變電站直流電源系統(tǒng)典型故障分析與處理

許郁 李博

摘要：文章論述了變電站直流電源系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及其各自的功能，分析了直流電源系統(tǒng)的典型故障及其成因，并強(qiáng)調(diào)了直流接地和直流環(huán)網(wǎng)兩種對(duì)變電站正常運(yùn)行危害最嚴(yán)重的異常情況的具體處理方法，為直流電源系統(tǒng)的日常維護(hù)和異常處理提供了參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：直流電源系統(tǒng)；變電站；典型故障；故障處理；直流接地；直流環(huán)網(wǎng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文章編號(hào)：1009-2374（2016）27-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.065

1 直流電源系統(tǒng)的組成

直流電源系統(tǒng)由交流輸入、微機(jī)監(jiān)控、充電、饋電、蓄電池組、絕緣監(jiān)察（接地選線可選）、放電（可選）、母線調(diào)壓裝置（可選）、電壓監(jiān)測(cè)（可選）、電池巡檢（可選）等單元組成。直流電源系統(tǒng)的主要組成示意圖如圖1所示：

其中，蓄電池組是用電氣方式連接起來(lái)的兩個(gè)或多個(gè)單體蓄電池，它在整個(gè)直流電源系統(tǒng)中起著核心作用。在遇到市電中斷時(shí)或整流器設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，電池組可為負(fù)載單獨(dú)供電，使供電不中斷；在短路沖擊或正常負(fù)荷起始沖擊等情況下，超出整流器額定輸出的部分由蓄電池組承擔(dān)。

充電裝置將交流電整流成直流電的一種換流設(shè)備，其主要功能是實(shí)現(xiàn)正常負(fù)荷供電及蓄電池的均/浮充功能。

監(jiān)控系統(tǒng)包括微機(jī)監(jiān)控單元和絕緣監(jiān)察單元。微機(jī)監(jiān)控單元具有監(jiān)視功能、自診斷功能、顯示和控制功能。負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)功能單元（如電壓電流采集單元、充電模塊、絕緣監(jiān)測(cè)、電池巡檢等）運(yùn)行狀態(tài)與數(shù)據(jù)的采集、顯示，把系統(tǒng)中各種運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)獲取到，參照測(cè)量的數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀態(tài)做出相應(yīng)處理，進(jìn)行控制系統(tǒng)，全自動(dòng)管理電源系統(tǒng)。

饋線屏是提供多路直流支路供設(shè)備、裝置使用的配電裝置。

2 直流電源設(shè)備的典型故障

變電站的直流電源設(shè)備，一經(jīng)投入運(yùn)行就永久工作，不能像變電站變壓器、繼電保護(hù)等那樣的電氣設(shè)備可以安排停電進(jìn)行檢修。直流屏上設(shè)備有缺陷需要處理，都是在帶電狀態(tài)下進(jìn)行的，其操作風(fēng)險(xiǎn)非常大，因此要熟悉直流電源設(shè)備的典型故障及其成因，以便快速、有效地處理故障，降低工作人員的危險(xiǎn)系數(shù)，保障變電站安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

蓄電池組由于構(gòu)造及對(duì)環(huán)境要求的特殊性，其典型故障及成因大致可分為下列五點(diǎn)：（1）故障類(lèi)型絕緣下降蓄電池反極蓄電池極板故障殼體異常極柱、螺絲、連接條爬酸或腐蝕容量下降；（2）故障成因電解液溢出極板硫化極板彎曲充電電流過(guò)大安裝不當(dāng)內(nèi)部自然放電；（3）室內(nèi)通風(fēng)不良、潮濕容量不一致極板硫化內(nèi)部短路室內(nèi)潮濕正負(fù)極板故障；（4）極板短路或開(kāi)路溫度過(guò)高電解液溢出極性顛倒；（5）充電電流過(guò)大。

高頻開(kāi)關(guān)電源整流模塊的主要優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)壓穩(wěn)流精度高、體積小、重量輕、效率高、輸出紋波及諧波失真小等，基于它的這些優(yōu)點(diǎn)，人們開(kāi)始用它來(lái)逐步取代可控硅整流充電裝置，當(dāng)前高頻開(kāi)關(guān)電源整流模塊在各電壓等級(jí)的變電站已得到廣泛運(yùn)用。

高頻開(kāi)關(guān)充電電源裝置故障主要有以下四種情況：（1）因交流輸入電源失壓、缺相或過(guò)壓引起的充電模塊停機(jī)或保護(hù)關(guān)機(jī)；（2）充電模塊的輸出電壓低于或高于設(shè)定值；（3）模塊地址碼設(shè)置錯(cuò)誤；（4）某些不明原因引起的充電模塊內(nèi)部故障，無(wú)電壓輸出。

監(jiān)控系統(tǒng)主要故障：（1）直流輸出電壓過(guò)高或過(guò)低告警；（2）微機(jī)監(jiān)控裝置黑屏；（3）微機(jī)監(jiān)控裝置死機(jī)；（4）絕緣監(jiān)測(cè)裝置發(fā)出故障告警信號(hào)；（5）絕緣監(jiān)測(cè)裝置遭受交流入侵。

3 直流電源系統(tǒng)異常分析與處理

除上述直流電源系統(tǒng)故障外，還存在直流接地和直流環(huán)網(wǎng)兩種對(duì)變電站正常運(yùn)行危害最大的異常情況。

3.1 直流接地

3.1.1 直流接地的概念和危害。當(dāng)直流系統(tǒng)的正極或負(fù)極與大地之間的絕緣水平降到某一整定值或低于某一規(guī)定值時(shí)，統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)接地。設(shè)備的絕緣監(jiān)察裝置絕緣水平應(yīng)滿足表1的要求：

直流接地的危害性：

當(dāng)直流系統(tǒng)正極接地時(shí)，將有可能造成斷路器的誤動(dòng)，因?yàn)橐话闾l線圈（如出口中間繼電器線圈和跳閘線圈等）均接電源負(fù)極，如果這些直流回路中再發(fā)生直流系統(tǒng)接地或絕緣不良時(shí)，就會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)作。當(dāng)直流系統(tǒng)對(duì)地電容增大到一定數(shù)值時(shí)，一點(diǎn)接地，也有可能致使繼電器誤動(dòng)。

直流系統(tǒng)如果只有一點(diǎn)接地是不會(huì)對(duì)直流系統(tǒng)造成當(dāng)直流系統(tǒng)負(fù)極接地時(shí)，如果直流回路中再有一點(diǎn)接地，兩點(diǎn)接地可將跳閘回路或合閘回路短路，從而造成斷路器拒絕動(dòng)作，越級(jí)擴(kuò)大事故。

引起直流接地的原因主要有：（1）持續(xù)的陰雨天氣，潮濕的空氣使戶外電纜芯破損處或者膠布包扎處絕緣降低，引起直流接地；（2）由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件擠壓、磨損致使二次線絕緣皮損壞，造成接地；（3）接線松動(dòng)脫落引起接地；（4）裝置內(nèi)元件損壞引起接地；（5）誤接線引起接地；（6）小動(dòng)物如老鼠等破壞引起接地。

3.1.2 直流接地的處理方法。檢查是否有交流電源串入，查找串入點(diǎn)并隔離。

尋找接地點(diǎn)的一般原則：

第一，絕緣監(jiān)測(cè)裝置告警，實(shí)測(cè)有接地并顯示哪一路接地。檢查裝置，斷開(kāi)對(duì)應(yīng)的空氣斷路器，若故障消除，則是外接回路有接地，然后查外接回路接地點(diǎn)并排除。

第二，絕緣監(jiān)測(cè)裝置告警，若裝置未顯示出哪一路接地應(yīng)采取下列方法：（1）拔掉絕緣監(jiān)測(cè)裝置所有接線，接地消除則可判定是裝置故障，若拔掉裝置所有接地線接地現(xiàn)象仍存在，則需判斷是否柜內(nèi)有故障；（2）對(duì)直流母線上允許短時(shí)停電的直流負(fù)荷饋線，采用短時(shí)停電法尋找；（3）在某些現(xiàn)場(chǎng)由于無(wú)表計(jì)可觀察，可用內(nèi)阻大于2000Ω/V的電壓表檢查；（4）對(duì)于不允許短時(shí)停電的重要直流負(fù)荷，可采用專(zhuān)業(yè)符合法查找接地點(diǎn)。

3.2 直流環(huán)網(wǎng)

3.2.1 直流環(huán)網(wǎng)的概念及危害。重要變電站或發(fā)電廠的直流系統(tǒng)，為提高供電可靠性，大都采用2組蓄電池與2個(gè)或以上充電機(jī)。正常情況下，2組蓄電池要求分開(kāi)運(yùn)行，即構(gòu)成2組獨(dú)立的直流電壓系統(tǒng)。由于各種原因，如施工帶來(lái)的寄生回路等，造成2套獨(dú)立運(yùn)行的直流系統(tǒng)，出現(xiàn)了電氣連接現(xiàn)象（當(dāng)獨(dú)立運(yùn)行的2套直流系統(tǒng)，其母線間絕緣電阻小于10kΩ），這種想象稱為直流環(huán)網(wǎng)。

接地環(huán)網(wǎng)造成的危害：引起直流系統(tǒng)火災(zāi)；縮短蓄電池的壽命；降低接地故障監(jiān)測(cè)靈敏度；一點(diǎn)接地引起接地保護(hù)誤動(dòng)；導(dǎo)致設(shè)備拒動(dòng)等。

3.2.2 直流環(huán)網(wǎng)故障原理。直流環(huán)網(wǎng)故障可用圖2表示，其中節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2及左側(cè)的兩個(gè)R所組成的回路構(gòu)成第一組獨(dú)立的直流系統(tǒng)；節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4及右側(cè)的兩個(gè)R所組成的回路構(gòu)成第二組獨(dú)立的直流系統(tǒng)。則由節(jié)點(diǎn)電壓方程可以得出：

即兩組直流系統(tǒng)之間沒(méi)有電的聯(lián)系。

而當(dāng)兩組直流系統(tǒng)完全接觸時(shí)，即：Rx=0時(shí)：由式（1）～式（5）知：

U1=+220V，此時(shí)U1上升為正的全電壓；U2=U3=0V，相當(dāng)于兩組分別直接接地；U4=-220V，U4下降為負(fù)的全電壓；Ix=Un/R，Ix完全取決于采樣電阻R的大小；當(dāng)R=80k?時(shí)，Ix=2.75mA。

3.2.3 直流環(huán)網(wǎng)的處理步驟。（1）斷開(kāi)Ⅱ母線絕緣監(jiān)察裝置接地點(diǎn)，合上分段開(kāi)關(guān)，將Ⅱ母線上負(fù)荷倒至Ⅰ母線，拉開(kāi)分段開(kāi)關(guān)；（2）測(cè)量Ⅰ母線對(duì)地電壓，正極對(duì)地為+110V，負(fù)極對(duì)地為-110V，Ⅱ母線對(duì)地電壓為正極對(duì)地為0V，負(fù)極對(duì)地為0V；（3）將直流負(fù)荷依次倒至Ⅱ母（倒前合分段開(kāi)關(guān)，倒后拉分段開(kāi)關(guān)），并檢測(cè)Ⅱ母對(duì)地電壓，當(dāng)正對(duì)地或負(fù)對(duì)地電壓有電壓指示時(shí)，表明該負(fù)荷與Ⅰ母之間有直流混線；（4）確定出混線的直流負(fù)荷后，可采用“拉路法”，進(jìn)一步查找，直至查出混線原因。

4 結(jié)語(yǔ)

本文綜合論述了直流電源系統(tǒng)的組成單元及其在變電站運(yùn)行中的作用，著重論述了直流電源設(shè)備的典型故障及成因，并強(qiáng)調(diào)了直流接地和直流環(huán)網(wǎng)的危害及處理方法，為直流系統(tǒng)的日常維護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)檢修起到一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）