變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 邱香麗

直流系統(tǒng)是變電站重要組成部分，其主要任務(wù)是給繼電保護(hù)裝置、斷路器操作及各類信號(hào)回路提供電源[1]。直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行與否，關(guān)系到繼電保護(hù)及斷路器能否正確動(dòng)作，會(huì)影響變電站乃至整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行，直流系統(tǒng)是保障變電站安全運(yùn)行的決定性條件之一。近年來(lái)，因直流系統(tǒng)故障導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常的事故事件時(shí)有發(fā)生。

某變電站發(fā)生一起因直流蓄電池?fù)p壞導(dǎo)致保護(hù)裝置拒動(dòng)的事件。該事件中由于110kV 線路三次發(fā)生故障，第三次線路C 相接地故障，零序Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳開斷路器，隔離C 相接地故障，重合閘動(dòng)作合上斷路器，之后又C 相接地短路故障，發(fā)展為AC 相接地短路故障，后加速保護(hù)未動(dòng)作，未有效隔離故障，最后由主變中壓側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作跳112斷路器，該事件中，由于在線路發(fā)生故障跳閘且斷路器重合后，110kV 常撫鋪桃線線路保護(hù)裝置掉電，致使后加速保護(hù)未動(dòng)作。

事件發(fā)生后，運(yùn)行人員及檢修人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：第一，跳閘期間后臺(tái)機(jī)發(fā)出“充電機(jī)柜電壓異常”“充電機(jī)柜充電模塊”等告警信號(hào)；第二，#2直流系統(tǒng)發(fā)出“單節(jié)蓄電池電壓過(guò)高”告警信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)63號(hào)蓄電池顯示電壓2.56V，在現(xiàn)場(chǎng)使用萬(wàn)用表實(shí)際測(cè)量11.18V，其余蓄電池正常；第三，伴隨110kV 線路三次跳閘，每次直流系統(tǒng)都產(chǎn)生了不同的波動(dòng)，該斷路器第三次跳閘時(shí)，#2直流系統(tǒng)電壓就開始出現(xiàn)下降，波動(dòng)范圍達(dá)到7.527～241.575V，#2直流系統(tǒng)電壓異常期間接于#2直流系統(tǒng)上的裝置出現(xiàn)了異常或重啟現(xiàn)象；第四，多套保護(hù)裝置出現(xiàn)掉電重啟信號(hào)，在跳閘后5s 內(nèi)，取自#2直流系統(tǒng)饋線屏的保護(hù)裝置均出現(xiàn)裝置掉電重啟現(xiàn)象。導(dǎo)致線路故障時(shí)部分保護(hù)拒動(dòng)、部分保護(hù)誤動(dòng)作的情況。

針對(duì)該情況檢修試驗(yàn)所繼保人員對(duì)#2組蓄電池組的第63號(hào)蓄電池進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試，其內(nèi)阻無(wú)窮大，當(dāng)蓄電池內(nèi)阻增大至初始內(nèi)阻的1.5～1.8倍時(shí)，即可判斷蓄電池壽命已終止；檢查過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)63號(hào)蓄電池正極板筋條腐蝕嚴(yán)重，且與負(fù)極柱連接處的匯流排已腐蝕斷開，極群中有一部分極板不能參與放電。

導(dǎo)致本次事件的直接原因?yàn)椋寒?dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障后，站用變母線電壓會(huì)下降，當(dāng)站用電系統(tǒng)電壓降到323V 以下時(shí)，會(huì)發(fā)生直流充電機(jī)欠壓保護(hù)動(dòng)作閉鎖直流輸出，此時(shí)站用直流電源系統(tǒng)主要依靠蓄電池組提供，直流蓄電池組存在內(nèi)部故障將導(dǎo)致直流電壓輸出異常，進(jìn)而引起接于該直流系統(tǒng)上的一次、二次設(shè)備異常或無(wú)法正常工作。間接原因?yàn)椋簩?duì)蓄電池的重視程度不夠，該蓄電池運(yùn)行年限已超過(guò)10年，未及時(shí)對(duì)該蓄電池組進(jìn)行評(píng)估并更換。

1 直流系統(tǒng)常見故障及對(duì)電力系統(tǒng)的影響

直流系統(tǒng)常見故障有以下幾種。

1.1 直流系統(tǒng)接地故障

由于直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，沒(méi)有形成短路回路，并不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，但如果直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地后，若在同一極或者另一極發(fā)生接地，構(gòu)成兩點(diǎn)接地將對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響，從圖1可以分析出直流系統(tǒng)兩點(diǎn)接地產(chǎn)生的危害。

圖1 斷路器跳閘控制回路簡(jiǎn)圖

1.1.1 兩點(diǎn)接地可能造成斷路器跳閘（誤動(dòng)）

當(dāng)直流系統(tǒng)接地發(fā)生在A-B 時(shí)，將電流繼電器觸點(diǎn)短接，而將出口中間繼電器KC 啟動(dòng)， KC 觸點(diǎn)閉合而跳閘；當(dāng)直流系統(tǒng)接地發(fā)生在A-C 兩點(diǎn)時(shí)短接KC 觸點(diǎn)而跳閘。在A-D 兩點(diǎn)，D-F 兩點(diǎn)接地同樣都能造成斷路器跳閘，這樣就造成了誤動(dòng)作。

1.1.2 兩點(diǎn)接地可能造成斷路器拒動(dòng)

接地放生在B-E 兩點(diǎn)、D-E 兩點(diǎn)或C-E 兩點(diǎn)斷路器可能拒動(dòng)。

1.1.3 兩點(diǎn)接地可能造成熔絲熔斷

當(dāng)A-E 兩點(diǎn)接地時(shí)可能造成熔絲熔斷；當(dāng)直流接地發(fā)生在B-E 兩點(diǎn)和C-E 兩點(diǎn)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)，不但斷路器拒動(dòng)，而且引起熔絲熔斷，同時(shí)有燒毀繼電器觸電的可能。

1.2 蓄電池故障

變電站直流系統(tǒng)中常見的蓄電池故障有以下幾種。

第一，蓄電池充電不足：充電器電壓、電流設(shè)置過(guò)低；初充電不足；充電機(jī)故障。

第二，蓄電池過(guò)充電：充電器電壓、電流設(shè)置過(guò)高；充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；頻繁充電；放電量小而充電量大；充電機(jī)故障。

第三，蓄電池過(guò)放電：蓄電池充電不足而繼續(xù)使用；蓄電池短路；小電流長(zhǎng)時(shí)間放電。

第四，蓄電池短路：極板彎曲變形短路；隔板缺少或裝配中破損；正極活性物質(zhì)脫落、底部短路。

第五，蓄電池?cái)嗦罚簶O柱或極板組裝時(shí)焊接不良；外部短路；大電流放電：連線接觸不良或斷開；極板腐蝕。

第六，蓄電池漏夜：槽、蓋熱封不良；極柱橡膠圈老化等密封不好；封口劑開裂；使用中疏忽被外力撞擊。

正常運(yùn)行時(shí)直流系統(tǒng)電源由充電機(jī)提供，但是當(dāng)交流失壓或一次線路故障保護(hù)動(dòng)作或需要重合閘時(shí)充電機(jī)不能正常輸出，此時(shí)需要蓄電池為保護(hù)裝置提供電源，如果此時(shí)蓄電池故障，則會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，從而會(huì)因直流系統(tǒng)故障二次擴(kuò)大事故范圍，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

1.3 充電機(jī)故障

正常運(yùn)行時(shí)變電站內(nèi)的直流電源均由充電機(jī)提供，當(dāng)充電機(jī)故障或直流系統(tǒng)進(jìn)線電源故障時(shí)則由蓄電池提供，充電機(jī)常見的故障有以下幾種。

第一，進(jìn)線電壓異常：一路電源供電時(shí)交流失壓、一次線路故障保護(hù)動(dòng)作跳閘后或需要重合閘導(dǎo)致充電機(jī)進(jìn)線電壓消失；兩路電源供電時(shí)，當(dāng)發(fā)生上述情況后，電源未能正常切換時(shí)導(dǎo)致進(jìn)項(xiàng)電壓消失或異常。

第二，模塊故障：長(zhǎng)期重負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致模塊損壞[3]；長(zhǎng)期運(yùn)行積灰影響散熱，導(dǎo)致溫度過(guò)高故障；輸出電壓過(guò)高、輸入過(guò)壓、輸入欠壓、裝置死機(jī)等。充電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間故障，蓄電池供電時(shí)間超出允許帶負(fù)載的時(shí)間或者蓄電池性能不好時(shí)，則會(huì)使變電站內(nèi)直流系統(tǒng)所供負(fù)荷（繼電保護(hù)、控制、信號(hào)、自動(dòng)裝置及事故照明等）失去電壓，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 減少直流系統(tǒng)蓄電池故障的防范措施

鑒于蓄電池故障對(duì)直流系統(tǒng)的影響，對(duì)蓄電池的重視程度及敏感度應(yīng)有所提高，現(xiàn)提出幾條減少蓄電池故障的防范措施。

2.1 220kV及以上變電站直流系統(tǒng)蓄電池組加裝續(xù)流裝置

由于蓄電池本身的質(zhì)量問(wèn)題和傳統(tǒng)測(cè)量電壓的方法，難以確認(rèn)蓄電池的好壞及運(yùn)維不及時(shí)、不全面，大部分蓄電池在運(yùn)行一定年限后就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，存在開路的風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生事故，而蓄電池又不能正常供電，其后果較為嚴(yán)重，當(dāng)蓄電池組任意節(jié)電池在事故期間發(fā)生開路，將導(dǎo)致保護(hù)裝置等設(shè)備拒動(dòng)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行[4]。

針對(duì)此問(wèn)題，在直流系統(tǒng)中加裝蓄電池開路續(xù)流裝置，作為蓄電池開路的自動(dòng)保護(hù)，該裝置通過(guò)蓄電池開路時(shí)的蓄電池內(nèi)阻、端電壓、充放電電流、續(xù)流二極管導(dǎo)通情況等，判斷該蓄電池是否存在開路[5]，如存在開路情況通過(guò)保護(hù)裝置閉合繼電器短接該開路蓄電池，保證整組蓄電的正常運(yùn)行，從而保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 對(duì)服役時(shí)間不同的蓄電池組區(qū)別對(duì)待

運(yùn)行8年及以上的蓄電池組，應(yīng)結(jié)合上次容量測(cè)試結(jié)果及設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)綜合考慮，宜逐步更換整組蓄電池。運(yùn)行達(dá)10年及以上的蓄電池組，必須更換，更換后的蓄電池組應(yīng)滿足各類反措要求。如果變電站配置有兩組蓄電池，必須滿足兩組蓄電池為不同廠家。

應(yīng)對(duì)直流電源系統(tǒng)中絕緣性能老化、控制失靈、參數(shù)誤差嚴(yán)重超標(biāo)、異常和故障頻繁、技術(shù)性能落后、不能保證正常運(yùn)行且無(wú)修復(fù)價(jià)值的充電模塊、微機(jī)監(jiān)控器、絕緣監(jiān)測(cè)裝置等進(jìn)行技術(shù)改造或更換[6]。

2.3 嚴(yán)格按要求對(duì)直流系統(tǒng)開展運(yùn)維

2.3.1 按巡維周期開展巡維工作

變電運(yùn)行人員應(yīng)按巡維周期開展巡維工作，分為日常巡維、動(dòng)態(tài)巡維。日常巡維按照直流電源系統(tǒng)設(shè)備管控等級(jí)實(shí)行分級(jí)管控，包括日常巡視、簡(jiǎn)單維護(hù)，動(dòng)態(tài)巡維按照觸發(fā)類別和觸發(fā)條件啟動(dòng)。主要維護(hù)項(xiàng)目如下。

第一，運(yùn)行環(huán)境：日常巡維工作中應(yīng)開展直流充電模塊、蓄電池組、屏柜端子等設(shè)備清潔維護(hù)工作，確保運(yùn)行環(huán)境條件良好。

第二，測(cè)溫：按照日常巡維周期要求定期用紅外成像儀進(jìn)行測(cè)溫，檢查直流系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)、關(guān)鍵裝置，包含并不限于電源點(diǎn)進(jìn)線開關(guān)、匯流母排、饋線電纜接線處、充電裝置本體，以及蓄電池外殼與極柱等的溫度有無(wú)異常。

第三，蓄電池單只電壓測(cè)量：定期開展蓄電池單只電壓測(cè)量，并做好記錄；每季度斷開一次充電機(jī)交流電，開展蓄電池單只電壓檢測(cè)并記錄，檢測(cè)完成后及時(shí)恢復(fù)充電機(jī)交流電源。對(duì)端電壓異常的蓄電池，須進(jìn)一步開展內(nèi)阻測(cè)試，如有異常，應(yīng)及時(shí)通知檢修人員處理。

第四，回路切換試驗(yàn)：每季度開展一次直流系統(tǒng)交流電源切換試驗(yàn)、UPS 電源切換試驗(yàn)，保證切換回路正常。

第五，內(nèi)阻測(cè)試：對(duì)未列入年度檢修計(jì)劃的蓄電池每年開展1次內(nèi)阻測(cè)試工作，若發(fā)現(xiàn)蓄電池內(nèi)阻異常，應(yīng)將結(jié)果以缺陷形式輸出到變電修試所做進(jìn)一步檢測(cè)分析和處理。

日常的巡視維護(hù)工作中，必須保證直流系統(tǒng)的母線上有一組蓄電池在工作，如確需退出全部蓄電池開展相關(guān)工作，應(yīng)接入備用蓄電池后方可開展相關(guān)工作。

2.3.2 直流系統(tǒng)的操作注意事項(xiàng)

第一，正常運(yùn)行方式下不允許兩段直流母線長(zhǎng)時(shí)間并列運(yùn)行，并列運(yùn)行包括兩套或更多直流充電機(jī)、蓄電池組運(yùn)行在同一段母線上。倒閘操作中允許兩套直流系統(tǒng)短時(shí)并列，操作前應(yīng)檢查雙套系統(tǒng)電壓極性一致，且電壓差小于2%額定直流電壓后方可繼續(xù)操作。

第二，兩段直流母線并列時(shí)，為防止壓差過(guò)大引發(fā)直流電壓波動(dòng)，甚至發(fā)生短路，應(yīng)在并列前用萬(wàn)用表直流電壓檔，測(cè)量?jī)啥沃绷髂妇€電壓差少于2%額定電壓，原則上不大于5V。

第三，在充電機(jī)組、蓄電池組退出后再次投入時(shí)，應(yīng)確保保險(xiǎn)完好閉合，并使用合格萬(wàn)用表的直流電壓檔，測(cè)量保險(xiǎn)的上下兩端電位，在確保壓差為0的情況下，再開展相關(guān)操作，投入后應(yīng)檢查充電機(jī)、蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)。

第四，在操作中應(yīng)關(guān)注充電機(jī)和蓄電池組保險(xiǎn)接觸的可靠性，避免因保險(xiǎn)損壞或接觸不良導(dǎo)致充電機(jī)、蓄電池不能正常運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)從直流系統(tǒng)蓄電池故障引起的保護(hù)拒動(dòng)事件出發(fā)，分析直流系統(tǒng)在電網(wǎng)中的常見故障及影響，基于蓄電池在直流系統(tǒng)中的地位，考慮蓄電池故障給電力系統(tǒng)帶來(lái)的影響，提出減少直流系統(tǒng)蓄電池故障的防范措施，從而提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。