變電站直流系統(tǒng)故障分析

錢永亮

摘要：國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開電力的強(qiáng)力支撐，近年來(lái)，工業(yè)化的發(fā)展對(duì)于電力的需求越來(lái)越大，越來(lái)越需要高品質(zhì)、高穩(wěn)定性的電能，變電站作為電力系統(tǒng)中的重要一環(huán)，具有著不可替代的作用。在這一過(guò)程中，變電站直流系統(tǒng)發(fā)揮著舉足輕重的關(guān)鍵作用，但在實(shí)際工作過(guò)程中，直流系統(tǒng)也常會(huì)發(fā)生這樣那樣的問(wèn)題，本文著重以此課題作為研究重點(diǎn)，提出科學(xué)合理的解決舉措，希望能給相關(guān)專業(yè)人士以參考。

關(guān)鍵詞：變電站;直流系統(tǒng);故障分析

引言

變電站直流系統(tǒng)為變電站提供測(cè)控、安全保護(hù)等，是電力系統(tǒng)保護(hù)和控制的支撐。變電站直流屏內(nèi)的高頻整流電源及模塊是后備直流電源系統(tǒng)的重要組成部分，其采用N+1冗余并聯(lián)工作，連續(xù)運(yùn)行，除了提供充電電源，還負(fù)責(zé)常態(tài)負(fù)荷，工作狀態(tài)復(fù)雜，參數(shù)要求苛刻，加之投運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)短不一，均流方式廠家不同，散熱方式有風(fēng)冷、自冷，故而整個(gè)電源系統(tǒng)及單體模塊是否正常，是保證二次系統(tǒng)安全的重要保障，目前常規(guī)手段僅僅是測(cè)量系統(tǒng)常規(guī)的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度、紋波等等，無(wú)法預(yù)測(cè)高頻整流電源及模塊的遠(yuǎn)期故障或性能，故無(wú)法提前實(shí)施維護(hù)、檢修和更換，一旦發(fā)現(xiàn)故障只好廠家應(yīng)急處理，這其中必然會(huì)出現(xiàn)不短的周期造成系統(tǒng)冗余不足甚至失電，為應(yīng)對(duì)這一重大隱患，急需一種在系統(tǒng)正常運(yùn)行不停電條件下，能夠快速對(duì)高頻整流電源及模塊狀態(tài)進(jìn)行快速早期預(yù)判。

一、變電站直流系統(tǒng)介紹

變電站直流系統(tǒng)的作用是將交流電整流為直流電，所以其穩(wěn)定性可靠性對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)具有著舉足輕重的作用。直流系統(tǒng)的能量來(lái)源主要來(lái)自于交流系統(tǒng)，所以要確保直流的穩(wěn)定，必須首先確保交流的穩(wěn)定。變電站使用直流系統(tǒng)主要有四個(gè)方面的比較優(yōu)勢(shì)：一是具有較好的電壓穩(wěn)定性;二是直流系統(tǒng)的輸入除了二路交流外，還有蓄電池組提供，穩(wěn)定性可靠性較好;三是如果使用交流電源，如果發(fā)生短路故障，電壓會(huì)降低，電壓降低則斷路器不發(fā)揮作用，易引發(fā)電力事故，直流電源較好的避開這一問(wèn)題;四是蓄電池組是可逆電源，使用和替換也較為方便。

二、變電站直流系統(tǒng)故障分析

（一）直流電源出現(xiàn)失壓情形

直流電源是維持電路穩(wěn)定性的關(guān)鍵裝置，在工作實(shí)踐中出現(xiàn)失壓情形，會(huì)導(dǎo)致控制回路和監(jiān)控出現(xiàn)重大問(wèn)題，一些設(shè)備會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)等情形，影響正常工作，影響電力質(zhì)量。失壓情形還會(huì)導(dǎo)致繼電器的失磁，發(fā)生電路跳閘現(xiàn)象。一般情形下，220kV變電站如果出現(xiàn)故障，基本均是由于失磁導(dǎo)致。失磁的發(fā)生主要源于以下三點(diǎn)原因：一是對(duì)于短引線保護(hù)沒(méi)有實(shí)施獨(dú)立的退壓板設(shè)計(jì)，與主保護(hù)一起使用出口壓板，這一情形在短時(shí)間內(nèi)也許不會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題，但長(zhǎng)此以往則會(huì)出現(xiàn)失壓情況。二是短引線設(shè)定額低于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值，導(dǎo)致電路負(fù)荷電流超出設(shè)定極限。三是短線保護(hù)回路設(shè)計(jì)不夠科學(xué)合理，電源失壓導(dǎo)致跳閘情況出現(xiàn)。

（二）直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地情形

在所有故障中，接地情形是危害最大的，也是最為常見的，需要引起高度重視。其破壞性對(duì)于整個(gè)變電站系統(tǒng)功能產(chǎn)的影響是巨大的，程度較輕的會(huì)發(fā)生遙信量誤送，嚴(yán)重程度較重的則可能發(fā)生開關(guān)拒動(dòng)和誤跳。分析其中主要原因：主要是控制電纜、信號(hào)對(duì)地絕緣降低、直流電纜對(duì)地分布電容影響、蓄電池對(duì)地絕緣降低、雙配置直流系統(tǒng)正負(fù)串接、交流電串入直流系統(tǒng)等。變電站直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，運(yùn)維人員可以通過(guò)直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的選線功能，配合拉路選線法，并結(jié)合運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)快速查找接地點(diǎn)。在變電站實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，接地一般不會(huì)立刻產(chǎn)生電流短路，但監(jiān)視系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出相應(yīng)警報(bào)，值守人員發(fā)現(xiàn)故障后，可以及時(shí)處置。如果實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，線路的另外一端同時(shí)出現(xiàn)接地故障，則系統(tǒng)的短路問(wèn)題會(huì)立即發(fā)生，導(dǎo)致熔斷器熔斷，整個(gè)電路失去電源支撐而發(fā)生事故。此類事故類型一般區(qū)分為兩種：一種是正極兩點(diǎn)接地，繼電保護(hù)和斷路器發(fā)出錯(cuò)誤判斷，導(dǎo)致繼電器線圈勵(lì)磁、合閘線發(fā)生故障，具體如圖1所示。另一種是負(fù)極兩地接地，二次回路產(chǎn)生，繼電器發(fā)生短接，導(dǎo)致跳閘越級(jí)，事故嚴(yán)重性進(jìn)一步加大。在同時(shí)接地狀態(tài)下，線圈出現(xiàn)短接會(huì)失去作用，回路短路電流會(huì)立即產(chǎn)生，電源保險(xiǎn)發(fā)生熔斷，保護(hù)電源失效，具體如圖2所示。

三、系統(tǒng)故障原因分析

（一）施工和設(shè)計(jì)產(chǎn)生問(wèn)題

由于施工和設(shè)計(jì)的遺留問(wèn)題，導(dǎo)致一些線路兩端直流混接，也有可能施工人員出現(xiàn)兩端直流混接情形，由于設(shè)計(jì)施工的不科學(xué)，不能按照國(guó)家規(guī)定的國(guó)標(biāo)進(jìn)行施工，比如直流回路出現(xiàn)裸線情形以及出現(xiàn)線頭接觸柜體情形。這些問(wèn)題均要求施工維護(hù)人員在維護(hù)檢修時(shí)，不能粗心大意，否則會(huì)導(dǎo)致線路短路或接地情形。

（二）材料出現(xiàn)老化

這種情況在偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)村較為多見，這些地區(qū)由于變電站使用年限較久，運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，變電站上的一些絕緣線路會(huì)相繼出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)直流系統(tǒng)故障，如果是電纜和接線端子的絕緣線出現(xiàn)老化，則會(huì)導(dǎo)致短路和接地的幾率大大增加。除此之外，也有可能變電站一些部件在出廠時(shí)就達(dá)不到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致線路絕緣性較低而發(fā)生過(guò)電燒傷，絕緣線的破損程度進(jìn)一步加大。

（三）輸電壓過(guò)高導(dǎo)致發(fā)生故障

分析直流系統(tǒng)發(fā)生故障情況，主要區(qū)分為兩大類：一類是直流系統(tǒng)硬件組成部分發(fā)生故障;另一類是相關(guān)參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)偏差。這兩類問(wèn)題均會(huì)影響直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，造成運(yùn)行異常。介于此，必須高度重視充電模塊中輸出電壓過(guò)高而導(dǎo)致模塊發(fā)生故障。要有效解決這一故障，必須首先進(jìn)行停機(jī)，然后進(jìn)行相關(guān)輸出指針的檢測(cè)，并進(jìn)行輸出指針的調(diào)整。如果檢測(cè)是硬件出現(xiàn)問(wèn)題，則需要采取維修或更換的方式進(jìn)行處置，最終確保電池壽命符合要求。以某發(fā)電廠2015年發(fā)生的故障為案例，根據(jù)調(diào)查情況分析，主要有以下幾點(diǎn)原因：一是外部的負(fù)載不匹配，造成模塊的過(guò)負(fù)荷，這是這一情況發(fā)生的主因。直流油泵和蓄電池是高頻開關(guān)的主要負(fù)載，其總輸出電流接近300A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流200A，開關(guān)處于嚴(yán)重首先的負(fù)載狀態(tài)，造成內(nèi)部的參數(shù)也出現(xiàn)了偏差，參數(shù)偏差較大的被燒壞。二是具體連接點(diǎn)出現(xiàn)了氧化。

四、直流系統(tǒng)故障的預(yù)防

（一）直流系統(tǒng)故障預(yù)防需解決的問(wèn)題

主要需要著力解決以下問(wèn)題：一是實(shí)現(xiàn)直流屏高頻整流電源故障預(yù)判的目的，防止模塊帶缺陷運(yùn)行，給維護(hù)、檢修、更換提供合理時(shí)間，減少系統(tǒng)失電風(fēng)險(xiǎn);二是.解決以往需停電才能檢測(cè)模塊的缺憾，在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，快速報(bào)告預(yù)判結(jié)果，不影響系統(tǒng)運(yùn)行，安全可靠。三是進(jìn)一步豐富直流系統(tǒng)維護(hù)內(nèi)容和參數(shù)，對(duì)于進(jìn)一步重點(diǎn)監(jiān)護(hù)提供定量依據(jù)。

（二）直流系統(tǒng)故障預(yù)防關(guān)鍵點(diǎn)分析

在實(shí)際實(shí)踐過(guò)程中，主要關(guān)鍵點(diǎn)主要有以下六點(diǎn)：一是構(gòu)建無(wú)線寬頻譜接收系統(tǒng)，其功能主要是分析高頻整流電源主振頻率、穩(wěn)定性、諧波分量以及主開關(guān)管脈沖電流信號(hào)，預(yù)判模塊工作的狀態(tài)。二是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多重傅里葉濾波網(wǎng)絡(luò)，分析直流母線交流分量占比、特性、數(shù)值，預(yù)判模塊工作的狀態(tài)。三是進(jìn)一步完善的電器隔離系統(tǒng)，保證裝置的采樣準(zhǔn)確可靠而不影響主回路的電氣絕緣要求，并具備完善的自保護(hù)功能。四是內(nèi)置單片機(jī)系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，能對(duì)多套直流屏高頻整流電源建模，方便參數(shù)處理、對(duì)比，對(duì)維護(hù)提出科學(xué)、定量的數(shù)據(jù)。五是實(shí)現(xiàn)智能整合諸參數(shù)，直觀的輸出報(bào)警顯示界面，便于現(xiàn)場(chǎng)人員快速判別。六是連接件體積小，重量輕，便于攜帶，兼容性好，適用于各廠家規(guī)格、型號(hào)直流屏柜，功能實(shí)用，造價(jià)低，操作簡(jiǎn)單。

（三）進(jìn)一步嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)和施工

由于直流系統(tǒng)工作的范圍較為廣泛，其工作環(huán)境也涉及到較多的線路和外接設(shè)備，從運(yùn)行實(shí)踐來(lái)看，必須要嚴(yán)格直流系統(tǒng)相關(guān)部件的嚴(yán)格設(shè)計(jì)和施工，以此來(lái)降低直流系統(tǒng)故障出現(xiàn)的頻率，盡可能避免故障發(fā)生。設(shè)計(jì)施工中要注意避免出現(xiàn)交直流混接以及兩段直流混接的情況，要保持交流繼電器、直流回路繼電器和接觸器等設(shè)備之間的間距，避免在電壓切換時(shí)，直流回路與交流回路產(chǎn)生連通而導(dǎo)致短路。在施工結(jié)束后，要按照施工步驟實(shí)施嚴(yán)格認(rèn)真的結(jié)尾竣工檢查，以此確保所有設(shè)備安裝施工符合國(guó)家規(guī)定要求，對(duì)接正常無(wú)誤。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文以問(wèn)題為切入點(diǎn)，對(duì)變電站直流系統(tǒng)一般常見問(wèn)題進(jìn)行了闡述，并提出了解決舉措。目的是為了實(shí)現(xiàn)直流屏高頻整流電源故障的預(yù)判，防止模塊帶缺陷運(yùn)行，給維護(hù)、檢修、更換提供合理時(shí)間，減少系統(tǒng)失電風(fēng)險(xiǎn)，從而更好的解決以往需停電才能檢測(cè)維修的缺憾，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，快速報(bào)告預(yù)判結(jié)果，不影響系統(tǒng)運(yùn)行，安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉友強(qiáng)，游德華.變電站直流系統(tǒng)接地原因分析及故障查找[J].大眾用電，2019，08：30-31.

[2]張國(guó)華，王文東.變電站直流接地系統(tǒng)故障分析與處理[J].科技資訊，2019，03：30.

[3]曹洋.對(duì)220kV變電站直流系統(tǒng)故障的研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018，12：185.