變電站直流系統原理及失地處理方法

吳錫波

摘要：直流系統廣泛應用于水力、火力發電廠、各類變電站和其它使用直流設備的用戶，為信號設備、保護、自動裝置、事故照明及斷路器分、合閘操作提供直流電源，它也同樣廣泛的應用于通信部門、計算機房、醫院、礦井、賓館以及高層建筑的可靠應急電源，用途十分廣泛。變電站的心臟是直流系統，對直流系統進行科學維護是變電站的核心工作，直流系統的可靠與否，對我們變電站的安全運行起著至關重要的作用，是變電站安全運行的保證。

關鍵詞：直流;電源;變電站

本文主要介紹直流系統的作用及基本原理，在變電站建造時直流系統驗收過程中應注意的相關規范與標準，直流系統接地的處理方法幾個方面，最后通過兩個變電站直流故障處理實例來分析直流系統故障處理步驟。

1直流系統的作用及原理

直流系統是變電站非常重要的組成部分，它的主要任務就是給繼電保護裝置、斷路器操作、各類信號回路提供電源。直流系統的正常運行與否，關系到繼電保護及斷路器能否正確動作，會影響到整個變電站乃至整個電網的安全運行。直流系統是一個獨立供電系統，在外部交流電中斷的情況下，可以由蓄電池繼續提供直流電源，保障重要設備供電不中斷。

1.1交流配電單元

為了提高直流系統的供電可靠性，直流系統由兩路交流電源分別供電，互為備用，兩路380V市電交流電源輸入經過配電單元切換后，給充電模塊提供一路380V交流電，另外一路作為備用電源。交流配電單元的作用就是當運行的交流電源故障時能自動切換到備用交流電源，保證交流供電不中斷。

1.2充電模塊

將380V交流電整流成240V直流電的一種換流設備，實現負荷正常供電的同時向蓄電池充電，是提供直流電源的主要設備。

1.3蓄電池組

用電氣方式連接起來的多個單體蓄電池，能將所獲得的電能以化學能的形式貯存，交流失電后將化學能轉變為電能的一種電化學裝置。 在正常運行時，充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負載，以恒壓充電方式工作。充電裝置在承擔經常性負荷的同時向蓄電池補充電，以補償蓄電池的自放電，使蓄電池組以滿容量的狀態處于備用。在事故情況下，交流供電中斷后，充電裝置停止運行，由蓄電池給負載供電。

1.4監控系統

完成整個系統的數據采集、顯示，進行系統狀態的監測和控制，實現系統的“四遙”功能。

1.5直流絕緣監測原理

如圖2，正常運行時，正極負極對地都是110V，平時我們常用萬用表測量是否有接地現象。當發生接地時（圖3），相當于在正極和地之間并接了一個電阻，此時正對地電壓降低，負對地電壓升高。

此時正極對地電壓為：

負極對地電壓為：

監測裝置通過比較計算顯示其對地電阻Rj，當Rj超過定值時，裝置發出接地告警。

2直流系統驗收相關規定

調繼〔2020〕56號 國網福建電力調控中心關于福建電網站用直流電源系統驗收運維及檢修補充要求的通知

1.新投運變電站的蓄電池組容量試驗應有驗收人員旁站監督，經3次充放電仍達不到100%額定容量的應整組更換。試驗后3個月內未投運，應在變電站投運前按上述標準重新進行容量試驗。

2.嚴禁蓄電池組脫離直流母線。單組蓄電池退出時，應先接入臨時蓄電池組。單只蓄電池退出時，應先采取臨時跨接措施。

3.蓄電池室室內作業期間，通風設備應全程開啟。

4.蓄電池組發生事故放電，恢復正常后應及時用充電裝置對蓄電池組補充充電，人員在確認蓄電池組恢復正常浮充狀態后方可離開。

5.新更換的高頻開關模塊應準確調校輸出電壓，確認與其他運行模塊輸出電壓一致后方可投入運行。

6.直流系統投運前應出具，蓄電池報告，充電裝置檢驗報告，直流絕緣監測裝置檢驗報告。

3直流系統接地的處理方法

3.1直流系統接地概念

當直流系統的正極或負極與大地之間的絕緣水平降低到某一整定值或低于某一規定值時，統稱為直流系統接地

3.2直流系統接地故障的危害

1.正極接地：當直流系統正極接地時，將會有可能造成保護誤動， 正極對地電壓降低或者為零，負極對地電壓升高。

2.負極接地：當直流系統負極接地時，將會有可能造成保護拒動，負極對地電壓降低或者為零，正極對地電壓升高。

3.如下圖4，當A點、B點兩點接地，相當于將6、7接點短接，從而使YT誤動作跳閘，會引起開關誤動作;當B點、E點兩點接地，相當于B、E短接，會引起的開關拒動。

3.3直流系統接地查找原則

一般根據運行方式、操作情況、氣候影響來判斷可能接地的地點，先用便攜式直流接地查找儀器查找，如未檢測出來在采取拉路尋找分路處理的方法，以先信號和照明部分后操作部分，先室外部分后室內部分，先負荷后電源為原則。

3.4直流系統接地查找方法

1.分清接地故障的極性，分析故障發生的可能原因

2.若站內二次回路有工作或有設備檢修試驗，應立即停止，檢查工作現場，拉開其工作電源，看接地信號是否消除

3.使用便攜式直流接地檢測儀。檢測每個支路接地電阻，確定支路后再查找具體接地點。

4.如未檢測出或因高阻接地無法檢測出，再采取拉路尋找，分路處理。根據現場標識和圖紙，找出總路空開下級串接的所有空開，按照先信號后控制，先戶外后室內的原則排出拉路順序，做好記錄。對于保護及控制回路，因其直接影響電力系統安全，拉路時間控制在3秒內。

4直流系統接地案例

4.1案例一

下圖5為某變電站發生直流系統故障告警后，主站遙測系統直流母線電壓曲線圖。通過電壓曲線初步判斷缺陷問題

從圖5中可以看出直流母線電壓13：00左右從227.5V瞬間降低到215V左右，并隨著時間推移，電壓逐步降低。這樣我們可以肯定的是現在直流母線由蓄電池輸出電源，充電機故障或者交流輸入無電壓。初步判斷后可以看出故障的緊急性及相關備品備件的準備。現場檢查為直流充電模塊內部短路故障（模塊未配單獨空開），導致兩路交流進線相繼跳閘，模塊失去交流電源，直流系統由蓄電池輸出。16：10故障點隔離完成后，恢復直流系統的正常運行，電壓恢復正常。

4.2案例2

下圖6為某變電站發生直流系統接地告警，主站遙測系統負母對地電壓曲線圖

從圖中可以看出，負母對地電壓在123V至126V之間波動，說明正對地絕緣降低，發生高阻接地。現場檢查為某間隔地刀機構箱內密封不嚴，銹蝕嚴重，絕緣不合格。對站內其他同型號地刀機構進行排查處理。10點00分處理完后負對地電壓恢復正常。

5小結

直流系統是變電站非常重要的組成部分，對于直流系統的異常或者缺陷應及時處理，我們可以利用調度系統調取相關信號及波形進行初步分析，查看變電站后臺數據，結合一些相關告警信號以及站內現場工作情況進行分析，不要盲目的進行拉路法進行故障查找，從而提高缺陷的定性及處理效率。

參考文獻

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