變電站直流電源故障分析系統的研究與應用

魏偉 杜松峰 南東亮 王廷旺 周杰

摘要：針對直流電源系統存在的蓄電池組定期維護工作量大、不規范絕緣裝置依然在電網中運行、蓄電池運行壽命無法有效估計與預測等問題，對直流電源故障分析系統進行研究。系統通過自采的方式及利用數據采集終端從集中監控等運行設備中獲取有關數據，以TCP/IP方式及時發送到主站，從而對蓄電池、絕緣裝置、沖壓機等設備的工作狀態以及系統是否及時消缺、參數整定是否正確進行判斷，旨在逐步實現狀態檢修，減少直流電源設備的維護工作量，進而提高直流電源系統的供電可靠性。

關鍵詞：直流電源;監測運行;故障分析系統;數據采集終端

0 ? ?引言

近年來，在電力系統內因變電站直流電源系統出現異常而引起保護裝置誤動、拒動的事故呈上升趨勢，而目前直流系統安裝的設備在事故狀態下卻無法捕捉到準確和詳細的異常情況信息，缺乏事故數據支撐，給事故原因分析增添了許多不確定因素，導致采取的后續措施缺乏有效的技術依據。

另一方面，直流電源系統維護工作量龐大、維護效果不佳、維護人員不足，主要體現在：日常維護量大，由直流電源故障引起的電網事故頻發;產品質量參差不齊，造成直流電源供電可靠性不滿足電網安全運行要求;缺乏有效監督手段，不合格產品依舊進入電網。

由此研究直流電源系統在線監測相關技術，實施直流電源系統在線監測，彌補隨著無人值班站的推廣，直流電源系統在新的運維模式中存在的缺點，查找蓄電池壽命縮短的原因，實時掌握直流電源系統運行狀態，實現故障預警，提升設備健康度，延長蓄電池使用壽命，對于解放勞動力，提高直流電源系統的供電可靠性，保障變電站的安全可靠運行具有重要意義。

基于此，本文搭建了直流電源故障分析系統，能夠實現對直流電源系統運行狀態準確、詳細的監測，掌握直流電源系統靜態及動態的信息，能夠及時發現直流系統的異常或缺陷，將設備歷史信息與實時運行狀態信息相結合，對直流系統故障進行趨勢分析，實現設備故障預警。

1 ? ?國內研究現狀分析

目前，國內外相關系統尚未對整個直流系統設備進行系統性監測管理[1-2]，對于直流系統的監測也不全面，現有的離線監測運維手段，容易受到人為因素的影響，并且數據的連續性差，不容易進行數據分析，無法確切掌握整體系統的運行狀況。

現階段研究分別從直流系統環網故障[3]、繼電器線圈接地故障、交直流混路造成保護誤動[4]等方面分析了不同故障帶來的各種危害并相應提出了解決措施。同時針對直流系統絕緣監測[5]、直流系統對地電容測量方法、直流系統絕緣監測裝置[6]、蓄電池容量的半荷內阻測量等方法進行了探討和研究，對解決目前由于絕緣監測裝置缺陷導致的直流系統故障，提高系統運行的安全性具有重要意義，同時也對在蓄電池安全檢測、性能分析、壽命準確估計與預測方面開辟一條新的學術思路有所助益。

但目前的研究依然存在如下技術瓶頸：

（1）直流電源系統的研究內容主要集中于系統絕緣故障監測、蓄電池的遠程在線監測與充放電等方面，但都是針對直流系統某一方面的獨立研究，對于直流電源系統全方位整體狀態的監測和評估尚未涉及。

（2）蓄電池組狀態監測存在很多不足。目前絕大部分變電站僅安裝了蓄電池巡檢儀，僅實現了單體電壓和蓄電池組電壓監測，但電壓測量偏差較大，無法對蓄電池的狀態進行準確監測。

（3）接地告警功能不完善，存在重大安全隱患的絕緣裝置還在繼續使用，并且有類似問題的設備依然不斷流入電網[7]。

總的來講，目前直流電源故障檢測技術的研究主要面向單個設備，而未從直流電源系統的角度開展。本文通過直接采樣及從現有設備中獲取等方式，將直流電源主要參數的穩態與瞬態數據集中上傳至故障分析系統主站，對各參數的縱、橫兩個方向進行對比，并分析各參數之間的相互作用和影響，以全面、及時、準確判斷直流電源發生的故障及設備性能的變化趨勢。

2 ? ?直流電源故障分析系統

考慮到該系統用戶的分布面廣，使用人員的地理位置分散，因此，系統軟件采用B/S（瀏覽器/服務器）結構，數據庫、應用程序和服務器都集中放置在總站，方便系統維護、升級及功能的擴展。該系統可作為子系統接入地區電網狀態中心，可容納500個變電站站點接入。系統架構圖如圖1所示。

直流電源故障分析系統通過監測和分析蓄電池、充電機、絕緣裝置及蓄電池監測裝置的運行參數變化趨勢，深入了解上述設備的運行狀態，及時發現蓄電池組、充電機的故障及不滿足有關規程、反措要求的絕緣監測裝置。根據裝置、設備的性能劣化程度，提出檢修建議與方案，逐步實現狀態檢修，以大大減少直流電源設備的日常維護工作量;確保蓄電池組具有事故跳閘和2 h事故放電能力，防止直流電源消失引起保護拒動事故;消除充電機不穩定輸出對蓄電池造成的不利影響，從而提高直流電源系統的供電可靠性;交流竄入、直流環網、電壓偏差及電壓波動等各種直流接地故障能及時告警并得到排除，以預防直流系統一點接地引起保護誤動。

3 ? ?系統設計

直流電源故障分析系統在研究設計時分為以下三部分：數據采集終端研制、通信規約制定、分析輔助決策系統開發。

3.1 ? ?研制數據采集終端

數據采集終端以通信方式從集中監控、絕緣裝置、蓄電池巡檢儀獲取有關數據，并將絕緣裝置、蓄電池巡檢儀的數據轉發給集中監控，獲取的數據包括各類參數整定值、測量值和告警信息以及單體電池電壓、內阻、溫度等。系統通過實時采樣獲取數據，數據采集終端可通過自采的方式采集蓄電池組浮充電流、均充電流、核容放電電流、事故跳閘放電電流，母線電壓、對地電壓與對地交流電壓等。系統具有B碼對時功能，以保證數據采集時與其他設備一致，便于事故分析與各種數據統計等。