錢永亮

摘要：國民經(jīng)濟的發(fā)展離不開電力的強力支撐，近年來，工業(yè)化的發(fā)展對于電力的需求越來越大，越來越需要高品質(zhì)、高穩(wěn)定性的電能，變電站作為電力系統(tǒng)中的重要一環(huán)，具有著不可替代的作用。在這一過程中，變電站直流系統(tǒng)發(fā)揮著舉足輕重的關(guān)鍵作用，但在實際工作過程中，直流系統(tǒng)也常會發(fā)生這樣那樣的問題，本文著重以此課題作為研究重點，提出科學合理的解決舉措，希望能給相關(guān)專業(yè)人士以參考。

關(guān)鍵詞：變電站;直流系統(tǒng);故障分析

引言

變電站直流系統(tǒng)為變電站提供測控、安全保護等，是電力系統(tǒng)保護和控制的支撐。變電站直流屏內(nèi)的高頻整流電源及模塊是后備直流電源系統(tǒng)的重要組成部分，其采用N+1冗余并聯(lián)工作，連續(xù)運行，除了提供充電電源，還負責常態(tài)負荷，工作狀態(tài)復雜，參數(shù)要求苛刻，加之投運時間長短不一，均流方式廠家不同，散熱方式有風冷、自冷，故而整個電源系統(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)手段僅僅是測量系統(tǒng)常規(guī)的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度、紋波等等，無法預測高頻整流電源及模塊的遠期故障或性能，故無法提前實施維護、檢修和更換，一旦發(fā)現(xiàn)故障只好廠家應急處理，這其中必然會出現(xiàn)不短的周期造成系統(tǒng)冗余不足甚至失電，為應對這一重大隱患，急需一種在系統(tǒng)正常運行不停電條件下，能夠快速對高頻整流電源及模塊狀態(tài)進行快速早期預判。

一、變電站直流系統(tǒng)介紹

變電站直流系統(tǒng)的作用是將交流電整流為直流電，所以其穩(wěn)定性可靠性對于整個電力系統(tǒng)具有著舉足輕重的作用。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)主要有四個方面的比較優(yōu)勢：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)故障分析

（一）直流電源出現(xiàn)失壓情形

直流電源是維持電路穩(wěn)定性的關(guān)鍵裝置，在工作實踐中出現(xiàn)失壓情形，會導致控制回路和監(jiān)控出現(xiàn)重大問題，一些設備會出現(xiàn)拒動等情形，影響正常工作，影響電力質(zhì)量。失壓情形還會導致繼電器的失磁，發(fā)生電路跳閘現(xiàn)象。一般情形下，220kV變電站如果出現(xiàn)故障，基本均是由于失磁導致。失磁的發(fā)生主要源于以下三點原因：一是對于短引線保護沒有實施獨立的退壓板設計，與主保護一起使用出口壓板，這一情形在短時間內(nèi)也許不會出現(xiàn)故障問題，但長此以往則會出現(xiàn)失壓情況。二是短引線設定額低于標準設定值，導致電路負荷電流超出設定極限。三是短線保護回路設計不夠科學合理，電源失壓導致跳閘情況出現(xiàn)。

（二）直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地情形

在所有故障中，接地情形是危害最大的，也是最為常見的，需要引起高度重視。其破壞性對于整個變電站系統(tǒng)功能產(chǎn)的影響是巨大的，程度較輕的會發(fā)生遙信量誤送，嚴重程度較重的則可能發(fā)生開關(guān)拒動和誤跳。分析其中主要原因：主要是控制電纜、信號對地絕緣降低、直流電纜對地分布電容影響、蓄電池對地絕緣降低、雙配置直流系統(tǒng)正負串接、交流電串入直流系統(tǒng)等。變電站直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，運維人員可以通過直流絕緣監(jiān)測裝置的選線功能，配合拉路選線法，并結(jié)合運維經(jīng)驗快速查找接地點。在變電站實際運行過程中，接地一般不會立刻產(chǎn)生電流短路，但監(jiān)視系統(tǒng)也會發(fā)出相應警報，值守人員發(fā)現(xiàn)故障后，可以及時處置。如果實際運行過程中，線路的另外一端同時出現(xiàn)接地故障，則系統(tǒng)的短路問題會立即發(fā)生，導致熔斷器熔斷，整個電路失去電源支撐而發(fā)生事故。此類事故類型一般區(qū)分為兩種：一種是正極兩點接地，繼電保護和斷路器發(fā)出錯誤判斷，導致繼電器線圈勵磁、合閘線發(fā)生故障，具體如圖1所示。另一種是負極兩地接地，二次回路產(chǎn)生，繼電器發(fā)生短接，導致跳閘越級，事故嚴重性進一步加大。在同時接地狀態(tài)下，線圈出現(xiàn)短接會失去作用，回路短路電流會立即產(chǎn)生，電源保險發(fā)生熔斷，保護電源失效，具體如圖2所示。

三、系統(tǒng)故障原因分析

（一）施工和設計產(chǎn)生問題

由于施工和設計的遺留問題，導致一些線路兩端直流混接，也有可能施工人員出現(xiàn)兩端直流混接情形，由于設計施工的不科學，不能按照國家規(guī)定的國標進行施工，比如直流回路出現(xiàn)裸線情形以及出現(xiàn)線頭接觸柜體情形。這些問題均要求施工維護人員在維護檢修時，不能粗心大意，否則會導致線路短路或接地情形。

（二）材料出現(xiàn)老化

這種情況在偏遠地區(qū)農(nóng)村較為多見，這些地區(qū)由于變電站使用年限較久，運行時間過長，變電站上的一些絕緣線路會相繼出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導致出現(xiàn)直流系統(tǒng)故障，如果是電纜和接線端子的絕緣線出現(xiàn)老化，則會導致短路和接地的幾率大大增加。除此之外，也有可能變電站一些部件在出廠時就達不到國家規(guī)定的標準要求，導致線路絕緣性較低而發(fā)生過電燒傷，絕緣線的破損程度進一步加大。

（三）輸電壓過高導致發(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)設置出現(xiàn)偏差。這兩類問題均會影響直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，造成運行異常。介于此，必須高度重視充電模塊中輸出電壓過高而導致模塊發(fā)生故障。要有效解決這一故障，必須首先進行停機，然后進行相關(guān)輸出指針的檢測，并進行輸出指針的調(diào)整。如果檢測是硬件出現(xiàn)問題，則需要采取維修或更換的方式進行處置，最終確保電池壽命符合要求。以某發(fā)電廠2015年發(fā)生的故障為案例，根據(jù)調(diào)查情況分析，主要有以下幾點原因：一是外部的負載不匹配，造成模塊的過負荷，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)的主要負載，其總輸出電流接近300A，遠遠大于額定電流200A，開關(guān)處于嚴重首先的負載狀態(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。二是具體連接點出現(xiàn)了氧化。

四、直流系統(tǒng)故障的預防

（一）直流系統(tǒng)故障預防需解決的問題

主要需要著力解決以下問題：一是實現(xiàn)直流屏高頻整流電源故障預判的目的，防止模塊帶缺陷運行，給維護、檢修、更換提供合理時間，減少系統(tǒng)失電風險;二是.解決以往需停電才能檢測模塊的缺憾，在線實時檢測，快速報告預判結(jié)果，不影響系統(tǒng)運行，安全可靠。三是進一步豐富直流系統(tǒng)維護內(nèi)容和參數(shù)，對于進一步重點監(jiān)護提供定量依據(jù)。

（二）直流系統(tǒng)故障預防關(guān)鍵點分析

在實際實踐過程中，主要關(guān)鍵點主要有以下六點：一是構(gòu)建無線寬頻譜接收系統(tǒng)，其功能主要是分析高頻整流電源主振頻率、穩(wěn)定性、諧波分量以及主開關(guān)管脈沖電流信號，預判模塊工作的狀態(tài)。二是單片機實現(xiàn)多重傅里葉濾波網(wǎng)絡，分析直流母線交流分量占比、特性、數(shù)值，預判模塊工作的狀態(tài)。三是進一步完善的電器隔離系統(tǒng)，保證裝置的采樣準確可靠而不影響主回路的電氣絕緣要求，并具備完善的自保護功能。四是內(nèi)置單片機系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能對多套直流屏高頻整流電源建模，方便參數(shù)處理、對比，對維護提出科學、定量的數(shù)據(jù)。五是實現(xiàn)智能整合諸參數(shù)，直觀的輸出報警顯示界面，便于現(xiàn)場人員快速判別。六是連接件體積小，重量輕，便于攜帶，兼容性好，適用于各廠家規(guī)格、型號直流屏柜，功能實用，造價低，操作簡單。

（三）進一步嚴格控制設計和施工

由于直流系統(tǒng)工作的范圍較為廣泛，其工作環(huán)境也涉及到較多的線路和外接設備，從運行實踐來看，必須要嚴格直流系統(tǒng)相關(guān)部件的嚴格設計和施工，以此來降低直流系統(tǒng)故障出現(xiàn)的頻率，盡可能避免故障發(fā)生。設計施工中要注意避免出現(xiàn)交直流混接以及兩段直流混接的情況，要保持交流繼電器、直流回路繼電器和接觸器等設備之間的間距，避免在電壓切換時，直流回路與交流回路產(chǎn)生連通而導致短路。在施工結(jié)束后，要按照施工步驟實施嚴格認真的結(jié)尾竣工檢查，以此確保所有設備安裝施工符合國家規(guī)定要求，對接正常無誤。

五、結(jié)語

綜上所述，本文以問題為切入點，對變電站直流系統(tǒng)一般常見問題進行了闡述，并提出了解決舉措。目的是為了實現(xiàn)直流屏高頻整流電源故障的預判，防止模塊帶缺陷運行，給維護、檢修、更換提供合理時間，減少系統(tǒng)失電風險，從而更好的解決以往需停電才能檢測維修的缺憾，實現(xiàn)在線實時檢測，快速報告預判結(jié)果，不影響系統(tǒng)運行，安全可靠。

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