35kV變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行檢修及改造探討

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司綿陽(yáng)供電公司 四川 綿陽(yáng) 621000)

35kV變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行檢修及改造探討

胡曉東

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司綿陽(yáng)供電公司四川綿陽(yáng)621000)

變電站直流系統(tǒng)為全站的保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)通訊等二次系統(tǒng)提供電力供應(yīng)，做好直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作至關(guān)重要。部分35kV變電站因建m設(shè)年代久遠(yuǎn)，存在多種隱患。本文對(duì)35kV變電站普遍存在的缺陷或故障進(jìn)行分析，如家族性缺陷、降壓硅鏈、系統(tǒng)接線方式、直流斷路器級(jí)差配置、直流電源N-1配置、防止交流竄入直流系統(tǒng)等內(nèi)容進(jìn)行分析，并提出解決方案，以達(dá)到更高的運(yùn)行安全性。

變電站直流系統(tǒng)；直流斷路器級(jí)差配置；直流系統(tǒng)接線方式；降壓硅鏈；直流電源N-1配置；交流竄入直流系統(tǒng)

一、引言

35kV變電站盡管在電網(wǎng)中并不起著樞紐作用，但是作為配電網(wǎng)系統(tǒng)的樞紐，在配電系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。隨著變電站綜合自動(dòng)化水平的不斷提高，35kV變電站已經(jīng)轉(zhuǎn)為無(wú)人值守站，這對(duì)變電站的保護(hù)、測(cè)控等系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了更高的要求。變電站站用直流系統(tǒng)為全站的保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)通訊等二次系統(tǒng)提供電力供應(yīng)，是二次系統(tǒng)維護(hù)的重中之重。

本文將以梓潼縣供電公司下轄的35kV變電站為例，對(duì)35kV變電站直流系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行探討，并提出合理的解決方案。較早投運(yùn)的35kV交泰、金寶、許州變電站及10kV青龍開關(guān)站，經(jīng)過(guò)若干次技術(shù)改造，直流充電設(shè)備均已更換為高頻交直流轉(zhuǎn)換電源，蓄電池也更換為閥控型密封電池，與新建35kV黎雅、自強(qiáng)變電站相同。

二、交流回路切換開關(guān)家族型故障

35kV變電站直流電源系統(tǒng)有兩路交流輸入，兩路交流電源均來(lái)自10kV站用變，直降變處于熱備用狀態(tài)，當(dāng)站用變交流失壓，則備自投動(dòng)作，投入直降變。直流電源交流輸入采用交流切換開關(guān)來(lái)選擇一路交流作為主用，另一路作為備用。正常運(yùn)行情況下，該交流切換開關(guān)處于“自動(dòng)”狀態(tài)，該狀態(tài)下，交流切換開關(guān)自動(dòng)選擇交流輸入。

35kV黎雅、自強(qiáng)變電站為2013年新建變電站，直流系統(tǒng)設(shè)備為同一廠家供應(yīng)，交流回路切換開關(guān)出現(xiàn)“自動(dòng)”位置損壞情況，交流輸入失電，直流系統(tǒng)轉(zhuǎn)由蓄電池供電，只能手動(dòng)將該切換開關(guān)切至交流輸入1路(或2路)。一旦該故障未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，蓄電池電量耗盡，全站將失去監(jiān)控和保護(hù)。

三、直流回路開關(guān)選用非專用直流空氣開關(guān)

(一)直流斷路器簡(jiǎn)介

變電站直流斷路器必須選用具有自動(dòng)脫扣功能的直流專用斷路器?；疽笫牵?dāng)出現(xiàn)故障電流時(shí)，直流斷路器能夠迅速、可靠、且有選擇性地切除故障回路，且不出現(xiàn)誤動(dòng)作、越級(jí)跳閘。

目前直流斷路器主要分兩種：塑殼式和框架式?？蚣苁街绷鲾嗦菲鞅Ｗo(hù)為三段式保護(hù)：短路瞬時(shí)脫扣、短路延時(shí)脫扣、過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)脫扣。塑殼式為兩段式保護(hù)：短路瞬時(shí)脫扣、過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)脫扣，不含短路延時(shí)保護(hù)。

(二)直流斷路器選用

由于直流回路開關(guān)和交流回路開關(guān)的熄弧過(guò)程完全不同，因此直流回路使用交流空氣開關(guān)是絕不允許的。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)《直流電源系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》5.3.2.2條款要求，“直流回路中嚴(yán)禁使用交流空氣斷路器，當(dāng)使用交直流通用空氣斷路器時(shí)，其性能必須滿足開斷直流回路短路電流和動(dòng)作選擇性的要求”。35kV許州、金寶變電站和10kV青龍開關(guān)站直流系統(tǒng)均使用了施耐德交直流通用空氣開關(guān)，新建35kV自強(qiáng)變電站事故照明空氣開關(guān)也存在使用交流空氣開關(guān)的情況，應(yīng)逐步改造為直流專用空氣開關(guān)。

直流專用空開在斷開回路時(shí)，其滅弧室能產(chǎn)生一個(gè)與電流方向垂直的橫向磁場(chǎng)，將直流電弧拉斷。普通交流空開的滅弧機(jī)理是靠交流電流的自然過(guò)零來(lái)滅弧，而直流電流是沒(méi)有自然過(guò)零點(diǎn)的，因此，普通交流空開不能可靠熄滅直流電弧。試驗(yàn)證明，額定電流相同情況下，交流空開分?jǐn)嗄芰H為直流空開的1/8到1/5。

(三)直流斷路器級(jí)差配合

直流斷路器級(jí)差配合是指直流斷路器上、下級(jí)額定電流的等級(jí)要至少相差4級(jí)，確保故障電流能快速、準(zhǔn)確、可靠地切除，確保故障范圍最小，即不會(huì)拒動(dòng)、誤動(dòng)和越級(jí)跳閘。

直流斷路器級(jí)差配合，首先要確定你所選擇的直流斷路器型號(hào)及規(guī)格。例如，北京人民電器廠生產(chǎn)的G型GM32系列直流斷路器，電流等級(jí)為1、3、6、10、16、20、25、32、40共9個(gè)等級(jí)，如果下級(jí)直流斷路器額定電流為3A，則上級(jí)直流斷路器需要選擇20A，使二者級(jí)差不小于4級(jí)。

四、直流系統(tǒng)應(yīng)按電壓等級(jí)設(shè)置分電屏供電方式，不應(yīng)采用直流小母線供電方式

為了保證上、下級(jí)直流空氣開關(guān)的級(jí)差配合，直流系統(tǒng)饋線屏接線方式應(yīng)采用輻射狀供電方式。這樣接線的好處是如果直流負(fù)荷處直流空開下口故障，僅跳該直流負(fù)荷對(duì)應(yīng)空氣開關(guān)，或者最多跳該直流回路上一級(jí)空氣開關(guān)。由于柜頂小母線接線方式下，小母線總進(jìn)線斷路器很難實(shí)現(xiàn)與下級(jí)負(fù)荷空開的級(jí)差配合，一旦出現(xiàn)越級(jí)跳閘造成小母線失電，由小母線供電的二次系統(tǒng)也將失電。另外，柜頂直流小母線裸露部分較多、連接點(diǎn)較多，易造成誤碰或接地故障。

五、部分重要直流負(fù)荷電源配置未達(dá)到N-1標(biāo)準(zhǔn)

2013年11月，梓潼縣調(diào)控中心發(fā)現(xiàn)無(wú)法監(jiān)控到35kV金寶變電站，變電運(yùn)維人員趕往該變電站，經(jīng)查，站上光纖通訊裝置失電，原因是為該裝置供電的直流轉(zhuǎn)換(DC220V/DC48V)模塊跳閘。由于梓潼縣供電公司下轄變電站均為無(wú)人值守變電站，通訊系統(tǒng)失電將導(dǎo)致變電站在無(wú)任何監(jiān)控情況下運(yùn)行，一旦發(fā)生緊急情況，后果不堪設(shè)想。

六、未配置交流竄入直流報(bào)警功能

目前包括兩個(gè)新建變電站在內(nèi)，直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察系統(tǒng)尚未配置交流竄入直流報(bào)警功能。交流電竄入直流系統(tǒng)會(huì)造成保護(hù)裝置誤動(dòng)，甚至大面積停電等嚴(yán)重后果。2011年8月19日，某330kV變電站因雨水進(jìn)入斷路器操作機(jī)構(gòu)箱，引起220V交流電竄入直流系統(tǒng)，致使主變斷路器非電量出口中間繼電器節(jié)點(diǎn)受電動(dòng)力影響持續(xù)抖動(dòng)，引起斷路器跳閘，造成該站2臺(tái)主變及110kV母線失壓、15座110kV變電站全停的嚴(yán)重停電事故。因此，變電站一定要嚴(yán)防交流竄入直流故障的出現(xiàn)。

室外機(jī)構(gòu)箱內(nèi)端子排因雨水滲漏、檢修試驗(yàn)過(guò)程中因?yàn)椴僮魇д`等是導(dǎo)致交流竄入直流的主要原因。因此，防范交流竄入直流應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：

1.避免出現(xiàn)同一端子排上交、直流混裝。交、直流電源端子嚴(yán)禁在同一端子排混裝，端子排之間應(yīng)有明顯的區(qū)分且端子間絕緣良好。避免檢修試驗(yàn)人員出現(xiàn)操作失誤。對(duì)于室外操作機(jī)構(gòu)箱，交、直流電源應(yīng)避免出現(xiàn)在同一端子排上。交、直流電纜應(yīng)分層敷設(shè)。

2.將端子箱、機(jī)構(gòu)箱密封性檢查納入巡視重點(diǎn)。雨天因室外場(chǎng)地端子箱、操作機(jī)構(gòu)箱密封不嚴(yán)導(dǎo)致雨水滲漏是導(dǎo)致交流竄入直流、直流系統(tǒng)接地等故障的主要原因之一。應(yīng)將場(chǎng)地端子箱、機(jī)構(gòu)箱密封性檢查作為雨季巡視重點(diǎn)內(nèi)容，并且在雨季來(lái)臨前應(yīng)進(jìn)行一次專項(xiàng)檢查，且作為雨后特巡的重點(diǎn)檢查內(nèi)容。

3.嚴(yán)格執(zhí)行二次系統(tǒng)檢修試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化工序卡。二次系統(tǒng)檢修試驗(yàn)常常需要同時(shí)涉及到交直流端子排，因此，應(yīng)制定具有指導(dǎo)作用的二次系統(tǒng)檢修標(biāo)準(zhǔn)化工序卡，包含二次設(shè)備檢修安全措施票及標(biāo)準(zhǔn)化工序卡，操作中加強(qiáng)監(jiān)護(hù)，防止因誤操作導(dǎo)致交流竄入直流或其他故障的發(fā)生。

七、結(jié)語(yǔ)

直流系統(tǒng)是保證變電站安全運(yùn)行的重要組成部分，無(wú)論在正常運(yùn)行還是事故情況下都應(yīng)該保證變電站二次設(shè)備的供電。本文就35kV變電站直流系統(tǒng)存在的某些問(wèn)題及如何改造進(jìn)行了探討，而確保直流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，貫穿于設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維、檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)。

胡曉東(1987-)，男，工學(xué)碩士，工程師，從事配電網(wǎng)調(diào)控及新能源開發(fā)及并網(wǎng)研究工作。