大源渡水電站直流系統(tǒng)的運行與維護探討

鄧朝君

(大源渡航電樞紐管理處，湖南 衡陽 421412)

大源渡水電站位于湘江干流湖南省衡山縣境內(nèi)，總裝機容量130 MW。電站直流系統(tǒng)采用單母線分段接線方式，電壓為220 V。直流系統(tǒng)作為電站的控制、信號、保護、自動裝置、事故照明、直流油泵及交流不停電電源裝置等的用電電源，在電站具有極其重要的作用。直流系統(tǒng)的可靠性、安全性直接影響到電站的安全生產(chǎn)，因此，對其運行與維護進行研究探討具有重要的意義。

1 直流系統(tǒng)的組成和運行方式

1.1 直流系統(tǒng)的組成

大源渡水電站直流系統(tǒng)的組成如圖1 所示。

(1)2 組220 V、300 A·h 的蓄電池(德國陽光牌A600 系列dryfit 免維護全密封鉛酸蓄電池，每組103 個)。

(2)380 V 交流電源進線屏(交流電源分別取自400 V 廠用Ⅰ，Ⅱ段母線抽屜開關(guān)6D-04 和14D-02)。

(3)高頻整流充電裝置2 組(每段母線配置1組，各由6 個智能高頻開關(guān)電源模塊ATC 230 M 10 Ⅲ并列運行，交流輸入為380 V，50 Hz，標稱輸出為220 V，10 A×6）。其功能為：穩(wěn)定的直流輸出；均/浮充電壓、電流設(shè)置；均/浮充轉(zhuǎn)換，開關(guān)機控制；自主均流功能等。

(4)直流饋線屏2 面(每面配置48 個直流負荷空氣開關(guān))。

(5)集中監(jiān)控器JKQ-3000B，通過分散控制方式，對直流系統(tǒng)的高頻整流充電裝置、蓄電池組、直流母線、絕緣監(jiān)測裝置等進行實時監(jiān)控，并完成與電站上位機的通信，實現(xiàn)電站中控室運行人員對直流系統(tǒng)的遙信、遙測功能。

(6)微機絕緣監(jiān)測儀WJY3000A，在線監(jiān)測正、負直流母線的對地電壓，通過對地電壓計算出正、負母線對地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定的報警定值(<70 kΩ)時，自動啟動支路巡檢功能。支路漏電檢測采用直流有源TA，不需要向母線注入信號。每個TA 內(nèi)含CPU，被檢信號直接在TA 內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由CPU 通過串行口上傳至絕緣監(jiān)測儀主機。

圖1 直流系統(tǒng)組成示意

1.2 直流系統(tǒng)的運行方式

正常運行時，2 段母線分段運行，母聯(lián)開關(guān)(8ZK)在“斷開”位置，直流負荷由每段母線的高頻整流充電裝置各自供電，并對各側(cè)的蓄電池組浮充電。當(dāng)一側(cè)交流失電或該段高頻整流充電裝置退出運行時，將母聯(lián)開關(guān)(8ZK)合上，由另一段高頻整流充電裝置承擔(dān)全廠直流負荷，并對2 段蓄電池浮充電。

2 直流系統(tǒng)接地的危害及處理

2.1 直流接地的危害

當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地時，可能引起保護誤動作；而由一點接地故障發(fā)展成兩點接地故障時，可能構(gòu)成接地短路，導(dǎo)致繼電保護、信號、自動裝置誤動或拒動，或者造成直流保險熔斷，使保護及自動裝置、控制回路失去電源。在復(fù)雜的保護回路中同極兩點接地，還可能將某些繼電器短接，不能動作于跳閘，致使越級跳閘。因此，直流接地會威脅電站及電網(wǎng)的安全運行，甚至造成重大事故。2010-08-01，電站0 號機組電壓互感器柜+AK3-3G024 PT 智能操控裝置燒壞，引起直流接地，致使當(dāng)時處于運行狀態(tài)的1 號、4 號機組因直流接地引起機組安全模塊相關(guān)通道誤動作，導(dǎo)致停機，其他處于停機狀態(tài)的2 號、3 號機組也誤發(fā)了許多告警、跳閘信號。因此，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，應(yīng)迅速處理，防止由此而引發(fā)事故。

2.2 直流接地處理原則

當(dāng)中控室上位機發(fā)“直流系統(tǒng)Ⅰ/Ⅱ段接地故障”信號時，工作人員應(yīng)檢查直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測儀，確定哪段直流發(fā)生接地故障，并讀出接地故障回路號；同時，判斷接地故障為瞬間接地故障還是永久性接地故障。查找和處理直流接地故障時，應(yīng)預(yù)先做好周密的安全措施，防止繼電保護和安全自動裝置誤動作。

查找永久性接地故障時，要根據(jù)負荷情況，分析回路是否允許短時斷電。對于可短時斷電的回路，如拉開此回路直流空氣開關(guān)時接地故障馬上消失，合上后接地故障又出現(xiàn)，便可確定接地故障發(fā)生在此回路上，應(yīng)進一步檢查此回路的各個支路負荷，找出并消除接地故障。對于不能短時斷電的回路，應(yīng)將設(shè)備解列，做好必要的安全措施，進一步排查。

日常工作中，一般采用萬用表來查找直流接地故障。先假設(shè)直流正極接地，當(dāng)用萬用表測量該故障回路時，其正極對地電壓應(yīng)在110 V 以下，將該回路所帶支路負荷逐路解開，同時監(jiān)視正極對地電壓的變化：

(1)若在解開某一支路負荷時電壓值有變化，則該支路負荷回路一定存在接地故障。此時，不管正極對地電壓怎么變化，哪怕是直流接地由正接地變?yōu)樨摻拥兀紤?yīng)牢牢抓住該支路負荷不放;

(2)若正極對地電壓暫時恢復(fù)正常，說明該支路暫時沒有與負極連成回路，也就是說該回路繼電器或線圈等負載經(jīng)一些接點斷開未形成回路(如圖2(a)所示);

(3)若直流接地由正接地變?yōu)樨摻拥?，說明該回路此時與負極連成回路，也就是說該回路某些繼電器或線圈等負載通過閉合接點勵磁，此時應(yīng)重點查找勵磁的繼電器及線圈回路(如圖2(b)所示)。這一點在現(xiàn)場直流系統(tǒng)接地故障查找中十分重要，工作人員應(yīng)引起重視。

當(dāng)直流接地故障發(fā)生在蓄電池、整流充電裝置或直流母線處時，用萬用表測量直流屏整流充電裝置輸出的正極對地電壓為110 V 以下，瞬時斷開高頻整流充電裝置的直流輸出開關(guān)(3ZK 或4ZK)，若所測電壓明顯上升，說明接地點在整流充電裝置；若所測電壓值無變化，說明接地點在直流母線或蓄電池室，應(yīng)對屏內(nèi)設(shè)備及蓄電池做仔細檢查。

圖2 繼電器或線圈回路

對于頻繁發(fā)生的瞬間直流接地故障，查找起來相對較難一點。此時應(yīng)重點注意電站中易受油、水、粉塵等影響的運行設(shè)備，并結(jié)合當(dāng)時操作情況、設(shè)備運行情況以及天氣情況進行綜合分析，從設(shè)備運行狀態(tài)的變化中尋找蛛絲馬跡，進而找到接地點并進行徹底處理。

2.3 直流接地處理實例

自1998年投產(chǎn)發(fā)電以來，大源渡水電站發(fā)生的具有代表性的直流接地故障實例如下。

(1)1 號主變低壓側(cè)電動刀閘3101 操作機構(gòu)箱因進水發(fā)生霉變，直流系統(tǒng)頻發(fā)瞬間接地故障，同時監(jiān)控畫面上3101 電動刀閘的位置信號指示頻繁變化。處理此故障，需將一次設(shè)備停電，做好相應(yīng)安全措施。將該刀閘的輔助接點進行打磨處理后，恢復(fù)送電，故障消除；同時對刀閘柜頂進行防水處理，杜絕雨水的滲入。

(2)3 號機組直流軸承油泵風(fēng)扇電機碳刷磨損產(chǎn)生的碳粉過多，每次直流軸承油泵啟動時頻發(fā)直流瞬間接地故障。后來對每臺機組所有直流油泵風(fēng)扇電機碳刷進行檢查，并定期清理碳粉，未再出現(xiàn)此類故障。

(3)因I 段蓄電池組78 號、96 號蓄電池少量漏液并夾雜灰塵，引起直流I 段瞬間接地故障。排查這一故障時，費了不少力，最后鎖定接地點在蓄電池處。為杜絕此類故障的再次發(fā)生，工作人員定期清掃蓄電池室及單個蓄電池。

(4)電站投產(chǎn)初期，在進行廠用電源倒閘操作時總出現(xiàn)事故照明回路直流負極接地故障。該電站事故照明電源由2 段組成，各段均有互為備用的交、直流2 路電源。正常運行時由400 V 廠用交流供電，當(dāng)交流失壓時，自動切換到直流電源?，F(xiàn)以事故照明電源Ⅰ段為例說明此故障，見圖3。

其中，400 V 零線N 和直流負電源分別經(jīng)KM2，KM4 的接點11－22 接入事故照明母線N 線。經(jīng)檢查，施工單位誤將KM2 的11 與KM4 的11直接相連。當(dāng)事故照明由交流切換至直流時，直流負極通過400 V 交流N 線接地而報警。糾正接線后此故障消除。

圖3 400 V 廠用事故照明電源Ⅰ段示意

3 直流系統(tǒng)的改進措施及存在問題

大源渡水電站自1998年投產(chǎn)發(fā)電以來，直流系統(tǒng)運行情況整體較好，但也存在一些問題。近幾年來，隨著技術(shù)改造和運行維護管理工作的不斷加強和深入，許多問題都已得到解決，但還有一些迫切需要解決的問題。

3.1 設(shè)備更新升級

直流饋線柜內(nèi)的負荷開關(guān)原為交流空氣開關(guān)，沒有采用具有自動脫扣功能的直流空氣開關(guān)，這對該電站的安全運行乃至電網(wǎng)的安全都是極大的隱患。電站于2009年底將原2 面直流饋線屏柜進行了整體更換，2×48 個負荷開關(guān)分別更換成相應(yīng)的20 A，32 A，63 A，100 A 的具有自動脫扣功能的直流空氣開關(guān)。2×48 個支路絕緣監(jiān)測電流變送器升級為TA-3000A，微機絕緣監(jiān)測儀升級為WJY3000A；集控器升級為JKQ-3000B；充電整流模塊升級為型號ATC 230 M 10 Ⅲ智能高頻開關(guān)電源模塊。

3.2 加強運行維護管理

該電站蓄電池已運行13年，亟需加強對蓄電池的運行維護管理，現(xiàn)已采取如下措施。

(1)蓄電池的運行方式嚴格按照集控器JKQ-3000B 設(shè)定的程序進行。正常情況下蓄電池處于浮充電狀態(tài)，當(dāng)浮充運行時間至整定值(2 160 h 即3個月)，蓄電池由浮充電轉(zhuǎn)均充電運行；當(dāng)電站交流電源持續(xù)中斷10 min 以上或者蓄電池放電剩余容量小于80 %時，蓄電池進入均充電運行。集控器內(nèi)經(jīng)調(diào)試整定好的參數(shù)非授權(quán)人員不得修改。

(2)蓄電池單個電壓每月測量1 次；每月對蓄電池室及每個蓄電池進行清掃，保持蓄電池的清潔、干燥；保持蓄電池室的環(huán)境溫度在22～25 ℃之間。

(3)每年做1 次核對性放電試驗，確切掌握蓄電池的容量。在做放電試驗時，在設(shè)置的放電時間內(nèi)若有單體電池電壓低于1.8 V，應(yīng)立即終止此電池放電，并采取必要的處理措施。放電結(jié)束后應(yīng)將蓄電池組均充電。

(4)運行人員每天巡視蓄電池1 次，主要檢查蓄電池各連接是否牢固、可靠，單體電池有無漏液，溫度是否正常，排氣閥工作是否正常，室內(nèi)通風(fēng)情況等。

(5)電站于2010年測試了蓄電池內(nèi)阻，其數(shù)據(jù)均在0.4 mΩ 以下(參考值：300 A·h 的蓄電池其內(nèi)阻≤0.4 mΩ)。鑒于電站蓄電池已運行13年，建議電站購買內(nèi)阻測試儀，每月進行一次內(nèi)阻測試，并與歷史數(shù)據(jù)進行分析比較，實時掌握蓄電池的運行狀態(tài)。

3.3 分級配置急待解決

該電站直流系統(tǒng)各直流自動空氣開關(guān)未全面實行分級配置，基本上只設(shè)了2 級。第1 級是中控室直流饋線屏內(nèi)直流負荷開關(guān)，第2 級空氣開關(guān)設(shè)置在現(xiàn)場各屏柜內(nèi)，由此空氣開關(guān)引出的直流正負極電源接至屏柜端子排上，由其控制的諸多直流支路負荷基本上是從端子排上并接電源，并沒有分設(shè)相應(yīng)的直流空氣開關(guān)。

直流空氣開關(guān)未分級配置，存在很大安全隱患。當(dāng)直流支路短路故障跳開第2 級空氣開關(guān)時，會引起與其并聯(lián)的支路全部失去直流電源，造成嚴重后果。要按照選擇性的原則，徹底解決直流自動空氣開關(guān)分級配置問題，并非易事。目前該電站已開始著手進行這方面的工作，但必須加快實施進度，盡早解決這一遺留問題，消除安全隱患。

4 結(jié)束語

直流系統(tǒng)作為水電站的重要組成部分，關(guān)系到電站及電網(wǎng)的安全與可靠運行。在保證直流系統(tǒng)最大供電可靠性的原則下，應(yīng)根據(jù)電站的實際情況，消除直流系統(tǒng)安全隱患，制定并切實執(zhí)行直流系統(tǒng)運行與維護制度，不斷提高電站直流系統(tǒng)運行、維護管理水平，及時、安全地查找和處理直流接地故障，確保直流系統(tǒng)安全、可靠運行。