變電站直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及故障分析

李自偉

摘??要：在電力系統(tǒng)特別是廠站設(shè)備中，直流系統(tǒng)在運(yùn)行中產(chǎn)生如果發(fā)生故障，相關(guān)的繼電保護(hù)、自動(dòng)化系統(tǒng)等二次設(shè)備就會(huì)功能失效，無法有效地監(jiān)控變電站設(shè)備，更不能及時(shí)對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行反應(yīng)，必然會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。要保證直流系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，就要重視直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，對(duì)運(yùn)行中的故障進(jìn)行分析并采取必要的措施解決。

關(guān)鍵詞：變電站;直流系統(tǒng);設(shè)計(jì);故障

引言：

在輸變電系統(tǒng)中，變電站作為電能匯集和分配的節(jié)點(diǎn)，其重要性是不言而喻的，變電站是否穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)輸變電系統(tǒng)是否安全穩(wěn)定運(yùn)行具有直接的影響。直流系統(tǒng)作為站用電源系統(tǒng)最重要的組成部分，科學(xué)、合理地對(duì)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足安全、可靠的前提下兼顧多種不同運(yùn)行方式，同時(shí)需要對(duì)其在運(yùn)行中所產(chǎn)生的故障問題快速做出診斷并具有針對(duì)性地排除，這是整個(gè)電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行的一個(gè)基礎(chǔ)性條件。

一、變電站直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）變電站直流系統(tǒng)的組成

變電站直流系統(tǒng)的配置以及接線都要與變電站的規(guī)模相對(duì)應(yīng)，根據(jù)電力系統(tǒng)的容量將接線方式確定下來。電力系統(tǒng)的直流系統(tǒng)組成，主要包括交流輸入裝置、蓄電池、蓄電池巡檢裝置以及絕緣監(jiān)控裝置、充電裝置、母線調(diào)壓裝置以及直流饋線屏等。

• 變電站直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）交流輸入裝置。一套直流系統(tǒng)通常所采用的交流輸入電源為兩個(gè)，分為主供電源和備用電源，正常運(yùn)行時(shí)主供電源供電，當(dāng)主供電源發(fā)生故障失電時(shí)，由備用電源供電，主供電源故障恢復(fù)后可以自動(dòng)恢復(fù)為主供電源供電，保證直流系統(tǒng)的交流輸入部分具有高可靠性主供電源和備用電源之間的切換由專用控制電路自動(dòng)完成。

（2）蓄電池組。蓄電池組由若干個(gè)電池串聯(lián)而成，作用是儲(chǔ)存電能，在直流系統(tǒng)兩路交流電源均失電的情況下，依靠蓄電池組儲(chǔ)存的電能，依舊能夠向負(fù)載輸出直流。日常的運(yùn)行工作中，需要對(duì)單個(gè)電池的電壓引起關(guān)注，特別是單個(gè)電池的電壓值偏離整組內(nèi)其它電池的電壓時(shí)，可能會(huì)引發(fā)整組電池輸出電壓故障。

（3）充電裝置。充電裝置的核心是整流模塊，其作用是將交流電進(jìn)行整流濾波之后形成直流電，正常運(yùn)行時(shí)向負(fù)載提供直流電，并對(duì)蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)充充電。（4）母線調(diào)壓裝置。直流系統(tǒng)中的直流母線為兩種，第一種為控制母線，第二種為合閘母線。其中控制母線主要為保護(hù)裝置、自動(dòng)化裝置等提供工作電源，還為信號(hào)回路、輔助回路等電路提供工作電源;合閘母線主要是向斷路器操作機(jī)構(gòu)等提供動(dòng)力負(fù)荷。

（5）監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)包括三個(gè)組成部分：第一個(gè)為充電機(jī)監(jiān)控模塊;第二個(gè)為蓄電池監(jiān)控模;第三個(gè)為絕緣監(jiān)測(cè)裝置。充電機(jī)監(jiān)控模塊主要作用是監(jiān)控單臺(tái)充電機(jī)的工作狀態(tài)，確保每臺(tái)充電機(jī)工作正常;蓄電池監(jiān)控模主要監(jiān)視蓄電池組整組電壓、電流及單個(gè)電池電壓、內(nèi)阻和絕緣情況，并具有顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警等功能，能夠獨(dú)立運(yùn)行;絕緣監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)直流電源系統(tǒng)直流母線對(duì)地絕緣狀況。

（6）直流饋線屏。直流饋線屏是各路直流負(fù)載輸出的裝置，直流負(fù)載一般從饋線屏內(nèi)的直流母線上，經(jīng)空氣開關(guān)送出到各個(gè)負(fù)載處。

二、變電站直流系統(tǒng)故障分析

（一）元件故障

直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中，主要元器件一般都布置于室內(nèi)環(huán)境，而且相關(guān)規(guī)范對(duì)設(shè)備的運(yùn)行溫濕度、灰塵、機(jī)械防護(hù)等環(huán)境條件都有明確要求，所有元器件發(fā)生故障一般都是自身原因引起。比較多發(fā)生的是運(yùn)行年限較久之后設(shè)備老化、性能衰退帶來的故障問題，需要引起關(guān)注，比如充電機(jī)由于自身發(fā)熱的原因長(zhǎng)期運(yùn)行于高溫狀態(tài)，如果散熱問題沒有妥當(dāng)處置，會(huì)造成設(shè)備急劇老化，功能失效。

（二）二次回路故障

直流系統(tǒng)二次接線通常會(huì)受到外部環(huán)境的影響，人的操作以及設(shè)備等是重要的因素。如果氣候環(huán)境惡劣，復(fù)雜的線路很有可能產(chǎn)生漏電的問題。不規(guī)范的人工操作也會(huì)影響直流系統(tǒng)的正常工作，一些線路沒有準(zhǔn)確布線，沒有按照相關(guān)的規(guī)定安裝直流系統(tǒng)的運(yùn)行就會(huì)受到影響[2]。設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的問題會(huì)導(dǎo)致直流系統(tǒng)效率效率降低，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。

（三）接地故障

直流電源運(yùn)行的主要的內(nèi)容是直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)和直流接地處理工作。直流系統(tǒng)的電纜線路分布比較廣，當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，會(huì)受到環(huán)境因素和人為因素的影響。如果出現(xiàn)絕緣故障，就會(huì)出現(xiàn)直接接地，后果是很嚴(yán)重的。所以，變電站通常都會(huì)安裝直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)直流接地時(shí)能發(fā)出報(bào)警，接地故障處理更加及時(shí)。

直流電路發(fā)生單點(diǎn)接地的過程中，線路不能再形成完整的電路，就會(huì)導(dǎo)致接地故障發(fā)生，但是不會(huì)影響到繼電保護(hù)裝置的功能。監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告。如果此時(shí)系統(tǒng)二次接地，會(huì)出現(xiàn)電路兩點(diǎn)接地的問題，出現(xiàn)短路，此時(shí)電源開關(guān)會(huì)斷開。當(dāng)開關(guān)不再有操作電源的時(shí)候，自動(dòng)保護(hù)裝置的二次控制回路就不能被正常電源功能。此時(shí)，需要立即采取措施將故障所在位置以及原因查明[3]。

三、變電站直流系統(tǒng)故障防范措施

（一）運(yùn)行維護(hù)管理工作要進(jìn)一步加強(qiáng)

在日常工作中，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作，對(duì)于設(shè)備容易發(fā)生故障的環(huán)節(jié)，應(yīng)制定預(yù)防性措施，從源頭上上進(jìn)行防范，避免直流故障發(fā)生。室外設(shè)備要做好防潮工作，保證密封性良好，定期除灰，防止積水進(jìn)入到設(shè)備的內(nèi)部，影響設(shè)備的使用功能[4]。要安裝自動(dòng)防潮裝置，并確保防潮裝置功能運(yùn)行正常，如果沒有自動(dòng)防潮功能，就要定期檢查設(shè)備箱體，使得內(nèi)部設(shè)備干燥清潔。

（二）設(shè)備配置要不斷完善

整個(gè)直流系統(tǒng)由各設(shè)備、部件組成，設(shè)備的質(zhì)量直接關(guān)乎到直流系統(tǒng)是否處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。在選擇設(shè)備的時(shí)候，要從實(shí)際情況出發(fā)結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，最大程度的提高設(shè)備的性能，設(shè)備的質(zhì)量有所保證，使其功能優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，設(shè)備的成本也會(huì)得到有效控制。在設(shè)備的配置工作中，要嚴(yán)格按照直流系統(tǒng)的運(yùn)行要求執(zhí)行，使其順暢運(yùn)行，不會(huì)受到故障的干擾[5]。

結(jié)束語：

直流系統(tǒng)故障會(huì)直接影響到電力生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定，采取有效的預(yù)防措施是非常必要的，這不僅涉及到技術(shù)操作和維護(hù)工作，還需要對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)高度重視，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，避免系統(tǒng)運(yùn)行中存在故障問題。在對(duì)直流系統(tǒng)的維護(hù)工作中，操作人員要嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行，采用正確的操作方式，避免意外接觸造成不良后果。當(dāng)直流系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，既要保證直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，又要保證系統(tǒng)的各項(xiàng)功能充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

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[4]?劉振興.?無人值守變電站直流系統(tǒng)故障分析及解決措施[J].?科技創(chuàng)新與應(yīng)用，?2017（09）：69-70.

[5]?陳弘.?變電站直流系統(tǒng)接地故障處理及預(yù)控淺析[J].?機(jī)電信息，?2018（21）：68-69.