寶珠寺水電站直流系統運行維護與故障處理

秦　歡，　張 雯 政

(華電四川發電有限公司寶珠寺水力發電廠，四川 廣元　628003)

?

寶珠寺水電站直流系統運行維護與故障處理

秦歡，張 雯 政

(華電四川發電有限公司寶珠寺水力發電廠，四川 廣元628003)

摘要：在電力系統發生故障時，若供給繼電器保護動作的直流系統出現問題，輕則將導致短路電流燒壞發供電設備，重則是造成整個電網崩潰嚴重影響國民經濟發展。只有加強直流系統日常運行維護，并靈活掌握運用直流系統故障處理方法才能保證電站乃至整個電力系統的供電安全。

關鍵詞：直流系統；故障危害；故障原因；維護措施

0引言

直流系統是一個獨立的電源，它不受發電機、廠用電機系統運行方式的影響，并在外部交流電中斷的情況下，保證蓄電池組繼續提供直流的重要設備。在正常情況下，直流電源為控制信號、繼電保護、自動裝置、斷路器跳合閘操作回路等提供穩定可靠的直流電源；在發生交流電源消失的事故時，為事故照明、交流不停電電源和事故潤滑油泵等提供直流電源。因此，直流系統可靠與否對發電廠和變電所的安全運行起著至關重要的作用，是安全運行的保證。

1直流系統組成及工作原理

1.1直流系統組成

直流電源一般由蓄電池組、充放電裝置、絕緣監測裝置、直流母線、監控單元等部分組成。寶珠寺電站直流系設置有兩套直流系統，分別為廠內直流系統和壩區直流系統。

1.1.1廠內直流系統組成

寶珠寺電站廠內設Ⅰ、Ⅱ兩套220V直流系統，每套直流系統由一組鉛酸蓄電池、八只充電模塊及相應的監控模塊、兩組降壓硅鏈、一套絕緣監測儀、直流母線、聯絡柜和直流負荷盤組成。直流系統正常運行時為Ⅰ、Ⅱ組母線分段運行，任一組蓄電池退出運行時，Ⅰ、Ⅱ組母線可以聯絡運行。直流合閘母線電壓維持在240V，其電壓正常變動范圍為90%～115%內；控制母線電壓應維持在230V，其電壓正常變動范圍為90%～110%內?？刂颇妇€電源通過各自的降壓硅鏈在合閘母線上取得。兩組降壓硅鏈并聯運行，當一組硅鏈故障或停用時，另一組硅鏈可繼續運行。

1.1.2壩區直流系統組成

壩區220V直流系統與逆變器共同組成了壩區控制電源系統。壩區220V直流系統由一組鉛酸蓄電池、三只充電模塊及相應的監控模塊、一套絕緣報警單元、直流母線組成。直流系統的充電模塊交流電源取至壩區400VⅠ、Ⅱ段。直流系統通過直流母線向監控系統、壩區10kV系統提供直流電，并通過逆變器向監控系統、柴油機保護電源提供交流電。

1.2直流系統工作原理

1.2.1充電模塊

廠內400VI、III段經交流空氣開關分路供給各個充電模塊，充電模塊將三相AC380V交流電源經濾波器輸入到整流電路中，將交流整流為脈動的直流輸出，通過無源功率因素校正電路，將脈動的直流轉換為平直的直流電源，由DC/AC高頻逆變為可調脈寬的脈沖電壓波，再經高頻整流及濾波輸出所需的直流電。

1.2.2監控模塊

監控模塊是監控系統的數據處理中心，通過通訊口對充電模塊、充電柜、饋電柜、電池監測儀、絕緣監測儀等下級智能設備實施數據采集，并對采集的數據加以判斷，根據判斷結果實行蓄電池自動均浮充轉換、輸出控制、報警、故障處理等功能。

1.2.3絕緣監測儀

絕緣監測儀用來監測母線和支路的絕緣下降情況。在正常運行情況下，絕緣監測儀對母線電壓進行監測，通過監測母線電壓計算母線對地的絕緣電阻。當母線對地絕緣電阻低于設定的告警限時，絕緣監測儀進入支路巡檢狀態，測量出有絕緣下降的支路和絕緣電阻，并將此告警信息上送到監控模塊顯示。絕緣監測儀可以同時監控合閘母線、控制母線回路輸出的絕緣電阻。

圖1　廠內直流系統圖

圖2　壩區控制電源系統圖

1.2.4降壓硅鏈

降壓硅鏈是由多只大功率、能承受高反壓的整流二極管串接而成，利用PN結基本恒定的正向壓降來產生調整電壓，通過改變串入線路的PN結數量來獲得適當的壓降，達到電壓調節的目的。

圖3　充電模塊工作原理圖

降壓硅鏈串接在合閘母線與控制母線之間，通過自動控制電路和手動控制旋鈕兩種方式改變其電壓降。自動控制電路是通過檢測控制母線的電壓來驅動適當數量的執行繼電器閉合，保證控制母線電壓在正常范圍內；手動控制可由旋鈕的不同檔位來控制執行繼電器閉合的數量，達到手動控制電壓調節的目的。

1.2.5蓄電池組

由于蓄電池組提供的電源較交流電源電壓平穩、保護動作可靠，因此寶珠寺電站的直流系統均設有蓄電池組。蓄電池組在交流正常時存儲電能，在交流供電不足時釋放電能，保證負荷的電源電壓穩定，實現不間斷供電。

2直流系統故障危害

直流系統作為操作、保護、信號、逆變、事故照明和機組的初始勵磁等的電源，一旦發生故障將會直接影響該負荷的正常工作。如直流系統母線電壓過高，將使長期帶電的繼電器、指示燈等設備過熱或損壞；電壓過低，可能造成斷路器、繼電保護的動作不可靠。危害最嚴重的故障是直流系統兩點接地，當發生兩點接地故障便可構成接地短路，造成機組無法開機，失去事故照明，繼電保護、信號、自動裝置誤動或拒動，加重事故和擴大事故范圍。

3直流系統故障原因

在分析直流系統故障時，應先考慮外部環境和人為因素再考慮設備本身問題，引起直流系統出現故障情況原因一般有三個方面：(1)操作不當，如誤操作、某一開關位置不對，設備的運行參數設置不當等；(2)外部環境變化，如輸入電源消失、缺相等；(3)設備本身，如某個器件損壞失靈、接觸不良、保險熔斷等。對于由操作不當和外部原因引起的設備運行異常，只要引起的原因消失，系統就會正常工作，不需要對設備本身進行維修處理。

4直流系統常見故障及處理

4.1充電模塊故障

如直流系統故障報警，在直流室現場檢查發現一充電模塊輸出電流為零，故障指示燈亮，查故障代碼判斷故障原因(E31輸出欠壓，E32模塊過溫，E33交流過欠壓，E34交流缺相，E35原邊過流，E36輸出過壓)，則可以判定是充電模塊故障。故障處理時首先檢查故障模塊交流輸入空氣開關是否已跳開，未跳開手動拉開將故障充電模塊退出運行(寶珠寺電站直流充電模塊具有冗余性，退出1/3部分充電模塊直流系統仍可正常運行)，再檢查該充電裝置有無明顯異常。若無明顯異常經停電復歸后裝置可正常投入運行，若發現充電模塊異常不能投入，則可將該充電模塊拆下進行返廠處理。

4.2直流母線短路

如直流母線故障報警，直流室現場檢查發現短路直流母線電壓表指示為零，該段直流母線供電中斷，蓄電池總保險熔斷，充電模塊輸入電源跳閘，監控模塊無顯示等，則可斷定為直流母線短路。故障處理時首先將停電保護及自動裝置做相應保護措施，防止保護誤動作開出，已經動作的保護則檢查一次設備動作情況，確保一次設備動作正常無損壞，并立即將以上情況匯報調度。再檢查另一段直流母線運行是否正常，將故障直流母線上的負荷倒至正常母線運行，用銅排或銅線連接線路保護室配電盤Ⅰ、Ⅱ段直流電源、機旁配電盤I、II段直流電源，將機組啟勵、合閘I、II段電源聯絡運行，將廠用10kV母線I、II段控制電源、合閘電源聯絡運行。檢查UPS、監控系統工作正常并做好事故預想(寶珠寺電站UPS、監控系統正常運行時均由交流系統供電)。最后將故障母線停電做好安全措施，查找和處理故障點，處理后將負荷倒回正常運行方式，直流母線恢復到原運行狀態。

4.3直流系統接地

直流接地是直流系統最常見的故障，危害也較大，輕則影響直流系統正常運行，重則保護誤動，影響主設備正常運行、機組正常供電、線路正常輸電，因此進行重點討論。

4.3.1故障處理

如直流系統絕緣降低報警，直流室現場檢查發現某段直流系統電壓降低，直流系統對地絕緣降低，則可判定為直流系統接地。處理時首先應根據監控模塊和絕緣監測儀的報警信號判斷接地極性和接地性質。然后檢查絕緣監測儀動作是否正確，直流回路是否因人員工作或漏水等原因造成，對于二次回路或直流回路有工作的立即停止工作。根據絕緣監測儀選出的回路號進行接地查找，如果現地控制電源盤出線發生接地，則采用瞬時拉合負荷的辦法查找接地，同時應注意先從次要負荷查找，再查找重要負荷；在查找繼電保護及自動裝置的直流回路時，應先采取相應防誤動措施。最后查找到接地點后應立即做好安全措施進行故障處理，處理正常后將直流系統恢復正常運行。

4.3.2注意事項

由于直線系統處理時會短時停電或導致自動裝置誤動，因此因特別注意以下幾個問題：

(1)為防止誤判斷，在觀察故障現象時，應從信號、光字牌和絕緣檢測儀指示情況綜合判斷。

(2)瞬停直流電源時，應經調度同意，時間不應超過3秒鐘，動作應迅速，防止失去保護電源的時間過長，并應盡量避免在高峰負荷時進行。

(3)防止保護誤動作，必要時在瞬時拉開直流電源前，解除可能誤動的保護，直流電源正常后再投入保護。

(4)使用儀表檢查時，表計內阻應不低于2 000歐/伏。

(5)按符合現場實際的圖紙進行查找，防止拆錯端子線頭；所拆端子線頭應做好記錄和標記，防止恢復時遺留或接錯。

(6)查找故障，必須二人及以上進行，防止人身觸電，并做好安全監護。

(7)查找直流接地過程中，應防止造成兩點接地。

4.3.3案例分析

寶珠寺電站共4臺機組，單機滿負荷175MW，2004年發生過一次220V直流系統發生接地。事故現象及處理過程如下：

事故發生前帶負荷情況：11F、12F停機備用，13F機組運行帶175MW負荷，14F機組帶175MW負荷并帶廠用電，當時電站無檢修工作任務。11時5分，計算機監控系統報警“DC220VⅠ段、Ⅱ段母線接地”、“13F發電機轉子一點接地”，經現地檢查直流室發現1#DC220V直流絕緣監測裝置顯示：“Ⅰ段、Ⅱ段母線正接地，接地電阻1.3kΩ，接地電壓分別為19.1V、225.8V，接地線路為116#和117#”。機旁檢查發現13F機組保護屏CPU5轉子一點接地出口燈亮，13F轉子電壓、電流正常，勵磁變工作正常，勵磁滑環外觀無異常、無過短碳刷、粉塵等。

測量直流220VⅠ段合閘母線電壓：正對地電壓為26V，負對地電壓為195V。經請示同意瞬時拉開由直流電源供給的13F機組啟勵電源，直流接地信號即復歸正常。立即開11F機組轉移負荷后，停13F機組，經檢查發現系13F機組啟勵接觸器滅弧罩脫落，滅弧罩卡簧造成啟勵電源接地。做好安全措施后回裝滅弧罩，復歸“轉子一點接地”信號，經開機檢查，接地消失，機組運行正常。

5運行維護措施

5.1日常巡視檢查項目

(1)直流母線檢查：母線電壓在規定值范圍內，連接在直流母線上的元件無過熱異?，F象，直流母線絕緣良好。

(2)直流饋線柜檢查：直流饋線柜上各元件狀態，各負荷空開位置，各表計、信號指示狀態；檢查絕緣檢測儀工作正常，無故障報警。

(3)充電柜檢查：充電柜交流電源輸入開關及各充電模塊電源輸入開關位置正確；充電模塊無發熱及異常聲音，各模塊電壓、電流顯示一致；充電柜各指示燈表完好并指示正常；充電柜監控模塊無報警及異常信號。

(4)蓄電池檢查：蓄電池支架，接頭應清潔完好，焊接處無斷線；蓄電池室通風裝置運行良好，室溫在10 ℃～30 ℃；蓄電池室內照明充足；蓄電池巡檢儀接頭清潔完好，巡檢儀工作正常。

5.2定期維護措施

(1)檢修人員定期辦理巡回工作票對直流系統設備進行清掃，保持設備整潔，保證設備工作環境正常。

(2)定期試驗項目：設備參數定期核對檢查，蓄電池充放電試驗，充電模塊手動均浮充轉換試驗，各充電模塊輸出電壓調整校對，絕緣檢測儀模擬接地告警試驗，降壓硅鏈手/自動試驗，通訊試驗等。

6結語

從寶珠寺電站直流系統組成及故障處理的方法可以看出，在電力系統發生故障時，若供給繼電器保護動作的直流系統出現問題，輕則將導致短路電流燒壞發供電設備，重則是造成整個電網崩潰嚴重影響國民經濟發展。只有加強直流系統日常運行維護，并靈活掌握運用直流系統故障處理方法才能保證電站乃至整個電力系統的供電安全。由于直流系統故障現象處理較復雜，需要不斷地實踐、歸納和總結，才能進一步提高直流系統運行維護水平。

參考文獻：

[1]姚春球.發電廠電氣部分[M].北京：中國電力出版社,2004.

[2]張希泰，陳康龍.故障查找與故障分析處理指南[M].北京：中國水利水電出版社,2002.

[3]陳國慶，謝剛，吳丹清.水電廠運行技術問答[M].北京：中國電力出版社,2005.

[4]任煜峰.水輪發電機組值班[M] .北京：中國電力出版社,2002.

[5]馬立方.變電站直流系統故障分析與處理[J].武漢：現代商貿工業,2011,15;274-275.

[6]余育金,田樹軍.變電站直流系統接地故障分析及查找[J].廣西：廣西電力,2007.2;27-29.

[7]王旭榮.淺談變電站直流系統接地故障及處理[J].內蒙古：內蒙古石油化工,2008.21;77-78.

秦歡(1988-)，女，四川隆昌人，畢業于華北電力大學科技學院電力及其自動化專業，助理工程師，現于寶珠寺水力發電廠從事水電站運行與調度工作；

張雯政(1989-)，男，四川廣元人，畢業于四川大學水利水電學院水文與水資源工程專業，助理工程師，現于寶珠寺水力發電廠從事發電調度工作.

(責任編輯：卓政昌)

收稿日期:2015-10-22

文章編號:1001-2184(2015)06-0175-05

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7；TM921.1

作者簡介: