厂站直流系统可靠性提升方案

厂站直流系统可靠性提升方案

刘烨

云南电网有限责任公司大理供电局 671000

摘要： 变电站直流系统在电网稳定运行中具有重要作用。现部分直流系统存在元件老旧，接线方式不合理等问题，对其可靠性产生了不同程度影响。本文通过对直流系统结构与运行原理进行研究，提出改善直流系统可靠性的方案，其中包括选用可靠元件、避免直流系统设计缺陷、直流系统异常处置方法。

关键词:直流系统、接线、可靠性

An improvement plan for transformer substation direct current system reliability

Abstract: The direct current system has significant effect on the stable operation of the power network. In the current running system, there are flaws exists like using outdated components and unreasonable device wiring method, those flaws have different influence on the system reliability. This paper proposed a plan to improve the reliability of the transformer substation through studies of structure and operation system of direct current system, this plan includes procedures as choose reliable components, avoid direct current system design flaws and abnormal treatment method.

Key words: Direct Current System，Configuration，Reliability

0引言

正常情况下，变电站直流系统为站内保护、测控、通信装置、分合闸回路及事故照明等设备提供直流电源，其UPS作为站用电交流故障时重要交流负荷（如变电站监控系统、微机系统等）的备用电源。如若站用直流系统故障，将导致保护拒动，越级跳闸，扩大事故范围，甚至造成全变电站电压，严重危害电网稳定运行，可见直流系统在电力系统中有至关重要的作用。直流系统原件较多，各厂直流系统接线方式、设备厂家均有差异，对其运维增加了难度。加之，直流系统本身运行稳定，需要操作、检修的次数较少，运维人员对直流系统的熟悉度较低。此外，本地区110kV及以上电压等级变电站的直流系统，部分超年限运行尚未进行升级改造，设备老旧直接降低直流系统的安全稳定运行，提升直流系统的可靠性刻不容援。

1 直流系统概述

直流系统虽结构复杂，但各直流系统的结构单元、工作原理基本类同。

1.1直流系统结构

典型的直流系统由交流配电单元、直流充电单元、直流馈线单元、蓄电池单元、UPS（交流不间断）系统及智能监控系统六个部分构成。交流配电单元从站用电输出，为直流系统提供稳定交流电源。充电单元主要为充电机（整流模块）、集中监控器。馈线单元包括控制母线、合闸母线、降压硅链（部分直流系统配置）、直流开关等。蓄电池单元为多个单只蓄电池串而成的蓄电池组。监控单元包含：直流监控、交流监控、集中监控模块、测量仪表等。

图一　直流系统结构

1.2直流系统工作原理

站用变低压馈线输入380V交流电压至充电机，充电机通过工频整流—高频逆变—高频整流—滤波后输出优质、稳定的直流电源。充电机输出的直流电源汇集至直流母线，供厂站直流负荷使用，也同时对蓄电池组进行充电。直流母线通过降硅链降压后输送入至控制母线供给直流控母负荷。当站用交流电异常或充电机故障无输出时，蓄电池组作为直流电源，向直流母线送电，同时启动USP装置，将直流电源逆变成交流，供站内重要交流负荷使用，避免变电站瘫痪。

智能监控系统实现对各环节交、直流，输入/输出电压、电流，直流母线电压等的数据进行采集和监视作为保护判定，同时将输出反馈至输入，起到控制、调节输出作的用。实现对母线和各支路的绝缘监测和蓄电池单支、整组电压的检测，检测结果通过表计、装置模块、后台发信等方式提供给运维人员。

2直流系统可靠性提升方案

2.1提直流高元件可靠性

早期使用的铅酸蓄电池，会分解有气体，需设置独立蓄电池室，进入前要进行通风。建议将老蓄电池升级为性能稳定、体积小、热容量小，无酸雾排放的新形阀控式全密铅酸蓄电池，蓄电池组可放置于恒温的保护室内，与其他直流设备共同维护。此外，蓄电池更换、扩容也应使用同厂家、同型号的蓄电池，条件不满足建议整组更换。

直流输出不稳定，直接影响蓄电池的寿命。直流系统应配置稳压、稳流精度，波纹系数符合要求的直流充电机，同时携带过压、欠压等保护功能。

2.2避免直流系统设计缺陷

2.2.1直流系统接线

常用的直流接线方式有单母分段、双母线分段、单母接线，充电机和蓄电池配置为单充电、双充电、或三充电，单组蓄电池或双组蓄电池。母线分段接线较为可靠，正常运行两路直流电源相互独立，事故时互为备用，任一路交流故障，两段直流母线联络运行，不影响直流系统正常工作。分段接线若同时配置双充电、双蓄电池组的直流系统（图2），不仅能保证任一路交流故障或任一组蓄电池、充电机故障或检修时直流系统的可靠供电，还能实现单回路、单套蓄电池组或充电机不停电升级改造。目前仍有部分变电站任然采用最不可靠的单母、单充、单蓄电池组的接线，建议根据变电站的重要程度和经济性进行改造。枢纽变电站直流系统应至少为分段、双充、双蓄电池组接线，对于特殊或极其重要的厂站可配置为双母分段、双充、双蓄电池组接线。

图二 单母分段、双充电、双蓄电池接线

蓄电池充放电回路应与充电主回路相独立，避免充电机故障，方式切换为直流母线联络运行时，蓄电池回路也同时断开断开，造成单段直流母线短时失压。如图三，当第二套充电装置异常时，2DK动作断开充电机回路1位，接通母联2位由直流Ⅰ断母线供电，开关切换时蓄电池与Ⅱ断直流母线断开，造成短暂施压。

图三 蓄电池组接主回路

2.2.2充电机、蓄电池容量要求

直流充电机的功率和蓄电池组的容量应该按照一组充电机或蓄电池完全退出运行，另一组能完全适应所有站用直流负荷正常供电的N+1原则进行配置。正常运行时，备用充电机可采用随机分配方式轮流运作，既能延长单台充电机的寿命，同时也避免备用充电机长期不运行后临时投入运行的不可控性。

如：某220kV变电站为直流系统为单母分段、双充、双蓄电池组接线，每套充电机的功率、蓄电池的容量需满足：

P≥MAX（P₁，P₂）*2 —（1）

n≥P/P_N —（2）

16. P₁、P₂、P_N 分别为单套充电机总功率、Ⅰ段直流负荷总功率、Ⅱ段直流母线总功率、单个充电机额定功率；n为一套充电装置充电机个数（取整）。

该变电站应配置两套容量均为P的蓄电池组。两套充电装置，每套为n个充电机并联运行，才能满足可靠性要求。正常分列运行时，两套充电装置不定时从n台充电机中随机抽取能满足自身功率台数的充电机运行。

2.2.3直流馈线改造

采用直流馈线网络应采用辐射供电方式。各电压等级的控制、信号回路，应分散接至两段直流母线分开供电，且各段直流母线负荷分配应尽量均匀。双重配置的保护及自动装置，也应接在不同直流母线上，独立运行。排查各级直流开关容量，实现上下级配合。改善屏顶小母线的接线，避免导线缠绕、交叉，对裸露、废弃端头进行绝缘处理，降低直流接地的风险。

2.2.4 直流回路接入改进

每逢雨季，端子箱由于防潮不良，直流系统极易发生接地故障。且不说单极多点接地容易造成保护误动或拒动。由于目前直流接地选线装置技术受限，只能选出主干支路，而直流系统支路繁杂，直流接地查找实际上较为困难。此外，直流接地采用拉路查找，保护装置及设备的分合闸回路需短时断电，大大降低了电力系统运行的可靠性。为提高直流系统的可靠性，直流线路可采用类似于光纤通道的卡口式接入设计。避免了裸露的导线与潮湿的空气直接接触，从根源上减少了直流回路接地的可能性，大大提升了供电可靠性。

2.3直流系统异常处置

直流母线正常情况下由充电机组供电，充电机异常时，蓄电池组供电。正常接线方式下站内直流设备发生掉电，定有直流母线失压，由此可判定为该直流母线连接的充电机组和蓄电池均出现问题。在这种情况下，应检查充电机欠压、过压保护的启动情况，保护是否复归，同时检查、测量查蓄单只电池电压及电组，查找更换故障蓄电池。

直流系统接地时应尽快查找接地点，防止一点接地扩大为两点接地造成保护拒动或误动。查找时应先根据运行方式、操作情况、天气状况等因素，做出初步判断。遵循先信号和照明后操作部分，先室外后室内，先负荷后电源的原则进行拉路查找。

由于直流监视系统结构复杂，其信号采集不一定准确、仪表显示也不太可靠。巡视过程中，如后台发出告警或者仪表指示异常或，应先查看各单元参数定值，逐级排查，寻找故障根源后对症下药。正常情况下也应该定期进行人工检查、测量，并与装置采集量进行核对，确保装置数据采集正常，仪表显示正确。

3 结束语

本文从仅从直流系统各部件、设计、常见问题方面提出了改进意见。提升直流系统可靠性仍需从其他角度深入研究。如：按标准制定直流系统验收规范，对新投运或改造后的直流系统，严格按照规范进行验收；组织培训、实操，加强运维人员对直流系统的熟悉程度，掌握其运作原理；制定落实站用直流系统定检工作及周期性试验项目，及时发现缺陷并进行跟踪；对实验数据进行对比分析，必要时制定风险控制措施等。层层把关、强化管理，树立直流系统在电力系统安全运行中的重要地位，提高对直流系统的运维管理的重视程度，对提升直流系统的可靠性也起着至关重要的作用。

参考文献

[1] 刘冬梅，李博。变电站直流系统运行现状及存在问题分析，2013年。

[2] 翁志华，陈沈国，杨海威。变电所直流系统运行管理的优化，2017年。

[3] 胡伟伟。对110kV变电站直流系统改造方案的讨论，2017年。

[4] 顾宁。浅谈变电站直流系统优化，2010年。

作者简介：刘烨，女，1993，大理供电局，助理工程师，变电运行，云南省大理州下关镇漾濞路212号，邮编：671000.