寶珠寺水電站直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)與故障處理

秦　歡，　張 雯 政

(華電四川發(fā)電有限公司寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元　628003)

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寶珠寺水電站直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)與故障處理

秦歡，張 雯 政

(華電四川發(fā)電有限公司寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元628003)

摘要：在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，若供給繼電器保護(hù)動(dòng)作的直流系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，輕則將導(dǎo)致短路電流燒壞發(fā)供電設(shè)備，重則是造成整個(gè)電網(wǎng)崩潰嚴(yán)重影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。只有加強(qiáng)直流系統(tǒng)日常運(yùn)行維護(hù)，并靈活掌握運(yùn)用直流系統(tǒng)故障處理方法才能保證電站乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的供電安全。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)；故障危害；故障原因；維護(hù)措施

0引言

直流系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的電源，它不受發(fā)電機(jī)、廠用電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，并在外部交流電中斷的情況下，保證蓄電池組繼續(xù)提供直流的重要設(shè)備。在正常情況下，直流電源為控制信號(hào)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、斷路器跳合閘操作回路等提供穩(wěn)定可靠的直流電源；在發(fā)生交流電源消失的事故時(shí)，為事故照明、交流不停電電源和事故潤(rùn)滑油泵等提供直流電源。因此，直流系統(tǒng)可靠與否對(duì)發(fā)電廠和變電所的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，是安全運(yùn)行的保證。

1直流系統(tǒng)組成及工作原理

1.1直流系統(tǒng)組成

直流電源一般由蓄電池組、充放電裝置、絕緣監(jiān)測(cè)裝置、直流母線、監(jiān)控單元等部分組成。寶珠寺電站直流系設(shè)置有兩套直流系統(tǒng)，分別為廠內(nèi)直流系統(tǒng)和壩區(qū)直流系統(tǒng)。

1.1.1廠內(nèi)直流系統(tǒng)組成

寶珠寺電站廠內(nèi)設(shè)Ⅰ、Ⅱ兩套220V直流系統(tǒng)，每套直流系統(tǒng)由一組鉛酸蓄電池、八只充電模塊及相應(yīng)的監(jiān)控模塊、兩組降壓硅鏈、一套絕緣監(jiān)測(cè)儀、直流母線、聯(lián)絡(luò)柜和直流負(fù)荷盤組成。直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)為Ⅰ、Ⅱ組母線分段運(yùn)行，任一組蓄電池退出運(yùn)行時(shí)，Ⅰ、Ⅱ組母線可以聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。直流合閘母線電壓維持在240V，其電壓正常變動(dòng)范圍為90%～115%內(nèi)；控制母線電壓應(yīng)維持在230V，其電壓正常變動(dòng)范圍為90%～110%內(nèi)?？刂颇妇€電源通過(guò)各自的降壓硅鏈在合閘母線上取得。兩組降壓硅鏈并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)一組硅鏈故障或停用時(shí)，另一組硅鏈可繼續(xù)運(yùn)行。

1.1.2壩區(qū)直流系統(tǒng)組成

壩區(qū)220V直流系統(tǒng)與逆變器共同組成了壩區(qū)控制電源系統(tǒng)。壩區(qū)220V直流系統(tǒng)由一組鉛酸蓄電池、三只充電模塊及相應(yīng)的監(jiān)控模塊、一套絕緣報(bào)警單元、直流母線組成。直流系統(tǒng)的充電模塊交流電源取至壩區(qū)400VⅠ、Ⅱ段。直流系統(tǒng)通過(guò)直流母線向監(jiān)控系統(tǒng)、壩區(qū)10kV系統(tǒng)提供直流電，并通過(guò)逆變器向監(jiān)控系統(tǒng)、柴油機(jī)保護(hù)電源提供交流電。

1.2直流系統(tǒng)工作原理

1.2.1充電模塊

廠內(nèi)400VI、III段經(jīng)交流空氣開(kāi)關(guān)分路供給各個(gè)充電模塊，充電模塊將三相AC380V交流電源經(jīng)濾波器輸入到整流電路中，將交流整流為脈動(dòng)的直流輸出，通過(guò)無(wú)源功率因素校正電路，將脈動(dòng)的直流轉(zhuǎn)換為平直的直流電源，由DC/AC高頻逆變?yōu)榭烧{(diào)脈寬的脈沖電壓波，再經(jīng)高頻整流及濾波輸出所需的直流電。

1.2.2監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊是監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，通過(guò)通訊口對(duì)充電模塊、充電柜、饋電柜、電池監(jiān)測(cè)儀、絕緣監(jiān)測(cè)儀等下級(jí)智能設(shè)備實(shí)施數(shù)據(jù)采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)加以判斷，根據(jù)判斷結(jié)果實(shí)行蓄電池自動(dòng)均浮充轉(zhuǎn)換、輸出控制、報(bào)警、故障處理等功能。

1.2.3絕緣監(jiān)測(cè)儀

絕緣監(jiān)測(cè)儀用來(lái)監(jiān)測(cè)母線和支路的絕緣下降情況。在正常運(yùn)行情況下，絕緣監(jiān)測(cè)儀對(duì)母線電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)母線電壓計(jì)算母線對(duì)地的絕緣電阻。當(dāng)母線對(duì)地絕緣電阻低于設(shè)定的告警限時(shí)，絕緣監(jiān)測(cè)儀進(jìn)入支路巡檢狀態(tài)，測(cè)量出有絕緣下降的支路和絕緣電阻，并將此告警信息上送到監(jiān)控模塊顯示。絕緣監(jiān)測(cè)儀可以同時(shí)監(jiān)控合閘母線、控制母線回路輸出的絕緣電阻。

圖1　廠內(nèi)直流系統(tǒng)圖

圖2　壩區(qū)控制電源系統(tǒng)圖

1.2.4降壓硅鏈

降壓硅鏈?zhǔn)怯啥嘀淮蠊β省⒛艹惺芨叻磯旱恼鞫O管串接而成，利用PN結(jié)基本恒定的正向壓降來(lái)產(chǎn)生調(diào)整電壓，通過(guò)改變串入線路的PN結(jié)數(shù)量來(lái)獲得適當(dāng)?shù)膲航?，達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的。

圖3　充電模塊工作原理圖

降壓硅鏈串接在合閘母線與控制母線之間，通過(guò)自動(dòng)控制電路和手動(dòng)控制旋鈕兩種方式改變其電壓降。自動(dòng)控制電路是通過(guò)檢測(cè)控制母線的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)適當(dāng)數(shù)量的執(zhí)行繼電器閉合，保證控制母線電壓在正常范圍內(nèi)；手動(dòng)控制可由旋鈕的不同檔位來(lái)控制執(zhí)行繼電器閉合的數(shù)量，達(dá)到手動(dòng)控制電壓調(diào)節(jié)的目的。

1.2.5蓄電池組

由于蓄電池組提供的電源較交流電源電壓平穩(wěn)、保護(hù)動(dòng)作可靠，因此寶珠寺電站的直流系統(tǒng)均設(shè)有蓄電池組。蓄電池組在交流正常時(shí)存儲(chǔ)電能，在交流供電不足時(shí)釋放電能，保證負(fù)荷的電源電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。

2直流系統(tǒng)故障危害

直流系統(tǒng)作為操作、保護(hù)、信號(hào)、逆變、事故照明和機(jī)組的初始勵(lì)磁等的電源，一旦發(fā)生故障將會(huì)直接影響該負(fù)荷的正常工作。如直流系統(tǒng)母線電壓過(guò)高，將使長(zhǎng)期帶電的繼電器、指示燈等設(shè)備過(guò)熱或損壞；電壓過(guò)低，可能造成斷路器、繼電保護(hù)的動(dòng)作不可靠。危害最嚴(yán)重的故障是直流系統(tǒng)兩點(diǎn)接地，當(dāng)發(fā)生兩點(diǎn)接地故障便可構(gòu)成接地短路，造成機(jī)組無(wú)法開(kāi)機(jī)，失去事故照明，繼電保護(hù)、信號(hào)、自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，加重事故和擴(kuò)大事故范圍。

3直流系統(tǒng)故障原因

在分析直流系統(tǒng)故障時(shí)，應(yīng)先考慮外部環(huán)境和人為因素再考慮設(shè)備本身問(wèn)題，引起直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況原因一般有三個(gè)方面：(1)操作不當(dāng)，如誤操作、某一開(kāi)關(guān)位置不對(duì)，設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)龋?2)外部環(huán)境變化，如輸入電源消失、缺相等；(3)設(shè)備本身，如某個(gè)器件損壞失靈、接觸不良、保險(xiǎn)熔斷等。對(duì)于由操作不當(dāng)和外部原因引起的設(shè)備運(yùn)行異常，只要引起的原因消失，系統(tǒng)就會(huì)正常工作，不需要對(duì)設(shè)備本身進(jìn)行維修處理。

4直流系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理

4.1充電模塊故障

如直流系統(tǒng)故障報(bào)警，在直流室現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)一充電模塊輸出電流為零，故障指示燈亮，查故障代碼判斷故障原因(E31輸出欠壓，E32模塊過(guò)溫，E33交流過(guò)欠壓，E34交流缺相，E35原邊過(guò)流，E36輸出過(guò)壓)，則可以判定是充電模塊故障。故障處理時(shí)首先檢查故障模塊交流輸入空氣開(kāi)關(guān)是否已跳開(kāi)，未跳開(kāi)手動(dòng)拉開(kāi)將故障充電模塊退出運(yùn)行(寶珠寺電站直流充電模塊具有冗余性，退出1/3部分充電模塊直流系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行)，再檢查該充電裝置有無(wú)明顯異常。若無(wú)明顯異常經(jīng)停電復(fù)歸后裝置可正常投入運(yùn)行，若發(fā)現(xiàn)充電模塊異常不能投入，則可將該充電模塊拆下進(jìn)行返廠處理。

4.2直流母線短路

如直流母線故障報(bào)警，直流室現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)短路直流母線電壓表指示為零，該段直流母線供電中斷，蓄電池總保險(xiǎn)熔斷，充電模塊輸入電源跳閘，監(jiān)控模塊無(wú)顯示等，則可斷定為直流母線短路。故障處理時(shí)首先將停電保護(hù)及自動(dòng)裝置做相應(yīng)保護(hù)措施，防止保護(hù)誤動(dòng)作開(kāi)出，已經(jīng)動(dòng)作的保護(hù)則檢查一次設(shè)備動(dòng)作情況，確保一次設(shè)備動(dòng)作正常無(wú)損壞，并立即將以上情況匯報(bào)調(diào)度。再檢查另一段直流母線運(yùn)行是否正常，將故障直流母線上的負(fù)荷倒至正常母線運(yùn)行，用銅排或銅線連接線路保護(hù)室配電盤Ⅰ、Ⅱ段直流電源、機(jī)旁配電盤I、II段直流電源，將機(jī)組啟勵(lì)、合閘I、II段電源聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，將廠用10kV母線I、II段控制電源、合閘電源聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。檢查UPS、監(jiān)控系統(tǒng)工作正常并做好事故預(yù)想(寶珠寺電站UPS、監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)均由交流系統(tǒng)供電)。最后將故障母線停電做好安全措施，查找和處理故障點(diǎn)，處理后將負(fù)荷倒回正常運(yùn)行方式，直流母線恢復(fù)到原運(yùn)行狀態(tài)。

4.3直流系統(tǒng)接地

直流接地是直流系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障，危害也較大，輕則影響直流系統(tǒng)正常運(yùn)行，重則保護(hù)誤動(dòng)，影響主設(shè)備正常運(yùn)行、機(jī)組正常供電、線路正常輸電，因此進(jìn)行重點(diǎn)討論。

4.3.1故障處理

如直流系統(tǒng)絕緣降低報(bào)警，直流室現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)某段直流系統(tǒng)電壓降低，直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣降低，則可判定為直流系統(tǒng)接地。處理時(shí)首先應(yīng)根據(jù)監(jiān)控模塊和絕緣監(jiān)測(cè)儀的報(bào)警信號(hào)判斷接地極性和接地性質(zhì)。然后檢查絕緣監(jiān)測(cè)儀動(dòng)作是否正確，直流回路是否因人員工作或漏水等原因造成，對(duì)于二次回路或直流回路有工作的立即停止工作。根據(jù)絕緣監(jiān)測(cè)儀選出的回路號(hào)進(jìn)行接地查找，如果現(xiàn)地控制電源盤出線發(fā)生接地，則采用瞬時(shí)拉合負(fù)荷的辦法查找接地，同時(shí)應(yīng)注意先從次要負(fù)荷查找，再查找重要負(fù)荷；在查找繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的直流回路時(shí)，應(yīng)先采取相應(yīng)防誤動(dòng)措施。最后查找到接地點(diǎn)后應(yīng)立即做好安全措施進(jìn)行故障處理，處理正常后將直流系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

4.3.2注意事項(xiàng)

由于直線系統(tǒng)處理時(shí)會(huì)短時(shí)停電或?qū)е伦詣?dòng)裝置誤動(dòng)，因此因特別注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)為防止誤判斷，在觀察故障現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)從信號(hào)、光字牌和絕緣檢測(cè)儀指示情況綜合判斷。

(2)瞬停直流電源時(shí)，應(yīng)經(jīng)調(diào)度同意，時(shí)間不應(yīng)超過(guò)3秒鐘，動(dòng)作應(yīng)迅速，防止失去保護(hù)電源的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，并應(yīng)盡量避免在高峰負(fù)荷時(shí)進(jìn)行。

(3)防止保護(hù)誤動(dòng)作，必要時(shí)在瞬時(shí)拉開(kāi)直流電源前，解除可能誤動(dòng)的保護(hù)，直流電源正常后再投入保護(hù)。

(4)使用儀表檢查時(shí)，表計(jì)內(nèi)阻應(yīng)不低于2 000歐/伏。

(5)按符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的圖紙進(jìn)行查找，防止拆錯(cuò)端子線頭；所拆端子線頭應(yīng)做好記錄和標(biāo)記，防止恢復(fù)時(shí)遺留或接錯(cuò)。

(6)查找故障，必須二人及以上進(jìn)行，防止人身觸電，并做好安全監(jiān)護(hù)。

(7)查找直流接地過(guò)程中，應(yīng)防止造成兩點(diǎn)接地。

4.3.3案例分析

寶珠寺電站共4臺(tái)機(jī)組，單機(jī)滿負(fù)荷175MW，2004年發(fā)生過(guò)一次220V直流系統(tǒng)發(fā)生接地。事故現(xiàn)象及處理過(guò)程如下：

事故發(fā)生前帶負(fù)荷情況：11F、12F停機(jī)備用，13F機(jī)組運(yùn)行帶175MW負(fù)荷，14F機(jī)組帶175MW負(fù)荷并帶廠用電，當(dāng)時(shí)電站無(wú)檢修工作任務(wù)。11時(shí)5分，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警“DC220VⅠ段、Ⅱ段母線接地”、“13F發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”，經(jīng)現(xiàn)地檢查直流室發(fā)現(xiàn)1#DC220V直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置顯示：“Ⅰ段、Ⅱ段母線正接地，接地電阻1.3kΩ，接地電壓分別為19.1V、225.8V，接地線路為116#和117#”。機(jī)旁檢查發(fā)現(xiàn)13F機(jī)組保護(hù)屏CPU5轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地出口燈亮，13F轉(zhuǎn)子電壓、電流正常，勵(lì)磁變工作正常，勵(lì)磁滑環(huán)外觀無(wú)異常、無(wú)過(guò)短碳刷、粉塵等。

測(cè)量直流220VⅠ段合閘母線電壓：正對(duì)地電壓為26V，負(fù)對(duì)地電壓為195V。經(jīng)請(qǐng)示同意瞬時(shí)拉開(kāi)由直流電源供給的13F機(jī)組啟勵(lì)電源，直流接地信號(hào)即復(fù)歸正常。立即開(kāi)11F機(jī)組轉(zhuǎn)移負(fù)荷后，停13F機(jī)組，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)系13F機(jī)組啟勵(lì)接觸器滅弧罩脫落，滅弧罩卡簧造成啟勵(lì)電源接地。做好安全措施后回裝滅弧罩，復(fù)歸“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”信號(hào)，經(jīng)開(kāi)機(jī)檢查，接地消失，機(jī)組運(yùn)行正常。

5運(yùn)行維護(hù)措施

5.1日常巡視檢查項(xiàng)目

(1)直流母線檢查：母線電壓在規(guī)定值范圍內(nèi)，連接在直流母線上的元件無(wú)過(guò)熱異常現(xiàn)象，直流母線絕緣良好。

(2)直流饋線柜檢查：直流饋線柜上各元件狀態(tài)，各負(fù)荷空開(kāi)位置，各表計(jì)、信號(hào)指示狀態(tài)；檢查絕緣檢測(cè)儀工作正常，無(wú)故障報(bào)警。

(3)充電柜檢查：充電柜交流電源輸入開(kāi)關(guān)及各充電模塊電源輸入開(kāi)關(guān)位置正確；充電模塊無(wú)發(fā)熱及異常聲音，各模塊電壓、電流顯示一致；充電柜各指示燈表完好并指示正常；充電柜監(jiān)控模塊無(wú)報(bào)警及異常信號(hào)。

(4)蓄電池檢查：蓄電池支架，接頭應(yīng)清潔完好，焊接處無(wú)斷線；蓄電池室通風(fēng)裝置運(yùn)行良好，室溫在10 ℃～30 ℃；蓄電池室內(nèi)照明充足；蓄電池巡檢儀接頭清潔完好，巡檢儀工作正常。

5.2定期維護(hù)措施

(1)檢修人員定期辦理巡回工作票對(duì)直流系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行清掃，保持設(shè)備整潔，保證設(shè)備工作環(huán)境正常。

(2)定期試驗(yàn)項(xiàng)目：設(shè)備參數(shù)定期核對(duì)檢查，蓄電池充放電試驗(yàn)，充電模塊手動(dòng)均浮充轉(zhuǎn)換試驗(yàn)，各充電模塊輸出電壓調(diào)整校對(duì)，絕緣檢測(cè)儀模擬接地告警試驗(yàn)，降壓硅鏈?zhǔn)?自動(dòng)試驗(yàn)，通訊試驗(yàn)等。

6結(jié)語(yǔ)

從寶珠寺電站直流系統(tǒng)組成及故障處理的方法可以看出，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，若供給繼電器保護(hù)動(dòng)作的直流系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，輕則將導(dǎo)致短路電流燒壞發(fā)供電設(shè)備，重則是造成整個(gè)電網(wǎng)崩潰嚴(yán)重影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。只有加強(qiáng)直流系統(tǒng)日常運(yùn)行維護(hù)，并靈活掌握運(yùn)用直流系統(tǒng)故障處理方法才能保證電站乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的供電安全。由于直流系統(tǒng)故障現(xiàn)象處理較復(fù)雜，需要不斷地實(shí)踐、歸納和總結(jié)，才能進(jìn)一步提高直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)水平。

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秦歡(1988-)，女，四川隆昌人，畢業(yè)于華北電力大學(xué)科技學(xué)院電力及其自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)于寶珠寺水力發(fā)電廠從事水電站運(yùn)行與調(diào)度工作；

張?chǎng)┱?1989-)，男，四川廣元人，畢業(yè)于四川大學(xué)水利水電學(xué)院水文與水資源工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)于寶珠寺水力發(fā)電廠從事發(fā)電調(diào)度工作.

(責(zé)任編輯：卓政昌)

收稿日期:2015-10-22

文章編號(hào):1001-2184(2015)06-0175-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7；TM921.1

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