變電站直流系統改造與分析

聶胤 曹蓓

摘要：可靠的直流系統是保證變電站安全運行的決定性條件之一。本文重點闡述了老舊變電站直流系統的改造流程及注意事項，從而進一步規范作業行為，確保施工安全，降低人身、電網和施工風險，為今后的直流系統改造提供參考。

關鍵詞：變電站;直流系統;改造流程

0 引言

變電站直流系統是變電站至關重要的組成部分，其可靠性直接影響到電力系統安全運行[1]。對運行10年及以上的變電站，其直流系統已嚴重老化、維護困難，存在安全隱患。為保證直流系統能可靠不間斷的為變電站提供直流電源，維持站內直流用電設備的正常穩定運行，需及時對老舊直流系統進行改造。

王英東等[2]針對尼爾基發電廠廠用220V直流系統設備老化、部件停產等問題提出了優化改造方案;吳彥利等[3]對寧夏候橋330kV變電站直流系統進行了改造，在保障設備安全穩定運行、不失電的前提下將不合規范的直流小母線、兩點兩充的五面屏等退運拆除，并接入了七面兩電三充屏，鋪設相關電纜;王夢浩等[4]為解決天生橋一級水電站機組220V直流系統設計不完善、接線方式不滿足南方電網要求的問題，對其進行整體改造、優化接線方式，可靠性大大提高。本文基于110kV變電站的特點及存在問題，闡述老舊變電站直流系統的改造流程及注意事項。

1 直流系統作用

直流系統是給遠動設備、保護及自動化裝置、事故照明、斷路器、隔離開關操作等提供直流電源的獨立電源設備，當外部交流電失電的情況下，由蓄電池接替提供直流電源，保障變電站保護、測控等裝置的正常運行[5]。

2 直流系統組成結構

如圖1所示，直流系統主要由充電屏、饋線屏、蓄電池屏三大部分組成。充電屏包含交流配電、防雷裝置、微機監控裝置;蓄電池屏包含蓄電池組、電池巡檢裝置;饋線屏包含母線調壓裝置、合閘回路和控制回路等。

直流系統由兩路交流電源輸入，經過交流自動切換裝置選擇一路輸入，并通過交流配電單元給各個充電模塊供電。充電模塊將三相交流電轉換為220V/48V直流，經隔離二極管輸出，供電池充電和直流負載使用。微機監控單元對系統進行管理和控制，主要作用是采集信號、處理、統一管理，在液晶面板上提供人機操作界面，并可遠程通信。絕緣檢測單元用來檢測母線絕緣情況，當發生饋線接地或絕緣不良時能及時發信、報警。

3 直流系統改造原因

針對運行10年及以上、運行狀況不良、功能不全、配件維護困難的變電站進行改造，比如絕緣檢測裝置老化，不能準確判斷支路接地、絕緣不良的情況;不具備交流竄直流的檢測功能;不具備ATS自動切換功能;直流系統信號缺失、配件停產、直流系統誤發信號等等，依據國網十八項反措[6]應進行改造。

4 直流系統改造內容

針對110kV變電站的老舊直流系統改造，在不停電的情況下更換直流饋線屏、充電屏和蓄電池，并從改造過程中提取經驗，形成典型的施工流程和注意事項，從而進一步規范作業行為，確保施工安全，降低人身、電網和施工風險。

表1給出了具體施工流程和注意事項，具體分為8個步驟。

第1步：現場查勘和施工方案編制。該部分工作需提前一個月完成，仔細核對上下級的空開容量大小;仔細核對保護、測控裝置，監控后臺、調度數據網臨時電源并接點，確保后期施工過程中保護、測控等裝置不失電，調度數據網無法實現不停電的需提前向值班調度員匯報。注意：老站直流系統相關信號缺失，需結合改造完善。一般只能硬接點上送，現場查勘時，需統計信號電纜長度、信號接入點，提前完成電纜標示牌和電纜號頭的制作，縮短現場施工的時間。

第2步：蓄電池校驗。提前一個月完成蓄電池的核容檢查，不合格的應及時更換，確保蓄電池功能正常。

第3步：點表制作。提前一個星期完善點表，需上送的信號（硬接點）見施工圖紙。仔細核對施工圖紙，做好施工前的準備工作。

第4步：轉移負荷至臨時電源。現場許可工作后，開始轉移負荷，轉移負荷時，需直流班和保護班人員同時在場，待所有負荷全部轉移后，經保護班人員核對無誤，方可斷開直流饋線屏內的所有空開，移除舊的直流充電屏和饋線屏。

第5步：ATS自動切換功能校驗。新直流充電屏就位后，接入ATS的兩路交流，切記在不帶負載的情況下驗證ATS自動切換功能是否滿足要求。

第6步：拆除臨時電源。待負荷全部轉移回新直流饋線屏后，原蓄電池回路接入新直流充電屏后，方可拆除臨時電源并接線。注意每一路饋線負荷需與空開一一對應。

第7步：信號接入與核對。按精益化的要求做好電纜牌標簽標識、電纜號頭。信號接入后，先與當地后臺核對信號無誤，方可向調度申請重啟遠動，進而與主站值班調度人員核對信號，確認所有信號無誤后，方可消票結束工作。注意：220kV變電站需至少提前兩個工作日走檢修票，110kV變電站提前一天或當天走檢修票。為保證現場信號核對的順利性，需提前一天與主站自動化人員聯系，確認主站端信號已完成修改。

第8步：清理現場。所有工作完畢后，要清理現場并將退役下來的屏柜和其它設備移入倉庫，完成報廢流程。

5 直流系統改造后的效果

通過改造后，新的直流系統不再誤發信號，按照典型點表的要求完善了各類信號上送，ATS具備自動切換功能且現場試驗正確，絕緣檢測裝置具備交竄直檢測功能且現場試驗正確，空開極差配置合理且試驗合格，有力地維護了直流系統穩定運行的可靠性和安全性，進一步保障了變電站的安全穩定供電。

6 結論

本文針對老舊變電站直流系統存在的安全隱患，結合實際情況提出具體的改造方案。直流系統改造采用不停電方式進行，改造過程中不得導致保護、測控等裝置失電或者控制回路斷線，否則會導致嚴重后果。因此現場查勘一定要仔細，不可遺漏饋線間隔;施工方案編寫時要從實際出發，需具備現場指導意義;轉移負荷是重中之重，應采用輻射供電方式轉接，不得串接，臨時電源并接線必須緊固、接觸良好;直流系統信號要盡量完善，方便后期的運行維護。實踐證明，改造后系統可靠性得到大幅提升，改造經驗可進一步規范作業行為，對今后的直流系統改造工程具有參考意義。

參考文獻

[1]杜時光， 王長春. 220kV洼里變電站直流系統的不停電改造[J].通信電源技術. 2019， 36（01）： 75-76.

[2]王英東.尼爾基發電廠廠用220V直流系統改造[J]. 水電站機電技術. 2015， 38（09）： 63-64.

[3]吳彥利， 李樂. 寧夏侯橋330kV變電站直流系統改造方案[J].光源與照明. 2020（10）： 63-65.

[4]王夢浩. 天生橋一級水電站機組220V直流系統改造[J]. 廣西水利水電. 2020（05）： 78-80.

[5]陳遠軍，周哲 ，趙浩標.電力變電站直流系統運行維護研究[J].電子設計工程. 2019， 27（20）： 101-105.

[6]國家電網公司.十八項電網重大反事故措施（修訂版）[M]. 北京：中國電力， 2018.