園灣變電站直流電源系統(tǒng)運行分析

陳曉禹 陳曉鴻

摘 要：直流電源系統(tǒng)做為變電站的心臟部件，對其可靠性有重要要求，如果直流電源系統(tǒng)不可靠，那后果可能是災(zāi)難性的。本文提出對一個具體的變電站直流電源系統(tǒng)進行分析的基礎(chǔ)上提出了系統(tǒng)的不合理及不可靠的部分，并對此提出了運行注意事項及直流電源系統(tǒng)改造提出改進建議，使其運行可靠性得到提高，以做到防患于未然。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)；重要性；可靠性；改進建議

一、裝置概況：

園灣變電站直流電源系統(tǒng)主要供給控制、保護、合閘回路。由上海凱華電源設(shè)備廠生產(chǎn)，型號為GZD—3型、共有七面屏，其中三面為充電機、浮充電機、控制線路屏，另外四面為蓄電池屏，電池采用了免維護全密封MF—300型鉛酸蓄電池，且電池與充電裝置共置一室，電池裝于電池屏內(nèi)聚氯乙烯箱內(nèi)，共計104只，能與機殼良好絕緣。全部電池用充電機、浮充電機全部裝于屏內(nèi)一體化配套。

二、工作原理：

圖1

充電機及浮充電機具有雙路交流輸入，第一路接至站用電一段，第二路接至站用電二段。第一路為優(yōu)先工作，只有第一路失電時才能轉(zhuǎn)為第二路輸入，第一路交流輸入恢復(fù)時，仍由第一路工作，第二路交流不輸入。裝置正常時，浮充電機D1支路輸出作為恒壓源對控制母線供電，而D3支路輸出通過R1和W1組成的浮電回路對電池長期浮充電；充電機做為恒流源通過D4支路對電池進行充電，當(dāng)達(dá)到電池終止充電電壓時由充電控制回路J3和J4動作控制充電機自動停機；當(dāng)浮充電機發(fā)生故障時，通過J1控制充電機自動啟動，替代浮充電機工作，此時JD2-2常閉結(jié)點打開斷開主充電回路，JD1-1閉合，充電機D2支路輸出到控制母線，保證控制母線電壓正常；同時JD1-2常開接點閉合，接通浮充電回路對電池浮充電，而1ZK為手動切換開關(guān)，可以在自動切換失效時用手動方式使其切換。整個回路可以保證不論何種情況下，即使是交流失電時均能無間隙的保證控制母線供電。整個回路同時具有交流失電、交流缺相、母線接地、欠電壓、過電壓、浮充機、充電機故障的燈光、音響報警功能，且具有絕緣監(jiān)察、閃光試驗等自檢功能。

直流電源系統(tǒng)原接線如圖1所示：

三、運行分析：

園灣變電站充電裝置具有交流雙路切換，主充電機為浮充電機熱備份的特點，特別是電池采用了免維護全密封鋁酸蓄電池，并采用了電池裝于屏內(nèi)的一體化成套結(jié)構(gòu)，大大降低了占地面積和基建成本，并使添加電解液、測量電解液密度等繁瑣的維護工作成為過去，而且實現(xiàn)了電池室內(nèi)無酸霧污染、腐蝕等問題，減輕了對工作人員的危害，突出了維護的方便性，顯示出它優(yōu)越的一面。

但事物是兩面性的，在使用中，也暴露出直流系統(tǒng)及充電裝置的一些問題：

（一）免維護電池的維護保養(yǎng)不當(dāng)。運行中出現(xiàn)過蓄電池組整組電壓低及發(fā)現(xiàn)落后電池情況。免維護電池實質(zhì)上是少維護電池，不是無維護電池，在運行中要嚴(yán)格遵守廠家及相關(guān)規(guī)程規(guī)定，定期對其運行狀態(tài)進行檢測分析，發(fā)現(xiàn)落后電池進行相應(yīng)處理。在平時運行時特別注意其浮充電壓、端電壓及溫升、液面情況，保證其長期恒壓充電電壓為2.25V至2.3V每單元電池，液面應(yīng)在上、下限之間，對于異常電池，應(yīng)及時進行分析、處理。

（二）充電裝置雙路電源切換回路設(shè)計不當(dāng)，影響了其可靠性。運行中發(fā)現(xiàn)站用電自動投切均會造成其輸出波動，園灣變電站采用微機保護裝置，對電源的波動及干擾較敏感，實際運行中已發(fā)生由于站用電源切換所造成的保護死機現(xiàn)象。分析其原因應(yīng)為：充電裝置中充電機及浮充電機的兩路交流輸入分別取自站用電兩段，站用電自動投切會使裝置自動電源切換電路動作，且站用電自投只有0.5秒失電過程，會使裝置電源自動切換，但是當(dāng)它剛切換至備用電源或是還未切至備用電源時，主電源又得電，使其自動電源切換又切回主電源，這整個動作過程中，由于其頻繁動作，使得裝置的輸出中疊加了不少的干擾波，影響了保護的正常運行，造成其死機現(xiàn)象?，F(xiàn)采用的方案是：直接停用了站用電源自動投切功能，初步解決了保護死機問題；但要治本的話，應(yīng)把裝置的雙路電源自動切換改造為不分主副電源，而是以切換至當(dāng)路電源為主路的控制接線方式；避免其進行頻繁切換影響保護裝置的正常運行，且能解決停用站用電備自投裝置所帶來的站用電可靠性問題。

（三）充電裝置無高壓保護。在運行中出現(xiàn)過電壓高于

250V電壓情況，裝置并沒有自動切除功能，查其電路其并無高壓保護，而只有過壓報警功能。由于其設(shè)計為交流有電時，直流控制母線電壓均由其直接輸出，由此嚴(yán)重威協(xié)到設(shè)備的安全，已經(jīng)造成過大面積損壞高頻收發(fā)訊機電源插件的惡果，究其原因為充電機控制板上控制元件損壞造成過壓。所以應(yīng)裝設(shè)單獨的可靠的過壓保護裝置，一旦過壓將故障充電機及時切除。

（四）不能直觀的檢查到浮充電機的工作狀態(tài)。在運行中，如出現(xiàn)浮充電機D1支路輸出電壓偏低，就有可能出現(xiàn)蓄電池向控制電線供電現(xiàn)象，可能影響到蓄電池的備用容量，而且此時，不一定會出現(xiàn)電壓低報警，因為浮充電機輸出的控制母線電壓低時，蓄電池勢必會通過硅鏈向控制母線供電，這時蓄電池的放電電流與其浮充電電池相比，將會入不敷出。

（五）在運行中不能直觀的檢查硅鏈的完好性。原設(shè)計只在硅鏈調(diào)壓裝置兩端設(shè)置了檢查燈XD回路，需要檢查時按下AN5按鈕進行檢查，并不能直觀的檢查硅鏈的完好；應(yīng)在硅鏈兩端安裝直流電壓表，如圖2所示的6V；在浮充電機正常工作時，可直觀的觀測蓄電池與控制母線的電壓差，而在充電機交流失壓，蓄電池帶負(fù)載時，又可觀測硅鏈上的壓降情況，另還應(yīng)在蓄電池至硅鏈間安裝直流電流表，從表上既可判別出浮充電機正常運行時，是否由于硅鏈調(diào)整不當(dāng)存在蓄電池同時對控制母線供電現(xiàn)象，這樣就可判斷：正常時，此電流表電流應(yīng)為零，而只有交流失電時，才會出現(xiàn)負(fù)載電流。并可在預(yù)檢，預(yù)試時，可人為的切除交流電源，檢查硅鏈及調(diào)壓裝置完好情況。

四、預(yù)防措施及改進建議

綜上所述，應(yīng)針對園灣變電站直流系統(tǒng)現(xiàn)狀，加強管理，一是從人員方面，組織人員進行理論和實踐的學(xué)習(xí)，對其工作狀況能夠進行判斷，能及時對其異常進行判斷，能及時對其異常情況進行維護處理。應(yīng)針對性的作好事故預(yù)想，防患于未然，二是從設(shè)備方面，進行改造，我認(rèn)為在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上的改進建議：

首先從電路上分析，在浮充電機正常運行時，充電機投入的JD3切換回路有些多余。此時，JD3動作，JD3-2常閉接點打開，使蓄電池至控制母線串入一電阻R2，說明書上是這樣解釋的：這時，如交流失電，在JD3-2吸合轉(zhuǎn)換瞬間，由R2維持控制母線電壓，以保證無間隙地實現(xiàn)切換。如何選擇R2的電阻值才能保證瞬間電壓降不超過額定值，由于負(fù)載電流不是一個恒定值，其取值大小本身就是一個難題，且又人為的引入了一個接點，就多了故障的可能。在運行中曾出現(xiàn)過充電機及浮充電機均在工作狀態(tài)，而由于充電控制板損壞，浮充電機向控制母線輸出電壓低于180V，而JD3-2接點并未接通，導(dǎo)致蓄電池組通過R2及硅鏈后才向控制母線供電，由于負(fù)載電流較大，使得

R2上壓降較大，最終導(dǎo)致控制母線電壓也低于180V，這時很難保證設(shè)備及保護裝置能夠可靠動作；另一方面；JD3-6常閉接點也打開，斷開浮充電機的浮充電路，這顯得是多余的。因為浮充電機，充電機輸出均接有防逆流二極管D3及D4，不會造成其輸出短路現(xiàn)象。這只說明了廠家在設(shè)計思想上的傾向，寧肯讓控制母線及蓄電池欠壓也不讓它們過壓運行，究其原因應(yīng)該是其設(shè)備缺乏可靠的過壓保護帶來的問題，但如上所述，它并未能避免控制母線發(fā)生過壓現(xiàn)象。建議拆除JD-3，短接其

JD3-2及JD3-6兩對常閉接點，以提高整個系統(tǒng)的可靠性。

在上述改造的基礎(chǔ)上，針對浮充機，充電機浮充時其輸出的控制母線電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象，做進一步的改造，改造后接線如圖2所示：

圖2

直接取消其正常工作時，直接對控制母線供電功能，并在充電機D2支路及浮充電機D1支路輸出回路到控制母線回路上加上手動開關(guān)ZK3和ZK4，平時正常負(fù)載均經(jīng)蓄電池及硅鏈供電，浮充電機只通過D3、充電機只通過D4回路對整個蓄電池組進行浮充電，充電電流總和為負(fù)載電流加上電池的浮充電電流；平時正常工作時ZK3和ZK4在斷開位置，而在硅鏈調(diào)壓裝置出現(xiàn)異常時能手動合上ZK3或ZK4開關(guān)以應(yīng)急恢復(fù)控制母線供電；而充電機為浮充電電壓機熱備份等功能保持不變。改造后所有直流負(fù)載均經(jīng)硅鏈調(diào)壓裝置供電；這樣只是需要加大硅鏈調(diào)壓裝置的長時間的通流容量及調(diào)壓范圍即可，在半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展的時代，更換為通流容量更大的硅鏈元件是十分容易做到的。這樣通過回路的優(yōu)化可以提高整個直流電源系統(tǒng)的可靠性，提高直流控制母線電壓的穩(wěn)定性，減少波動和干擾，以滿足微機保護裝置正常工作的需要。

結(jié)束語：以上所述，是對園灣變電站直流電源系統(tǒng)在運行分析的基礎(chǔ)上提出的運行注意事項以及改進建議。直流電源系統(tǒng)做為變電站的心臟部件，應(yīng)對可靠性有重要要求，不然，只是保護裝置在不斷更新，而其后援支持系統(tǒng)，即直流電源系統(tǒng)不可靠，那后果可能是災(zāi)難性的；本文只是提出在現(xiàn)有設(shè)備條件下對直流電源系統(tǒng)的改進建議，在條件允許的情況下應(yīng)對整個

220直流電源系統(tǒng)進行徹底的改造，用先進的程控電源等新技術(shù)，使其可靠性、穩(wěn)定性提到一個新的高度，以做到防患于未然。