fù)交流電源正常供電以后，應(yīng)當(dāng)采取手動(dòng)、自動(dòng)等啟動(dòng)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(duì)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(duì)蓄電池組充電。

3）實(shí)踐中可以看到，直流系統(tǒng)自身的絕緣性能可能會(huì)對(duì)直流系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，甚至?xí)?duì)變電所自身的安全可靠性產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)變電所因絕緣降低而導(dǎo)致接地極發(fā)生短路現(xiàn)象時(shí)，其后果更為嚴(yán)重。實(shí)踐中，為確保該系統(tǒng)的安全運(yùn)行，以免出現(xiàn)直流絕緣性能下降等現(xiàn)象。實(shí)際操作過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)直流系統(tǒng)的二次設(shè)備絕緣性能進(jìn)行嚴(yán)格控制；盡可能地將其他設(shè)備用直流和保護(hù)、斷路器控制用直流分開；戶外端子箱以及操作機(jī)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(hù)屏；要經(jīng)常性地對(duì)直流系統(tǒng)的絕緣水平進(jìn)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(duì)于直流電路中的空開熔絲上下級(jí)配型問題要有嚴(yán)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(gè)體差異出現(xiàn)的上下級(jí)無(wú)法配型。并且每年進(jìn)行一次空開普查核對(duì)工作，確保空開選配合理。

最后，要規(guī)范變電站直流系統(tǒng)的運(yùn)維管理，結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)編寫現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(guó)家電網(wǎng)公司人力資源部.直流設(shè)備檢修.