35kV變電站直流系統運行檢修及改造探討

(國網四川省電力公司綿陽供電公司 四川 綿陽 621000)

35kV變電站直流系統運行檢修及改造探討

胡曉東

(國網四川省電力公司綿陽供電公司四川綿陽621000)

變電站直流系統為全站的保護、測量、監控、遠動通訊等二次系統提供電力供應，做好直流系統運行維護工作至關重要。部分35kV變電站因建m設年代久遠，存在多種隱患。本文對35kV變電站普遍存在的缺陷或故障進行分析，如家族性缺陷、降壓硅鏈、系統接線方式、直流斷路器級差配置、直流電源N-1配置、防止交流竄入直流系統等內容進行分析，并提出解決方案，以達到更高的運行安全性。

變電站直流系統；直流斷路器級差配置；直流系統接線方式；降壓硅鏈；直流電源N-1配置；交流竄入直流系統

一、引言

35kV變電站盡管在電網中并不起著樞紐作用，但是作為配電網系統的樞紐，在配電系統中起著舉足輕重的作用。隨著變電站綜合自動化水平的不斷提高，35kV變電站已經轉為無人值守站，這對變電站的保護、測控等系統的穩定性有了更高的要求。變電站站用直流系統為全站的保護、測量、監控、遠動通訊等二次系統提供電力供應，是二次系統維護的重中之重。

本文將以梓潼縣供電公司下轄的35kV變電站為例，對35kV變電站直流系統存在的問題進行探討，并提出合理的解決方案。較早投運的35kV交泰、金寶、許州變電站及10kV青龍開關站，經過若干次技術改造，直流充電設備均已更換為高頻交直流轉換電源，蓄電池也更換為閥控型密封電池，與新建35kV黎雅、自強變電站相同。

二、交流回路切換開關家族型故障

35kV變電站直流電源系統有兩路交流輸入，兩路交流電源均來自10kV站用變，直降變處于熱備用狀態，當站用變交流失壓，則備自投動作，投入直降變。直流電源交流輸入采用交流切換開關來選擇一路交流作為主用，另一路作為備用。正常運行情況下，該交流切換開關處于“自動”狀態，該狀態下，交流切換開關自動選擇交流輸入。

35kV黎雅、自強變電站為2013年新建變電站，直流系統設備為同一廠家供應，交流回路切換開關出現“自動”位置損壞情況，交流輸入失電，直流系統轉由蓄電池供電，只能手動將該切換開關切至交流輸入1路(或2路)。一旦該故障未及時發現，蓄電池電量耗盡，全站將失去監控和保護。

三、直流回路開關選用非專用直流空氣開關

(一)直流斷路器簡介

變電站直流斷路器必須選用具有自動脫扣功能的直流專用斷路器。基本要求是，當出現故障電流時，直流斷路器能夠迅速、可靠、且有選擇性地切除故障回路，且不出現誤動作、越級跳閘。

目前直流斷路器主要分兩種：塑殼式和框架式?？蚣苁街绷鲾嗦菲鞅Ｗo為三段式保護：短路瞬時脫扣、短路延時脫扣、過載長延時脫扣。塑殼式為兩段式保護：短路瞬時脫扣、過載長延時脫扣，不含短路延時保護。

(二)直流斷路器選用

由于直流回路開關和交流回路開關的熄弧過程完全不同，因此直流回路使用交流空氣開關是絕不允許的。根據國家電網《直流電源系統技術標準》5.3.2.2條款要求，“直流回路中嚴禁使用交流空氣斷路器，當使用交直流通用空氣斷路器時，其性能必須滿足開斷直流回路短路電流和動作選擇性的要求”。35kV許州、金寶變電站和10kV青龍開關站直流系統均使用了施耐德交直流通用空氣開關，新建35kV自強變電站事故照明空氣開關也存在使用交流空氣開關的情況，應逐步改造為直流專用空氣開關。

直流專用空開在斷開回路時，其滅弧室能產生一個與電流方向垂直的橫向磁場，將直流電弧拉斷。普通交流空開的滅弧機理是靠交流電流的自然過零來滅弧，而直流電流是沒有自然過零點的，因此，普通交流空開不能可靠熄滅直流電弧。試驗證明，額定電流相同情況下，交流空開分斷能力僅為直流空開的1/8到1/5。

(三)直流斷路器級差配合

直流斷路器級差配合是指直流斷路器上、下級額定電流的等級要至少相差4級，確保故障電流能快速、準確、可靠地切除，確保故障范圍最小，即不會拒動、誤動和越級跳閘。

直流斷路器級差配合，首先要確定你所選擇的直流斷路器型號及規格。例如，北京人民電器廠生產的G型GM32系列直流斷路器，電流等級為1、3、6、10、16、20、25、32、40共9個等級，如果下級直流斷路器額定電流為3A，則上級直流斷路器需要選擇20A，使二者級差不小于4級。

四、直流系統應按電壓等級設置分電屏供電方式，不應采用直流小母線供電方式

為了保證上、下級直流空氣開關的級差配合，直流系統饋線屏接線方式應采用輻射狀供電方式。這樣接線的好處是如果直流負荷處直流空開下口故障，僅跳該直流負荷對應空氣開關，或者最多跳該直流回路上一級空氣開關。由于柜頂小母線接線方式下，小母線總進線斷路器很難實現與下級負荷空開的級差配合，一旦出現越級跳閘造成小母線失電，由小母線供電的二次系統也將失電。另外，柜頂直流小母線裸露部分較多、連接點較多，易造成誤碰或接地故障。

五、部分重要直流負荷電源配置未達到N-1標準

2013年11月，梓潼縣調控中心發現無法監控到35kV金寶變電站，變電運維人員趕往該變電站，經查，站上光纖通訊裝置失電，原因是為該裝置供電的直流轉換(DC220V/DC48V)模塊跳閘。由于梓潼縣供電公司下轄變電站均為無人值守變電站，通訊系統失電將導致變電站在無任何監控情況下運行，一旦發生緊急情況，后果不堪設想。

六、未配置交流竄入直流報警功能

目前包括兩個新建變電站在內，直流系統絕緣監察系統尚未配置交流竄入直流報警功能。交流電竄入直流系統會造成保護裝置誤動，甚至大面積停電等嚴重后果。2011年8月19日，某330kV變電站因雨水進入斷路器操作機構箱，引起220V交流電竄入直流系統，致使主變斷路器非電量出口中間繼電器節點受電動力影響持續抖動，引起斷路器跳閘，造成該站2臺主變及110kV母線失壓、15座110kV變電站全停的嚴重停電事故。因此，變電站一定要嚴防交流竄入直流故障的出現。

室外機構箱內端子排因雨水滲漏、檢修試驗過程中因為操作失誤等是導致交流竄入直流的主要原因。因此，防范交流竄入直流應該做到以下幾點：

1.避免出現同一端子排上交、直流混裝。交、直流電源端子嚴禁在同一端子排混裝，端子排之間應有明顯的區分且端子間絕緣良好。避免檢修試驗人員出現操作失誤。對于室外操作機構箱，交、直流電源應避免出現在同一端子排上。交、直流電纜應分層敷設。

2.將端子箱、機構箱密封性檢查納入巡視重點。雨天因室外場地端子箱、操作機構箱密封不嚴導致雨水滲漏是導致交流竄入直流、直流系統接地等故障的主要原因之一。應將場地端子箱、機構箱密封性檢查作為雨季巡視重點內容，并且在雨季來臨前應進行一次專項檢查，且作為雨后特巡的重點檢查內容。

3.嚴格執行二次系統檢修試驗標準化工序卡。二次系統檢修試驗常常需要同時涉及到交直流端子排，因此，應制定具有指導作用的二次系統檢修標準化工序卡，包含二次設備檢修安全措施票及標準化工序卡，操作中加強監護，防止因誤操作導致交流竄入直流或其他故障的發生。

七、結語

直流系統是保證變電站安全運行的重要組成部分，無論在正常運行還是事故情況下都應該保證變電站二次設備的供電。本文就35kV變電站直流系統存在的某些問題及如何改造進行了探討，而確保直流系統穩定運行是一項系統性工作，貫穿于設計、施工到運維、檢修等各個環節。

胡曉東(1987-)，男，工學碩士，工程師，從事配電網調控及新能源開發及并網研究工作。