徐學帥　胡勇　蘇煜　熊曉川　王輝春

摘要：電力的發(fā)展為我國經(jīng)濟建設發(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，必須加強對其的研究探究。隨著以計算機技術為代表的信息技術和自動化技術的發(fā)展，大多數(shù)變電站已發(fā)展為無人值守變電站，自動化程度顯著提升，為了確保其能正常運營，這也對其直流系統(tǒng)運行的穩(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，本文問題導向，提出合理化解決建議和預判裝置研發(fā)建議。

關鍵詞：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，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，無法預測充電模塊的遠期故障或性能，而進行提前維護、檢修、更換，一旦發(fā)現(xiàn)故障只好廠家應急處理，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)定性可靠性對于整個電力系統(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)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備，其主要由監(jiān)控模塊、儀表、連接件、直流投切開關、充電機、交流輸入組件組成，充電模塊的優(yōu)點突出。主要有以下幾點：一是穩(wěn)壓效果好，電流精度高;二是體積不大，運行效率較高;三是輸出的諧波、紋波失真小;四是自動化程度較高。

（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：一是對蓄電池和功能單元實施長期監(jiān)測，獲取各種運行狀態(tài)和參數(shù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)進行處理，并以此為基礎依據(jù)實施監(jiān)控;二是實現(xiàn)電源的全自動控制，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，在人機界面可以提供運行參數(shù)。

（三）絕緣監(jiān)測單元

顧名思義，這是一種監(jiān)測直流系統(tǒng)絕緣情況的系統(tǒng)，可實現(xiàn)實時監(jiān)控，主要通過對地漏電阻的數(shù)據(jù)采集實施監(jiān)控，數(shù)值可以具體情況具體確定，當數(shù)據(jù)值降低到設定值時，發(fā)出報警信號。目前監(jiān)測單元主要區(qū)分為支路絕緣監(jiān)測和母線絕緣監(jiān)測兩種。

以上介紹的是變電站直流系統(tǒng)組成的三個主要模塊，除此之外，變電站直流系統(tǒng)還包括電池巡檢單元、開關量檢測單元、降壓單元、配電單元等等，它們在變電站直流系統(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，在具體運行過程中，如果充電模塊發(fā)生了故障，維護人員首先必須進行停機操作，然后進行充電硬件設備的檢查檢測，確認是否是硬件帶來的故障，在確認不是硬件問題后，要進行相關電壓電流的測試，環(huán)境溫度的測試等等，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

直流系統(tǒng)運行中出現(xiàn)充電模塊保護現(xiàn)象較為常見，分析其發(fā)生主要原因：一是充電設施的欠壓或過壓，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，設備的可靠性和穩(wěn)定性都很強，近年來電廠也進行了相關設備的更新?lián)Q代，從理論上來說不應該發(fā)生此類問題。但實際情況是，該電廠啟動全部應急電源后，發(fā)生了充電模塊被燒壞的情形，這對主機安全運行是一個極大的安全隱患。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，具體如圖2所示。二是具體連接點出現(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于充電模塊安全性會造成極大傷害，嚴重的甚至會影響電池使用壽命，究其原因主要：一是均流線的連接質(zhì)量不過關;二是均流線未正確連接。在實際工作實踐中，修理維護人員要針對這種情況進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，會給設備安全帶來一定的隱患。在實際作業(yè)過程中，對于此故障的處置：一是要實施科學的參數(shù)檢測;二是要對充電模塊實施接地檢測;三是要對模塊荷載情況實施檢測。對于此類問題要實施故障的排查，對運行參數(shù)進行重新校準設定，實施接地連接，優(yōu)化運行荷載，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設備，上一級設備發(fā)生故障同樣會導致充電模塊發(fā)生故障，最為常見的故障就是缺相輸出保護，這一情形的出現(xiàn)會導致輸出電壓不足，造成設備的低壓損壞，非常不利于設備的穩(wěn)定運行。處置方法：首先進行一級設備的檢修，確保一級設備故障的排除;二是要確保三相電的完整性;最后實施再次開機，達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會發(fā)生故障，在實際運行過程中達不到設定電壓也會出現(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)的具體設置問題?；诖祟惉F(xiàn)象分析，充電模塊電壓輸出無法達到設定電壓時，維護人員一是必須進行輸出電壓參數(shù)設定現(xiàn)狀的檢修維護，以此確保輸出參數(shù)設定的準確性。爾后針對電壓檢測裝置實施檢修，并做出針對性的處理，根據(jù)檢測中出現(xiàn)的具體問題，或?qū)嵤z測裝置的更換，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用

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，能夠快速對充電模塊狀態(tài)進行快速早期預判，消除隱患，提供更換依據(jù)，保證電力系統(tǒng)安全運行。具體來說必須達到以下指標要求：

1.該系統(tǒng)是一套直流屏高頻整流電源故障預判裝置，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管脈沖電流信號，預判模塊工作的狀態(tài);

2.該系統(tǒng)搭載多重傅里葉濾波網(wǎng)絡，可以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);

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)可以實現(xiàn)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);

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

五、結語

綜上所述，本文從問題為切入點，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，提出了實現(xiàn)直流屏高頻整流電源故障預判的目的，主要是為了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模塊的缺憾，實現(xiàn)在線實時檢測，快速報告預判結果，不影響系統(tǒng)運行，安全可靠。

參考文獻：

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

[2] 田菁，嚴宵.變電站直流系統(tǒng)運行維護[J].科學咨詢，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[J].機電技術，2019，04：43-44.

作者簡介：徐學帥，男，工程師，繼電保護技師，本科，云南電網(wǎng)有限責任公司普洱供電局，繼電保護一班班長，從事繼電保護運行維護管理工作。