變電站直流電源系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀分析

李正維

摘? ?要：變電站作為電網(wǎng)的重要樞紐，包括電氣一次、二次及各種輔助單元，而直流系統(tǒng)是為變電站控制保護(hù)提供電源的重要單元。本文通過合江電網(wǎng)各變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，說明了18只12V蓄電池直流系統(tǒng)和104只2V蓄電池直流系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了應(yīng)用充電模塊運(yùn)行電壓數(shù)據(jù)初步判斷蓄電池是否正常的方法和提高直流設(shè)備運(yùn)行可靠性建議，希望對變電站直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有所幫助。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)? 直流電壓? 電池運(yùn)行? 電池維護(hù)

中圖分類號(hào)：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（c）-0046-03

《智能電網(wǎng)建設(shè)與管理在瀘州玉宇電力公司的應(yīng)用研究》項(xiàng)目（立項(xiàng)編號(hào)：2017-S-45（2/3））開展以來，團(tuán)隊(duì)對D-5000數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究分析。根據(jù)目前變電站直流系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用來看，構(gòu)成系統(tǒng)的元器件、監(jiān)控裝置、蓄電池組都發(fā)生了巨大變化。為了讓這一系統(tǒng)更好地服務(wù)于智能變電站的運(yùn)行，現(xiàn)就合江電網(wǎng)各變電站直流系統(tǒng)運(yùn)維情況作以下分析。

1? 變電站直流系統(tǒng)使用情況

1.1 采用12V蓄電池的系統(tǒng)

合江電網(wǎng)目前有35kV佛蔭、白沙、九支變電站及110kV甘雨、元興等變電站采用12V蓄電池直流系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的儲(chǔ)能蓄電池采用的是單體額定電壓為12V的閥控式密封鉛酸蓄電池，容量100Ah，因二次設(shè)備的控制電壓是220V，采用18只蓄電池串聯(lián)運(yùn)行方式。直流系統(tǒng)附屬裝置包括交流備自投電源、監(jiān)控裝置、控制模塊、充電模塊、絕緣監(jiān)察裝置、硅鏈調(diào)壓裝置、蓄電池巡檢儀等。 交流正常供電時(shí)，微機(jī)控制高頻開關(guān)直流電源裝置控制母線由控制模塊提供220V直流電源，通過調(diào)壓裝置控制合閘輸出和控制輸出電壓，充電模塊和蓄電池組熱備用。當(dāng)交流停電或控制模塊故障時(shí)，控制母線由蓄電池組通過調(diào)壓裝置自動(dòng)將蓄電池組的電壓調(diào)節(jié)為220V±10%供電，以保證繼電保護(hù)、自動(dòng)等裝置正常工作。

1.2 采用2V蓄電池的系統(tǒng)

2018年以后新投運(yùn)的變電站，均采用的是一體化電源系統(tǒng)，包括110kV馬街、梨子灣、石佛、榕山等變電站。這類系統(tǒng)的儲(chǔ)能蓄電池采用的是單體額定電壓為2V的閥控式密封鉛酸蓄電池，容量200Ah。因二次設(shè)備的控制電壓是220V，蓄電池?cái)?shù)量選用104只（是否增加：104只2V蓄電池的浮充電壓為234V，這是能）。直流系統(tǒng)附屬裝置有交流備自投電源、監(jiān)控裝置、充電模塊、絕緣監(jiān)察裝置、蓄電池巡檢儀、48V通訊電源裝置、逆變電源裝置等。直流輸出電源控制母線和合閘母線合二為一，變電站內(nèi)的斷路器分合閘與二次設(shè)備電源均接入該母線，這類系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行在233V電壓范圍內(nèi)。該直流系統(tǒng)最大的特點(diǎn)一是取消了硅鏈調(diào)壓裝置，將合閘母線與控制母線合二為一;二是增加了48V通信電源系統(tǒng)，滿足智能變電站通訊設(shè)備需要;三是增加了UPS逆變電源系統(tǒng)，為站端監(jiān)控與數(shù)據(jù)服務(wù)器提供可靠的電源支持，方便設(shè)備集中管理。該類一體化直流系統(tǒng)能夠?yàn)闊o人值守變電站提供穩(wěn)定可靠的電源支持。

2? 變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

2.1 12V蓄電池構(gòu)成的直流系統(tǒng)運(yùn)行

直流電壓、電流數(shù)據(jù)是判斷直流系統(tǒng)運(yùn)行是否正常的依據(jù)。設(shè)備正常情況下充電模塊電壓243V左右，單體蓄電池在浮充狀態(tài)運(yùn)行下電壓在13.50～13.80V之間，蓄電池組端電壓在243V左右，這樣保證了在站用交流停電或者充電模塊故障時(shí)，設(shè)備能提供可靠的直流電源，否則蓄電池備用時(shí)間達(dá)不到要求。從以上收集的數(shù)據(jù)分析，各變電站的直流負(fù)荷不大，電壓在243V左右均能滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行，但直流電源系統(tǒng)備用時(shí)間有時(shí)也取決于蓄電池容量與變電站負(fù)荷有關(guān)，比如蓄電池容量大、變電站負(fù)荷小，應(yīng)急時(shí)間相對要長一點(diǎn)，所以平時(shí)做好直流系統(tǒng)維護(hù)至關(guān)重要?，F(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場記錄的直流系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行如下分析。

2.1.1 110kV甘雨變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

合母電壓240.3V、控母電壓224.9V、直流負(fù)荷電流0.9A、蓄電池電流-0.5A、單體蓄電池平均電壓13.35V。從數(shù)據(jù)（蓄電池電流-0.5A）分析發(fā)現(xiàn)蓄電池電流傳感器有故障，而在站用交流停電或者全部充電模塊損壞后蓄電池才處于放電狀態(tài)，以上情況都不滿足。通過電流鉗形表檢查蓄電池電流發(fā)現(xiàn)蓄電池處于正常充電狀態(tài)（電流0.5A），而直流監(jiān)控裝置與蓄電池電流表顯示為-0.5A放電電流，需校準(zhǔn)蓄電池電流傳感器零點(diǎn)或者更換電流傳感器。從數(shù)據(jù)分析運(yùn)行中的單體蓄電池平均電壓為13.35V，低于單體蓄電池在浮充狀態(tài)下運(yùn)行電壓13.5～13.8V，需做一次蓄電池核對性充放電試驗(yàn)，然后觀察電壓是否恢復(fù)正常值。

2.1.2 110kV元興變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

合母電壓231V、控母電壓220V、充電模塊電壓231.5V，電流3A，單體蓄電池平均電壓12.83V，此電壓低于單體蓄電池在浮充狀態(tài)下運(yùn)行電壓13.5～13.8V，需做一次蓄電池核對性充放電試驗(yàn)，然后觀察電壓是否恢復(fù)正常值。

2.1.3 35kV白沙變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

合母電壓239.9V、控母電壓221.8V，直流負(fù)荷電流1.1A，單個(gè)蓄電池電壓13.33V，低于單體蓄電池在浮充狀態(tài)下運(yùn)行電壓13.5～13.8V，需做一次蓄電池核對性充放電試驗(yàn)，然后觀察電壓是否恢復(fù)正常值。

2.2 2V蓄電池構(gòu)成的直流系統(tǒng)運(yùn)行

220kV龍譚變電站采用兩組獨(dú)立直流系統(tǒng)分兩段供電方式，第1段供220kV設(shè)備使用，第2段供110kV設(shè)備使用，其中兩組直流系統(tǒng)任意一段出現(xiàn)故障或者檢修時(shí)，可以1、2段系統(tǒng)并聯(lián)使用，將故障或檢修部分完全脫離系統(tǒng)，方便了設(shè)備維護(hù)檢修，增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的安全性。直流系統(tǒng)1、2段屏柜各有充電模塊6個(gè)，每組有蓄電池104只，型號(hào)為GFM400-2、2V 400Ah。1段屏柜交流表計(jì)數(shù)據(jù)顯示A、B、C相電壓228.3V、227.9 V、227.3V;A、B、C相電流3.854A、3.767A、3.293A，充電模塊輸出電壓233.9V、輸出電流5.3A。2段屏柜交流表計(jì)數(shù)據(jù)顯示A、B、C相電壓227.9V、227.6 V、228.3V;A、B、C相電流2.854A、2.767A、2.893A，充電模塊輸出電壓233.9V、輸出電流4.1A。

通過以上數(shù)據(jù)分析，低壓交流電壓正常，電池平均單體電壓2.249V正常。一體化直流電源系統(tǒng)取消了硅鏈調(diào)壓裝置，降低了因硅鏈故障引起的控制母線失電，簡化了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)。但控制母線取消后，相當(dāng)于合閘母線與控制母線合二為一，正常情況下二次設(shè)備運(yùn)行電壓在234V左右，比二次設(shè)備的額定電壓高了5%，這對設(shè)備運(yùn)行及絕緣將產(chǎn)生不利影響。

運(yùn)用公司D-5000調(diào)度綜合信息系統(tǒng)，調(diào)度中心通過各變電站上傳的站用交流電壓、電流，合母電壓、電流，控母電壓、電流，蓄電池組電壓，電流、單體蓄電池電壓、負(fù)荷電流，以及合母電壓過欠壓、控母電壓過欠壓、蓄電池組電壓過欠壓、充電模塊故障、絕緣監(jiān)測故障、饋線開關(guān)故障、調(diào)壓硅鏈裝置故障等遙信數(shù)據(jù)，就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控，及時(shí)將直流系統(tǒng)運(yùn)行情況通知運(yùn)維部門，運(yùn)維部門根據(jù)設(shè)備故障情況采取相應(yīng)解決措施，提高變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和安全性。

3? 各變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行分析

3.1 蓄電池組運(yùn)行電壓

由18只12V蓄電池組構(gòu)成的直流系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)充電模塊電壓（也是HM母線電壓）243V，單體蓄電池的平均電壓為13.5V。一旦充電模塊電壓低于240V，則每只單體蓄電池的平均電壓低于13.3V，在事故時(shí)電池放電容量達(dá)不到要求。

由104只2V蓄電池組構(gòu)成的直流系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)充電模塊電壓（也是KM母線電壓）233V，每只電池電壓的平均電壓2.24V，如果充電模塊電壓低于230V，則每只單體蓄電池的平均電壓低于2.21V，在事故時(shí)電池放電容量則達(dá)不到要求。

3.2 交流電源電壓

保證變電站低壓側(cè)母線電壓在正常運(yùn)行水平非常重要，因?yàn)楫?dāng)10kV母線電壓為10.5kV時(shí)，低壓母線的正常運(yùn)行電壓為400V，相電壓230V，如果低壓側(cè)母線電壓過高，將會(huì)造成直流系統(tǒng)交流電源設(shè)備加速損壞，需要及時(shí)調(diào)整站用變壓器分接頭。

3.3 直流系統(tǒng)電流

通過表1、表2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，變電站的直流電流都在4A以下，理論上只需要一個(gè)充電模塊運(yùn)行就能滿足直流系統(tǒng)運(yùn)行需要，通常情況下運(yùn)行的是兩個(gè)直流充電模塊。這一數(shù)據(jù)與手冊上電池容量選擇計(jì)算以及一些文章統(tǒng)計(jì)分析有很大的不同，主要原因是新投運(yùn)的變電站保護(hù)裝置已實(shí)行微機(jī)化，信號(hào)指示、事故照明均已節(jié)能化，這就大大減小了直流系統(tǒng)設(shè)備的負(fù)荷，并延長了蓄電池組的使用壽命。

4? 提高直流系統(tǒng)運(yùn)行可靠性建議

（1）在設(shè)計(jì)安裝時(shí)正確選擇直流系統(tǒng)的型號(hào)、規(guī)格、廠家。

（2）加強(qiáng)直流系統(tǒng)在線監(jiān)測的應(yīng)用研究和推廣。目前蓄電池巡檢儀技術(shù)日臻成熟，通過檢測蓄電池放電曲線、蓄電池端電壓、內(nèi)阻、容量測試等運(yùn)行狀態(tài)，能有效判斷蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）對于絕緣監(jiān)測裝置，應(yīng)考慮使用在線式絕緣檢查與便攜式直流接地檢測儀檢查相結(jié)合方法，綜合進(jìn)行判斷。

（4）運(yùn)行管理。為保證各變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，延長蓄電池正常使用年限，降低運(yùn)行費(fèi)用，應(yīng)強(qiáng)化以下幾方面的管理工作。

①制度方面，建立健全直流系統(tǒng)運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備巡視檢查及定期維護(hù)檢測規(guī)定。

②定期開展技術(shù)培訓(xùn)，增強(qiáng)相關(guān)人員的理論水平和運(yùn)行維護(hù)技能。

③加強(qiáng)直流系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測分析，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)報(bào)告處理。

4）建立設(shè)備運(yùn)行檢測臺(tái)賬。

（5）直流系統(tǒng)蓄電池維護(hù)檢測。

1）蓄電池的運(yùn)行管理是一個(gè)漸進(jìn)和積累的過程，為保證蓄電池的長期正常使用，蓄電池檢查人員需要每3個(gè)月進(jìn)行單體蓄電池電壓檢測，每半年檢測蓄電池內(nèi)阻。定期檢查蓄電池連接條是否有松動(dòng)和腐蝕、蓄電池外殼和極柱的溫度、蓄電池的殼蓋有無變形和滲液，極柱、安全閥周圍是否有滲液和酸霧逸出，并每半年重新擰緊一次連接條處螺栓。

2）定期進(jìn)行蓄電池組核對性充放電實(shí)驗(yàn)，一般每兩年進(jìn)行一次，運(yùn)行超過4 年后每年進(jìn)行放電核對試驗(yàn)。

3）需定期檢查蓄電池浮充電及直流系統(tǒng)運(yùn)行電壓。

4）每年至少進(jìn)行一次直流熔絲、空開普查，保證空開級差和熔絲的合理分配。

5）在正常情況下，蓄電池的浮充電流只有0.03-0.04A左右，所需直流負(fù)荷不到1A，平均分配在各充電模塊的輸出電流就更小。

6）充電模塊的配置一般按照3個(gè)方式配置，正常運(yùn)行1個(gè)，其它備用，保證有一個(gè)充電模塊故障后設(shè)備能正常工作。

5? 結(jié)語

變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題很多，本文根據(jù)平時(shí)的工作實(shí)踐，就設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀與常見問題進(jìn)行了分析和研究，希望能得到同行們的支持和指正，以期對直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有所幫助。

參考文獻(xiàn)

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