发电厂直流系统故障及改进策略

发电厂直流系统故障及改进策略

张庆童

上海大屯能源股份有限公司热电厂  江苏 徐州 221611

摘要：发电厂直流系统是发电厂运行的关键系统，该系统关系到电厂整体运行效率，系统整体出现故障，也将导致电厂运行受到影响。而经过本文研究发现，现代发电厂直流系统在运行的过程中确实受到故障影响。其中直流系统接地故障、直流系统绝缘检测故障、电源装置故障是主要故障问题，并且产生故障原因不仅包括环境因素，也会因现代直流系统自身不足引起。因此，发电厂也需要对直流系统进行优化改进，根本上杜绝故障问题，确保直流系统高效应用，为发电厂运行提供稳定的技术支持。

关键词：发电厂；直流系统；故障；改进措施

发电厂直流系统属于发电厂的核心，主要功能便是为电厂断路器和二次回路的仪表提供直流电源，可以说直流系统是发电厂二次系统的动力能源。但是，在发电厂系统维护的过程中，部分工作者过于重视二次设备和回路保护，对直流系统缺乏维护，直流系统也未得到及时更新改进，从而导致直流系统故障开始增加，尤其是直流系统接地故障、直流电源装置故障等问题比较突出。因此，在发电厂运行的过程中，必须针对发电厂直流系统故障进行改进，重视发电厂直流系统维护和保养，继而保证发电厂直流系统始终保持良好工作状态。

一、发电厂直流系统及其功能分析

（一）发电厂直流系统简要分析

发电厂直流系统主要由充电模块、监控单元、直流馈电单元、降压单元、绝缘监测单元以及蓄电池组组成。完整的发电厂直流充电柜也包括高频开关电源，在常规运行状态下，直流系统不会受到充电模块故障的影响，因为在充电模块出现故障后，直流系统可以采用备用模块完成各项工作。

监控单元主要是对发电厂直流系统的各设备进行监控，确认所有设备的工作运行状态，并将状态回传给主控系统。直流馈电单元、降压单元以及绝缘检测单元在运行的过程中主要起到辅助作用，为发电厂直流系统提供压力调整以及电流分流等功能。最后，发电厂直流系统在应用的过程中，蓄电池组主要功能是完成电能储存，在充电装置停用时提供紧急备用。

（二）发电厂直流系统的功能分析

发电厂直流系统在发电厂中地位非常高，主要原因是其核心功能直接关系到发电厂的运行。以下是对发电厂直流系统的功能进行分析。

1. 直流电源装置。为发电厂的开关电器的远距离操作、信号设备、继电保护、自动装置及其他一些重要的直流负荷提供可靠的直流操作电源。

2. 直流配电装置。与直流电源装置一起，构成一个直流供电网络，这个网络在正常及事故状态下都能为上述直流负荷提供可靠的直流操作电源。

3. 控制和检测装置。对直流系统的运行进行控制和检测，确保其稳定运行和提供可靠的直流电源。

总的来说，发电厂的直流系统是一个关键的电源供应系统，其稳定性和可靠性对发电厂的安全运行具有重要影响。

二、发电厂直流系统的常见故障分析

（一）发电厂直流系统接地故障分析

1.发电厂直流系统接地故障定义。从定义来看，接地故障具体是指直流系统的正极或者负极的绝缘阻抗值下降到标准设定以下，因此给发电厂直流系统运行造成影响。众所周知，直流系统接地保护的目的是对系统进行保护，一旦出现接地故障问题，很容易导致发电厂直流系统损坏，安全性能也受到影响。目前，通过研究发现，现代发电厂直流系统接地故障主要分为有源接地故障、电阻性接地故障、多分支接地故障等，不同故障产生原因不同，但是均会对电厂运行造成影响。在此种情况下，需要对接地故障进行全面分析，确认故障主要原因，从原因入手，针对性提出直流系统接地故障解决措施。

2.发电厂直流系统接地故障危害。发电厂直流系统出现接地故障后，将会造成严重的影响。如，一般情况，一旦直流正极出现故障，会造成保护的自动装置误动。因为在跳合闸线圈、继电器线圈已经开始接入电源，回路也会发生接地，从而引发误动作。另外一种情况，直流系统出现负接地之后，系统自动保护装置也会出现拒绝动作。因为跳、合闸线圈以及保护器出现同时接地后，线圈被接地短接不能正常操作，直流回路短路也受到影响，无法达到运行效果。

3.发电厂直流系统接地故障原因分析。研究发现，想要对发电厂直流系统接地故障进行改进和处理，必须了解直流系统接地故障的产生原因。

（1）设备损坏原因分析。直流系统由各类元件设备组成，一旦设备损坏或性能下降，将会增加接地故障发生概率。直流系统大部分设备和元件外露，应用过程中受外部环境影响较大，如果长时间处于潮湿、灰尘的环境，极有可能造成设备脏污、受潮、元件性能下降，从而导致出现接地故障现象。另外，设备在运行中也会出现碰撞、磨损及受压等情况，一旦引发设备损坏，也将直接损坏元件从而造成接地故障。（2）自然天气分析。电厂运行区域内的雨水、大雪天气较多，设备受潮湿环境影响会出现绝缘性能、设备性能下降快的情况，增加了接地风险，如直流接地系统中接线盒、电缆都会因受潮而出现绝缘性能下降，从而出现接地故障。（3）运行操作人员操作失误因素。发电厂直流系统在应用的过程中，运行操作人员操作失误也会导致直流系统接地故障问题

[1]。

（二）发电厂绝缘检测装置故障分析

发电厂绝缘检测装置也是发电厂运行过程中的重要装置，该装置存在问题，将会严重影响到发电厂运行，一定程度上影响到运行效果。实际上，通过研究发现，发电厂绝缘检测装置确实出现故障问题，严重影响到直流系统运行。

1.发电厂绝缘检测装置故障分析。目前，通过实践研究发现，绝缘检测装置主要故障包括两种。第一种故障是经常误报警故障，该故障具体是指发电厂绝缘检测装置运行过程中，在检测和预警直流系统故障的过程中经常出现误差问题，检测装置显示出现绝缘故障，但是实际上全面检查后却发现无故障，不仅浪费时间和运行成本，同时也影响发电厂绝缘检测装置具体运行。另外一种问题是接地检测不准确故障问题，该问题也是影响到直流系统运行关键问题。绝缘检测装置具有接地检测功能，能够检测接地故障是否存在，而如果接地检测不准确，接地系统出现故障也无法正常检测，将会导致故障进一步对发电厂直流系统造成影响。

2.发电厂绝缘检测装置故障危害。发电厂绝缘装置发生故障后，绝缘检测装置将无法继续正常运行，无法对直流系统进行绝缘保护以及接地保护，直流系统一旦出现以上两种故障，系统电路运行将会受到安全威胁。如，绝缘性能下降而得不到检测和保护，直流系统设备或者回路容易出现短路等问题，最终造成直流系统停止运行[2]。

3.发电厂绝缘检测装置原因分析。（1）目前，发电厂绝缘检测装置还不够完善，应用的技术也不够完善，装置本身存在不足，主要是由于核心技术不足。如，研究发现，发电厂检测装置检测精度不高，抗分布电容干扰性能较差，误报内容较多等，将会影响到绝缘装置运行。（2）发电厂绝缘检测装置检测工作难度较大。现代绝缘检测装置监控系统盘柜内控制回路的跳线比较多，一个直流支路的负荷开关，有可能涉及几十个控制盘柜和成千上万个回路，这样很难判别接地故障发生的所在盘柜及具体地点。检测故障难度较大，将会影响到绝缘检测装置的运行效率。

（三）发电厂直流系统电源装置故障分析

1.发电厂直流系统电源装置故障分析。研究发现，发电厂直流系统电源装置的故障主要为充放电压差故障问题。该故障主要表现为充放电过程中的电压差异性较大，产生此类故障，将会严重影响到电源模块的工作效率也会对直流系统造成影响[3]。

2.发电厂直流系统电源装置故障危害分析。发电厂直流系统电源装置在运行中，一旦电源出现充放电压差过大故障问题，将会影响到系统运行稳定性，电压过高容易造成系统负载过高，最终将会影响到系统运行效果。

3.发电厂直流系统电源装置故障的原因分析。通过对系统进行全面分析发现，发电厂直流系统电源装置故障主要是由于以往有些断路器操作机构合闸电流很大（90—245A）或直流负荷离控制室较远，长距离的情况下，蓄电池的电压差异性较大，而较大的电压差也会造成系统运行不稳定。

三、发电厂直流系统的改进策略研究

发电厂直流系统的改进有利于发电厂运行整体升级。因此，在系统改进管理的过程中，必须针对性适时改进，解决上述故障问题，保证系统故障得到有效控制，也是对直流系统的优化。以下是结合实践针对上述多种故障提出改进建议。

（一）发电厂直流系统接地故障改进措施

1.发电厂直流系统工作异常后，运维检修小组应立刻执行运维工作，采用经验判断、系统检测等多种方法判断故障点，并进一步分析产生故障的原因[4]。

2.在确认故障点后第一时间切断电源，以防止电流流动，减少电流损失。然后进行电路检查，确认电路接地故障，并分析是否存在其他故障。此时也需要检查电流接线，确认接线是否存在问题，如存在则解决故障问题。

3.检查完成后，如果发现直流系统存在部分元件损坏，且是由元件损害而产生的接地故障，须第一时间确认元件是否有更换的必要，如果有必要，则需要根据直流系统电源元件型号重新采购元件，替换损坏元件。另外，如果是由于线路搭接错误、线路断线而产生接地故障，则需要对线路进行重新连接，并在重新连接后确认接地故障是否还存在。

4.发电厂接地故障检测技术应用。在发电厂出现直流系统接地故障时，也需要优化接地故障检测技术，通过监测技术的优化，保证在出现故障后能够第一时间改进相应技术，更能够提升检测效率。以下是对接地故障检测技术进行全面分析。

（1）经验分析技术。该技术指直流系统运维检修人员根据自身工作经验判断直流系统接地故障类型和产生原因，继而实施快速的故障处理。一般情况下，具有多年运维检修工作经验的老员工能够对常见接地故障的重点部位，以及故障原因进行准确判断，并以最快的速度解决。（2）拉路查找技术。该技术是利用直流回路的运行原理判断接地故障。检修人员判断接地故障时，选择系统中任意一条直流线路，断开线路后确认接地故障是否依然存在。如果故障依然存在，则证明该条线路并非接地故障直流回路，以此类推，反复判断后，确认接地故障的回路。拉路检查技术虽好，但效率相对较低，速度较慢。（3）在线接地故障检测技术。当前，智能化变发电厂发展背景下，直流系统也开始朝智能化方向。直流系统在应用的过程中，为提升故障检测和维修效率，建立了智能化直流系统接地故障检测系统，可针对直流系统运行故障进行全面检测，保证直流系统运行良好，提升故障检测效率，保证各项检测应用效果良好。例如，某发电厂为提升自身的直流检测能力，应用了一种特高压生产的直流接地查找仪，其能够适用于任何电压等级的直流系统，配备了高精度的检测仪表，通过对多种信号的高效处理极大提高了检测范围与抗干扰能力；采用了先进的算法和模糊控制计算理论，将被检测绝缘支路的优势程度以数值的形式表示出来，充分体现了人工智能的优越性；对于接地点位置的断定，判断准确，每次检测都能够指出接地点位置及方向

[5]。

（二）发电厂直流系统绝缘检测装置改进措施

发电厂直流系统绝缘检测装置出现故障的核心问题在于对绝缘检测装置本身进行改进。在实施改进的过程中，需要绝缘检测的改进目标，同时也需要应用新型技术进行改进。如，在改进实施的过程中，可以尝试应用新型智能化技术、物联网技术完成系统的综合改进。以下是针对上述问题，提出改进措施。

直流系统绝缘检测装置的改进要点主要集中在以下几个方面。

1. 提高检测精度。在直流系统中，绝缘电阻的微小变化可能会对整个系统的运行产生重大影响。因此，改进绝缘检测装置的首要任务是提高其检测精度。这可以通过采用高精度的电压测量和电阻测量技术来实现[6]。

2. 实现远程监控。为了方便远程监控和管理，绝缘检测装置需要具备与计算机或PLC系统的通信能力。通过实时的数据传输和监控，可以及时发现并处理潜在的绝缘故障，从而降低事故发生的可能性。

3. 增强故障定位功能。当直流系统出现绝缘故障时，能够快速、准确地定位故障点是至关重要的。因此，改进绝缘检测装置时，需要增强其故障定位功能。这可以通过在装置中引入更先进的信号处理技术和算法来实现。

4. 完善保护功能。绝缘检测装置除了能够检测和定位故障外，还需要具备一定的保护功能。当检测到严重的绝缘故障时，装置应能够及时切断故障电流，以防止事故扩大。因此，改进绝缘检测装置时，需要完善其保护功能。

5. 提高抗干扰能力。在复杂的工业环境中，直流系统往往会受到各种干扰因素的影响。因此，改进绝缘检测装置时，需要提高其抗干扰能力。这可以通过采用屏蔽、滤波、接地等技术来实现。

6. 优化人机界面。为了方便用户操作和维护，绝缘检测装置需要具备简单易用的用户界面。这可以通过优化控制面板和显示屏来实现，例如增加更多的图形化显示和简洁明了的操作按钮。

例如，某发电厂直流绝缘检测装置普遍存在检测精度不高，抗分布电容干扰差，误报较多的问题。因此，在其进行改进的过程中，应用新型网控技术和集控技术，实现一体化直流绝缘监测和电压监视装置，提升了检测效率，更能够优化技术应用效率[7]。

（三）发电厂直流系统电源装置改进措施

最后，面对发电厂直流系统电源装置的故障问题，也需要对电源进行优化改进，因为电源故障将会影响系统整体运行稳定性。而针对上述故障问题，提出以下几点建议改进电源装置，提升电源装置的故障预防和控制能力。

1.直流母线降压装置的应用。上述研究中发现，由于断路器合闸电流可能较大，电流负荷距离较远，从而导致电压差过大问题。因此，为应对此种故障某电厂在技术研究中提出增加母线降压装置，该装置在该厂02机组中全面应用，在应用过程中在控制母线与合闸母线之间或蓄电池输出回路设硅堆降压装置或斩波降压装置，以此来对线路异常电压进行降压处理，确保直流系统电源装置运行稳定。

2.直流系统供、馈电回路等需要保护的电路可以增加空气开关和熔断器装置，进一步强化对线路的保护，也可以提升电源装置稳定性[8]。

结束语

通过本文研究，提出发电厂直流系统接地故障改进、电源装置故障改进、绝缘检测故障改进等多项措施，希望能够对电源故障改进实施有所帮助，更希望本文能够对发电厂优化建设有所帮助。

参考文献

[1]李国浩.发电厂保安电源及直流系统可靠性研究及改进[J].电工技术, 2021(023):98-101+104.

[2]郑晗.发电厂直流系统接地故障的查找处理及预防[J].轻松学电脑, 2021, 000(006):P.1-1.

[3]刘方明.发电厂直流系统接地故障分析及处理措施[J].科学咨询, 2021(29):101-101.

[4]徐莉,王雷.某发电厂电气自动化监控系统的应用研究[J].现代工业经济和信息化, 2021(7):126-127.

[5]汪莎莎.交流不对称故障下考虑电气量循环耦合的柔直系统控制策略研究[D].重庆大学,2021.

[6]丁增荣.发电厂直流系统接地故障分析与处理[J].现代工业经济和信息化, 2022, 12(10):190-191.

[7]冯欢.9F燃气轮机发电厂直流系统介绍及常见故障处理分析[J].中文科技期刊数据库(文摘版)工程技术, 2021(11):0295-0296.

[8]康鑫,王飞.发电厂直流系统绝缘监测装置的应用分析[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术, 2021(4):0195-0196.