变电站直流系统运行与维护分析

摘 要：直流系统电源是变电站开关的控制电源，也是继电保护、安全自动装置、信号、计算机监控系统、事故照明、不间断电源的重要电源。直流系统故障可以造成开关的拒动和误动，致使事故扩大，设备损坏和全站失电，甚至引发整个电网事故直流系统作为电网运行中不可或缺的重要组成部分，因此，变电站直流系统运行的可靠与否对电网的安全运行起着至关重要的作用。

关键词：变电站，直流系统，运行，维护

一、直流系统的组成

变电站直流系统主要由充电装置、蓄电池组、控制单元、直流馈电单元、监测单元组成，其中主要设备是充电装置及蓄电池组，在变电站的日常运行和维护中要充分认识存在问题，以便不断完善直流系统运行与维护的经验。

二、直流系统运行中存在的问题

1、蓄电池维护问题

由于厂家种类较多、维护方法和要求不同、蓄电池结构不同、个体差异、维护人员对蓄电池的维护经验不足等原因，蓄电池的早期失效现象时有发生，造成蓄电池个体甚至整组电池的损坏，给电网的安全运行造成严重的影响。

蓄电池运行中发现的主要问题有：

（1）蓄电池开路造成开关无法合闸

（2）蓄电池出现爬酸爬碱现象，引起绝缘下降报警。

（3） 部分变电站蓄电池出现单体失效，主要现象有电池鼓肚、漏液等。

（4）部分变电站由于综合原因造成蓄电池整体失效。

由于蓄电池单体差异、蓄电池结构及维护等问题在投运时间不长的情况下，出现了整体失效， 具体现象为在站用变停电后在较短时间内出现蓄电池电压降到告警电压198V，电池已基本报废。

（5）维护原因造成蓄电池早期容量损失。

2、充电机使用中存在的问题

（1）许多运行维护人员没有注意到充电机电压的日常整定问题。某变电站在站变失电的情况下，过了10s直流合闸母线失电，控制电源消失，而现场检测蓄电池端电压还有218V，经过检查，我们发现直流系统电压告警中间继电器整定偏高， 造成继电器动作断开直流电源，将中间继电器电压整定值改变后恢复正常。

（2）充电机固有程序设定与蓄电池个数搭配不当引起的蓄电池充电电压过高，引起过充。如某变电站蓄电池固有102个，均充电压却固定整定为245V， 容易引起蓄电池过充。

（3）部分变电站出现充电机模块失效现象。

（4）部分变电站的相控电源由于自身原因（纹波系数较大），可能对运行中的设备造成过热及其它附加损耗，如我们经过试验发现某变电站还存在脉动电流过大的问题，对这样的变电站如果做核对性放电试验，可能影响到电池寿命，如果不做核对性放电，将无法核对蓄电池容量，也可能给蓄电池和直流系统的安全运行带来负面影响。

3、绝缘监察装置存在问题

早期的微机绝缘监察巡检装置由于受直流系统接线方式的影响，绝缘监察装置无法起到预期的作用，基本上还停留在母线报警阶段，对于具体支路，绝大部分变电站仍需要采用支路断电查找的方法来寻找接地点。现场主要的绝缘监察装置问题有装置死机、插件损坏、插件烧毁等。部分绝缘监察装置死机造成全站直流系统失去地点，另外有些绝缘监察装置在同一母线多路电源馈线同时下降时无法正确报警。直流系统的网络拓扑对绝缘监察装置能否正常运行造成决定性的影响，如不少绝缘监察装置在馈线屏是采用辐射型，但到下一级回路又接上小母线，构成环网结构，而现场大部分绝缘监察装置都是采用辐射型检测原理，这就造成了失地时能报警却无法正确选线的问题。

4、直流系统接线及上下级配合等问题

（1）直流系统接线问题

直流系统馈电网络设计主要有两种供电方式，即辐射供电和环形供电。以前的直流系统都采用环形供电方式，即直流屏经空开上小母线，在下一级实现环网。环网结构虽然从表面上提高了可靠性，降低了设计成本，但实际上它也有很多缺点，特别是运行时间长了以后，容易产生更多的问题，主要有：环网结构相互干扰问题，主要指感应耦合和电容耦合。环网结构相互影响，一处短路可能造成整个环网结构短路，不利于有效断开故障点。环网结构给空开熔丝上下级配合造成困难。环网结构给绝缘监察和查找失地造成极大的困难，容易造成回路迂回，不利于查找故障点，特别是在老旧变电站和绝缘总体下降的变电站。

（2）直流空开熔丝上下级配合问题直流回路中，熔断器、空气开关是直流系统各出线的过流和短路故障的保护元件，可作为馈线回路供电网络断开和隔离之用，如果选型、配置不当，可能导致失去直流电源致使断路器不能跳闸切除故障， 将事故扩大。因此应按《继电保护反措》、《直流反措》、《直流系统设计规程》对变电站直流上下级空开、熔丝进行配合整定。

新建或扩建工程中直流熔丝上下级配合问题得到大家的广泛关注，但技改工程中的熔丝、空开上下级配合往往被人忽略，如现场发现开关更换后，操作机构已由分相操作机构换为三相操作机构，而现场控制电源仍保持原来的控制熔丝安数，造成控制回路故障后长时间无法断开故障回路。

对蓄电池出口、主控控制等熔断器或空气开关应加辅助触点监视回路，控制回路的监视平时较为重视，但对蓄电池出口的监视有时可能忽略。某变电站在操作35kV电池操作机构开关时发现开关合不上，经查是因为蓄电池出口熔丝熔断，没有报警，此时仅靠充电机带不动电磁操作机构，致使开关合不上。

熔丝或空开的上下级配置有严格的要求。但对于熔丝和空开之间的配置如何满足上下级配置的要求一直是一个难点。此外，不同类型的空开开断特性不同，它们之间的配合也存在类似的问题，因此在基建、技改过程中应注意空开选型的统一，以免因空开特性不同造成上下级失配。

三、加强直流系统运行维护管理的几点建议

1、加快加强重要变电站的直流电源改造工作，更换纹波系数较大的相控电源为高频开关电源。

2、加强直流系统在线监测的应用研究和推广工作。对于蓄电池巡检仪应推广使用能综合蓄电池放电曲线、蓄电池端电压、内阻、容量测试等运行状态进行有效判断的在线监测装置。对于绝缘监察装置考虑使用在线式绝缘检查和便携式直流接地检测仪综合使用判断的方法。

3、结合变电站综合自动化改造，改直流系统环网结构为辐射型网络结构，采取直流分屏方式，保证直流回路的完整清晰。对于未更改的变电站，希望通过普查找到解环点，便于今后改造和故障查找。

4、定期进行蓄电池组核对性放电试验，按每二年进行一次核对性放电，运行六年以上的蓄电池组一年进行一次核对性放电试验。

5、每年进行一次直流二次熔丝、空开普查核对工作，确保熔丝、空开级差选配合理。

四、结束语

变电站直流系统运行中存在的问题很多，本文就日常常见问题进行了分析和探讨，直流系统作为变电站的重要部分，应在保证直流系统最大供电可靠性的原则下，根据变电站实际情况制定直流系统运行维护方法，确保直流系统安全可靠运。