直流屏失电对高压柜的影响分析

直流屏失电对高压柜的影响分析

查勇君

冀东水泥璧山有限责任公司 重庆璧山 402774

摘要：本文通过对发生在本单位窑头电气室直流屏失电后，一系列高压柜设备出现异常动作的分析，使我们了解直流屏的作用、研究明白直流屏对高压柜的控制原理，以及高压柜出现异常如何快速分析出直流屏异常，减少设备故障排查时间，对我们安全、合理、高效使用直流屏装置提供了新的思路。

关键字：直流屏；高压断路器；充电模块；继电器

引言

随着时代的发展，工厂企业的高压设备逐步增加，直流屏的作用更加重要，在企业电气控制中占着重中之重的作用，一旦出现故障，将导致整个电气系统出行重大故障，轻者设备停机、生产停止，重则高压柜、电机损坏，乃至于生产系统严重事故的发生。

直流屏的主要作用是给高压开关的分合闸机构提供电源，高压断路器的分合闸机构需要很大的直流电流，同时还需给高压开关柜顶部的直流小母线提供信号、控制、报警等回路的直流电源，以及一些继电器保护和自动装置提供直流电源。直流电源作为操作电源和信号显示报警电源，也为较大较复杂的高低压配电系统的自动或者电动操作提供电能源。直流屏的主要组成：交流电源、整流装置、充电（稳流和稳压）机、蓄电池组、直流配电等组成。

本公司2021年发生一起直流屏故障，导致直流屏控制器在使用的过程中无法给电池组持续充电，在使用过程中电池组逐步失电，电池组的电压逐步降低，继而导致正在运行中的高压柜及设备出现一系列的异常动作，在此我们将分析其中的原理，故障表现及形成的原因，使我们电气人员更加了解直流屏的作用、研究明白直流屏对高压柜的控制原理，促进电气人员更加安全、合理、高效使用直流屏装置，提供了更广阔的思路，提高直流屏的管理水平，确保电气设备安全稳定运行，为生产保驾护航。

1、直流屏和高压柜设备配置信息

本公司直流屏已经运行10年，运行正常，无其它异常故障发生，直流屏主要配置参

数如下表：

序号	名 称	规格型号	单位	数量	配置参数
1	高频充馈一体屏	GZDW 2260×800×600mm	面	1	10A/220V高频模块-3只； 监控模块（三合一）×1只；交流互投；防雷装置；电压电流表；变送器；调压装置×1套
2	蓄电池	GFM-100	组	1	100AH/2V，每组108只
注	输入电压: AC 380V；直流额定输出电压：220V；充电方式：微机控制自动转换充电，无远程监视功能。

本公司高压柜已经运行10年，运行正常，无其它异常故障发生，高压柜主要配置参数如下表：

序号	名 称	规格型号	断路器型号
1	高压柜	KYN28A-12	VS1-12-1250/31.5KA
注	高压柜组成：母线室、断路器室、电缆室、控制仪表室、封闭母线桥

开关柜技术要求：采用金属铠装、耐电弧的手车型开关柜，并满足“五防”闭锁要求，开关柜自身有完善的闭锁，有带电显示装置，就地保护及计量装置。断路器在“合”或“分”位置，机械弹簧均能储能。如果弹簧未能完全储能，断路器不能合闸，并且有可以观察的指示装置（机械型）来表示弹簧的状态，直流电机用来给弹簧机构自动储能。断路器完全合闸后，机构操作弹簧应立即自动开始储能，并且有一套紧急状况下的手动操作储能装置。

2、故障分析

在直流屏在运行过程中，属于浮充状态，在直流屏的微机（控制主机）出现故障后，失去对充电机的控制，充电机停止对电池持续充电，直流屏的负载高压柜一直处于运行状态，仪器仪表等都需要直流屏供电，在持续用电过程中，蓄电池的电压逐步降低，引起一系列的故障发生，我们将一起分析这其中故障发生的现象及原因分析。

2.1 第一故障现象

高压开关柜（电机型）在运行过程中，中控DCS程序报电机开关柜备妥丢失，电机程序报故障而停机，分析原因可以看出，在运行中，直流屏电池组电压降低，导致电气控制中的+KM和-KM之间的电压降低（正常电压为直流220V），备妥继电器KA1电压不足而闪断开，继而中控报备妥故障而停止设备运行（1KA为PLC控制继电器，K1收到DCS停止驱动，1KA失电，形成4X-3得电而高压断路器分闸线圈动作断开而停止设备运行）。

2.2 第二故障现象

中控发现电机设备无备妥停机后，通知岗位检查现场设备，通知电工检查电气室高压柜是否存在异常，未发现明显异常（高压柜仪表的状态指示显示正常，直流屏电池组电压虽然降低，但是仪表还能显示正常，无法发现其它异常），中控再次启动，启动后，1KA动作，形成4X-2得电而高压柜合闸线圈动作，但是在合闸过程中，因电池组电压降低，合闸线圈电压不够，无足够的线圈力量将高压真空断路器合闸，合闸电磁铁却一直在执行合闸命令（断路器未合闸，一直无合闸信号反馈，合闸线圈一直执行合闸命令），线圈长时间得电动作中，导致线圈温度急剧上升，导致线圈温度过高而冒烟烧毁（少量烟雾冒出，并且有大量高温烧糊线圈的异味）。中控规定时间内未收到合闸信号，中控显示合闸失败。

2.3 第三故障现象

直流屏电压继续失压中，直流屏的电池电压已经无法满足所有高压柜直流设备的显示、工作要求，已经无法正常显示仪表的功能，现场高压柜的综保仪表显示闪烁，中控备妥状态显示闪烁，中控室操作画面显示设备中控备妥连续不停的闪烁，部分设备中控显示设备已经停止运行，但设备还处于运行状态（部分设备因器件失电电压有差别，表现出部分设备未停止运行，高压柜处于合闸状态，虽然中控已经发出停止指令,但直流屏无足够电压使高压分闸线圈动作，设备未停止运行）。此时设备处于无法中控远程控制状态，设备的停机需要电气人员高压柜手动分闸（高风险作业动作）。

2.4 第四故障现象

当出现高压柜仪表大面积不停闪烁及部分仪表显示灯明显不亮时，已经很明显能判断出直流屏出现严重异常情况，需要立即检查直流屏的工作状态，通过检查发现直流屏的微机（控制主机）已经无法显示，高频充电模块显示未工作，电池组的监控电压低于120V，已经无法供应负载设备的正常使用。故障原因明确后，检查发现微机已经损坏，无法对充电模块输出工作指令，紧急情况下，将充电模块工作状态由自动状态改为手动控制充电状态（手动充电状态将一直处于充电中，电池组充满后也无法改变充电模块的工作状态）。改动后，电池组电压快速恢复至正常值220V，观察高压柜仪表指示灯都恢复正常，中控设备状态显示恢复正常，控制正常。

2.5故障总结

通过上述直流屏失电后引起的一系列故障现象分析，直流屏失电后的故障是逐步发展的，前期的故障还是电气人员能够控制及及时恢复的，但是一直未发现，将导致直流电负载出现大面积的异常故障现象，进而设备也出现大面积异常，设备停机、分合闸线圈烧毁等一系列严重故障，此时，设备的故障已经严重，人员无法控制事态继续变严重，短期已经无法恢复生产正常，如果还出现其它连锁的故障事故发生，将产生更不可估量的经济损失。

上述案例对于电气管理人员的教训是深刻的，造成设备大面积出行异常停机，并且高压柜设备处于无法控制的状态，这是一种极其危险的状态，如果此时候的设备出行其它异常，需要紧急停机，无直流电将导致部分高压设备一直处于运行中，将导致设备故障严重扩大化，形成严重的生产事故。

3 结束语

因2011年投入使用的直流屏无中控远程监控功能，无法实时监控直流屏的电池组电压、充电模块的充电状态，负载运行电流等一系列参数，出行异常后无法第一时间发现，导致出现严重设备停机时才能检查发现异常，已经为时已晚。在日后的设备更新换代过程中，需要考虑直流屏的中控监控功能及手机APP远程实时监控，设备异常时，远程都能快速出现报警，提醒电气人员及时检查异常设备，及时恢复，避免出现严重异常设备故障。

参考文献

[1] 10kV KYN28开关柜运行及维护检修[M]．王松廷．中国电力出版社有限公司 2019.01

[2] 高压电工实用技能全书[M].秦钟全.化学工业出版社 2019.02

[3] 探讨变电站直流系统运行维护问题[J]. 蒋兴.  通讯世界. 2017(20)

[4] 浅谈变电站直流屏的维护[J]. 林剑锋.  电子制作. 2015(14)