電力直流系統(tǒng)的維護(hù)探討

[摘要]文章闡述電力直流系統(tǒng)的維護(hù)現(xiàn)狀與不足，提出改進(jìn)意見。

[關(guān)鍵詞]電力；直流系統(tǒng)；維護(hù)

[作者簡介]張紅彬，廣東粵電集團(tuán)有限公司沙角A電廠，廣東東莞，523908

[中圖分類號]TM721.1[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1007-7723(2009)05—0153—0003

一、電力直流系統(tǒng)的維護(hù)現(xiàn)狀

目前電力直流系統(tǒng)特點(diǎn)是高頻開關(guān)模塊型充電裝置已基本取代相控型硅整流充電裝置，閥控密封免維護(hù)鉛酸蓄電池已逐步取代固定型鉛酸蓄電池。

二次技術(shù)人員一般對變電站的保護(hù)回路及控制回路等比較重視，而對為繼電保護(hù)回路提供能量的直流系統(tǒng)的重要性往往就忽視了。平時(shí)維護(hù)一般只是進(jìn)行一些簡單的蓄電池電壓測試和絕緣監(jiān)視等。

發(fā)電廠直流系統(tǒng)一般有運(yùn)行人員進(jìn)行日常巡檢工作，檢修維護(hù)人員定期對直流設(shè)備進(jìn)行一般性的日常定檢檢查和簡單的電池電壓測量等工作。發(fā)電廠一般隨機(jī)組大小對直流系統(tǒng)進(jìn)行核對性放電測試。變電站一般都是無人值守的，智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)可通過監(jiān)控串口與變電站后臺(tái)的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)通訊，可在調(diào)度端實(shí)現(xiàn)對直流系統(tǒng)的“三遙”。運(yùn)行人員或?qū)Ｂ氈绷骶S護(hù)人員只是定期對直流設(shè)備進(jìn)行一般性的清掃、日常檢查等工作。對充電設(shè)備只進(jìn)行巡檢，對蓄電池組進(jìn)行日常維護(hù)和年度放電核對容量。

目前電力系統(tǒng)中運(yùn)行的直流電源設(shè)備達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，都是由生產(chǎn)廠家在設(shè)備出廠試驗(yàn)時(shí)提供的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場檢修維護(hù)人員因不具備相應(yīng)的測試手段，難以確認(rèn)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。還有由于上下級直流斷路器保護(hù)動(dòng)作特性不匹配，在直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)下級用電設(shè)備出現(xiàn)短路故障時(shí)，經(jīng)常引起上一級直流斷路器的越級跳閘，從而引起其他饋電線路的斷電事故。

直流系統(tǒng)在選型采購、設(shè)計(jì)安裝后，由于長期以來不受重視，在運(yùn)行維護(hù)方面的問題比較突出。首先是缺乏管理；其次就是運(yùn)行維護(hù)人員專業(yè)能力不足，對像閥控式鉛酸蓄電池這樣的設(shè)備認(rèn)為質(zhì)量可靠，就可以免維護(hù)，而忽視了定期核容試驗(yàn)，導(dǎo)致關(guān)鍵時(shí)刻蓄電池組事故放電時(shí)間過短造成事故擴(kuò)大，等等。

完整的直流系統(tǒng)維護(hù)應(yīng)該建立明確的直流系統(tǒng)維護(hù)制度，不但包括蓄電池日常定檢，定期對蓄電池組做放電實(shí)驗(yàn)，還要定期測試充電設(shè)備的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度及紋波系數(shù)、充電機(jī)效率等性能參數(shù)，還包括上下級直流斷路器匹配特性檢查。

二、蓄電池的測試維護(hù)

(一)閥控式鉛酸蓄電池

目前廣泛應(yīng)用的閥控式鉛酸蓄電池是由負(fù)極板鉛(Pb)與正極板二氧化鉛(Pb02)浸入一定濃度的硫酸(H2S04)溶液(電解液)構(gòu)成。每個(gè)單體具有2V電動(dòng)勢，蓄電池通過串聯(lián)獲得所需電壓；通過并聯(lián)獲得所需容量。其使用壽命一般為8～10年左右，從國產(chǎn)電池實(shí)際使用情況看，一般只有5～8年左右。

(二)蓄電池常見問題分析

1漏液：機(jī)械損傷和制造時(shí)密封不嚴(yán)，或者電池壽命終止后繼續(xù)使用，密封材料老化，極柱腐蝕。

2蓄電池鼓漲：個(gè)別電池鼓漲導(dǎo)致電池安全閥失效。當(dāng)內(nèi)部壓力超過一定限度時(shí)蓄電池有發(fā)生破裂的危險(xiǎn)；一組電池鼓漲是由于環(huán)境溫度高、充電器故障等造成。通常是由于充電電流過大導(dǎo)致蓄電池發(fā)熱量大，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池溫度上升。

3蓄電池過放電：過放電即超過電池放電終止保護(hù)電壓之后的繼續(xù)放電。過放電危害是生成的PbS04在充電時(shí)不能完全恢復(fù)成活性物質(zhì)，導(dǎo)致電池容量下降。根據(jù)負(fù)載電流調(diào)整放電終止保護(hù)電壓。

4電池組個(gè)別電池電壓異常：電池電壓小于2.1V時(shí)表明內(nèi)部存在短路的可能；當(dāng)電池電壓大于2.5V時(shí)，內(nèi)部存在斷路的可能，內(nèi)部連接存在虛焊，負(fù)極板極耳、匯流排產(chǎn)生泥狀硫酸鹽化。

(三)蓄電池的維護(hù)要點(diǎn)

1做好日常監(jiān)測工作，保證蓄電池組處于正常工作環(huán)境(電壓、電流、溫度)。浮充電時(shí)單體電池電壓差最大為50mV；均充電時(shí)電流不大于0.1C；環(huán)境溫度控制在5—25℃之間，通風(fēng)散熱良好。閥控式鉛酸蓄電池的“貧液”式設(shè)計(jì)，使得電池對環(huán)境溫度非常敏感(每增加10℃，壽命減少一半)。所以，良好的運(yùn)行環(huán)境非常重要。

2每年作一次容量核對性放電，50％～100％C。

3發(fā)現(xiàn)異常電池及時(shí)處理，宜采用對單體電池進(jìn)行處理，可采用活化儀活化，進(jìn)行補(bǔ)充電；如不行再進(jìn)行更換。

4對閥控電池不宜采用整組電池充電的方式對個(gè)別電池補(bǔ)充電，以防止其他正常電池被過充。

5注意電池間的連接電阻，在1C的放電電流下，每二個(gè)單體電池極柱間的電壓降應(yīng)小于8mV。

6對充電機(jī)要求紋波系數(shù)小，并有溫度補(bǔ)償(－3～6mWC)；由于電池品牌、型號及電池狀況的不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況通過監(jiān)控模塊重新調(diào)整電池充電參數(shù)，以保證電池處于良好工作狀態(tài)。

(四)電池巡檢儀

在許多廠站都安裝有電池巡檢儀，電池巡檢儀作為在線監(jiān)測裝置，可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)落后或故障電池，并可檢測電池組的溫度是否處于正常范圍內(nèi)。但直流系統(tǒng)工作時(shí)輸出電流較小，電池容量的不足或漏液、破損很難通過電池巡檢儀發(fā)現(xiàn)，而電池內(nèi)阻和電池容量的在線測試，準(zhǔn)確度依舊不高，其測量精度和可靠程度通常只用于定性分析。

(五)重點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)交流

一般來說，大多數(shù)維護(hù)人員只是對單體電池進(jìn)行電壓測量、外觀滲漏檢查、電池連接條腐蝕檢查、室溫檢查；但是對單體電池外殼及極柱測溫，電池連接條緊固檢查，單體電池內(nèi)阻檢查往往忽視了。

三、充電模塊的測試維護(hù)探討

(一)技術(shù)規(guī)程方面的要求

DL／T 724-2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》第5.3條中，GB／T19826-2005《電力工程直流電源設(shè)備通用技術(shù)條件和安全要求》第5.2條和6.3條中，《國家電網(wǎng)十八項(xiàng)重大反事故措施》第13.2.1.1中，對充電裝置的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)、充電機(jī)效率、蓄電池容量等技術(shù)指標(biāo)及試驗(yàn)方法都有明確的規(guī)定及技術(shù)要求。所以，《國家電網(wǎng)十八項(xiàng)重大反事故措施》第13.2.1.2中明確要求：應(yīng)定期對充電、浮充電裝置進(jìn)行全面檢查，校驗(yàn)其穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度和紋波系數(shù)，不符合要求的，應(yīng)及時(shí)對其進(jìn)行調(diào)整，以滿足要求。

(二)充電模塊技術(shù)參數(shù)對設(shè)備影響

1充電模塊紋波系數(shù)過高危害：變電站的直流系統(tǒng)正常供電時(shí)大都運(yùn)行于“浮充”方式下。紋波系數(shù)是指輸出中的交流電壓與直流電壓的比值，交流成分屬于高頻范疇，高頻幅值過高會(huì)影響設(shè)備的壽命，甚至造成邏輯錯(cuò)誤或?qū)е卤Ｗo(hù)拒動(dòng)。因此，要求直流裝置輸出電壓紋波系數(shù)不大于1％的技術(shù)要求。

2充電模塊穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度過高危害：會(huì)造成直流輸出穩(wěn)定性差和功率不足，影響微機(jī)保護(hù)裝置的正常工作，造成蓄電池組的欠充電或過充電，降低蓄電池組的使用壽命。

3充電模塊輸出功率的不足會(huì)造成輸出電壓

下降，若電壓下降過大會(huì)導(dǎo)致比較電路基準(zhǔn)值的變化、充電電路時(shí)間變短等一系列問題，從而影響到微機(jī)保護(hù)的邏輯配合，甚至邏輯功能判斷失誤。尤其是在事故發(fā)生時(shí)，有出口繼電器、信號繼電器、重動(dòng)繼電器等相繼動(dòng)作。所以，要求直流電源輸出有足夠的容量和穩(wěn)定性。

4充電模塊指標(biāo)下降，充電機(jī)的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度及紋波系數(shù)超標(biāo)，所造成的后果就是蓄電池提前失效或損壞，直接威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。另外，目前變電站多采用綜合自動(dòng)化技術(shù)，蓄電池采用柜式安裝，與自動(dòng)化設(shè)備同裝一室，充電機(jī)性能出現(xiàn)問題會(huì)造成蓄電池發(fā)熱、溢酸等問題，嚴(yán)重者甚至發(fā)生爆炸。

5充電模塊穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)會(huì)隨運(yùn)行時(shí)間的增長而超標(biāo)。目前電力系統(tǒng)中運(yùn)行的直流電源設(shè)備達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，都是由生產(chǎn)廠家在設(shè)備出廠試驗(yàn)時(shí)提供的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場檢修維護(hù)人員因不具備相應(yīng)的測試手段，難以確認(rèn)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。

而運(yùn)行實(shí)踐證明，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，特別是投運(yùn)1—3年后，設(shè)備的元器件老化及老化積累引起元器件特性的變化和元器件的損壞，造成技術(shù)指標(biāo)會(huì)發(fā)生偏移。

有些變電站機(jī)房里沒有裝空調(diào)，溫度與濕度對充電模塊的指標(biāo)也有影響。電子元器件在不同的溫度與濕度下表現(xiàn)為不同的特性，在某些情況下也會(huì)造成電源指標(biāo)的漂移。

(三)充電模塊穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)測試方法

1充電裝置，應(yīng)滿足穩(wěn)壓精度優(yōu)于0.5％、穩(wěn)流精度優(yōu)于1％、輸出電壓紋波系數(shù)不大于1％的技術(shù)要求。

2試驗(yàn)內(nèi)容主要是通過調(diào)壓裝置將充電機(jī)交流輸入電壓在額定電壓±10％內(nèi)變化，通過負(fù)載調(diào)整裝置，使充電機(jī)的直流輸出電壓及輸出電流在規(guī)定范圍內(nèi)變化，在調(diào)整范圍內(nèi)測量電壓、電流及紋波值，通過計(jì)算，得到充電機(jī)的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度及紋波系數(shù)、充電機(jī)效率等。還可借助充電機(jī)特性及蓄電池組測試儀進(jìn)行測試。

3充電裝置穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度及紋波系數(shù)。

四、直流斷路器匹配特性檢查探討

在直流回路中，熔斷器、斷路器是直流系統(tǒng)各出線過流和短路故障主要的保護(hù)元件，可作為饋線回路供電網(wǎng)絡(luò)斷開和隔離之用。其選型和動(dòng)作值整定是否適當(dāng)以及上下級之間是否具有保護(hù)的選擇性配合，直接關(guān)系到能否把系統(tǒng)的故障限制在最小范圍內(nèi)。這對防止系統(tǒng)破壞、事故擴(kuò)大和主設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞至關(guān)重要。

(一)小型直流斷路器的級差配合要求

《國家電網(wǎng)十八項(xiàng)重大反事故措施》規(guī)定各級熔斷器的定值整定，應(yīng)保證級差的合理配合。上、下級熔體之間額定電流值，應(yīng)保證2～4級級差，電源端選上限，網(wǎng)絡(luò)末端選下限。為防止事故情況下蓄電池組總?cè)蹟嗥鳠o選擇性熔斷，該熔斷器與分熔斷器之間，應(yīng)保證3—4級級差。

直流系統(tǒng)發(fā)生越級跳閘或越級熔斷事故的根本原因就是小型直流斷路器的級差配合不正常造成的。當(dāng)短路電流大時(shí)也有可能造成越級跳閘的事故。要徹底解決小型直流斷路器越級跳閘或直流熔斷器無選擇性的越級熔斷，就要測試小型直流斷路器和熔斷器安秒特性。

(二)電力直流系統(tǒng)中小型直流斷路和直流熔斷器配合的建議

1交直流斷路器不能混用：由于交直流的燃弧及熄弧過程不同，額定值相同的交直流斷路器開斷直流電源的能力并不完全一樣，用交流斷路器代替直流斷路器或交、直流斷路器混用是保護(hù)越級誤動(dòng)的主要原因之一。

2為了保證級差配合最好選擇按同一型號、同熔體材料確定上、下級差，從而保證滿足選擇性，對不同廠家、型號的熔斷器配合，應(yīng)加大級差。

3熔斷器采用熱效應(yīng)原理，而斷路器是磁效應(yīng)與熱效應(yīng)相結(jié)合，安秒特性曲線不同，配合級差也不同。對于斷路器之間、斷路器與熔斷器之間的級差配合不應(yīng)照搬熔斷器間的配合規(guī)定。

4熔斷器與斷路器(兩段式)間及同型兩段式斷路器間的配合除應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)程執(zhí)行外，還應(yīng)核定最大短路電流不應(yīng)超過上級元件額定電流的8～10倍。

5不同型號斷路器的配合應(yīng)考慮斷路器的固有動(dòng)作時(shí)間，必須保證上級斷路器固有動(dòng)作時(shí)間不小于下級固有動(dòng)作時(shí)間。推薦采用上級塑殼式斷路器、下級微型斷路器的配合。

五、結(jié)語

隨著我國電力工業(yè)的不斷進(jìn)步，電力系統(tǒng)向超高壓、大容量方向發(fā)展，為這些大容量電力設(shè)備提供控制、保護(hù)、信號、操作電源，直流系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就必須提到一個(gè)新的高度。針對實(shí)際需要建立一個(gè)新的完善的直流系統(tǒng)維護(hù)方案與制度越來越必要。