變電站直流電源系統(tǒng)組成與運行維護

變電站直流電源系統(tǒng)組成與運行維護第一頁，共39頁。一、概述在變電站中，直流電源是核心，（舉個簡單的例子比如人身，我們人身的血液，它在我們身體里不斷的流動，為我們輸送養(yǎng)分提供動力身體健康。如果血液不流動了那怎么樣？同樣道理直流系統(tǒng)它與人身的輸血系統(tǒng)一樣，為變電站的可靠、穩(wěn)定、安全的運行起到重要的地位。試想下假如變電站失去了直流電源，將產生什么樣的后果？）為斷路器分合閘及二次回路中的儀表、繼電保護和事故照明等提供直流電源，它的重要性就可想而知了，它就相當于是變電站整個二次系統(tǒng)的心臟，為二次系統(tǒng)的正常運行提供動力。但是從2007年直流班組與保護班合并后，很多原來的直流檢修工作人員改變了工種從事其他工作，而繼保技術人員都只對變電站的保護回路及控制回路等比較重視而對為繼電保護回路提供能量的直流系統(tǒng)的重要性就忽視了。平時維護一般只是進行一些簡單的蓄電池電壓測試和絕緣監(jiān)視等。這就使直流系統(tǒng)往往運行在不可控的狀態(tài)，這是相當危險的。下面簡單談一下直流系統(tǒng)的組成及工作原理和它的運行與維護。第二頁，共39頁。2、直流電源系統(tǒng)的組成直流電源系統(tǒng)的主回路由交流配電單元、充電裝置、蓄電池組、降壓裝置和用于電能分配的母線和饋線幾部分組成。由監(jiān)控裝置、絕緣監(jiān)測裝置、蓄電池組電壓巡檢裝置組成的監(jiān)控系統(tǒng)，作為二次回路，為直流系統(tǒng)的正常運行提供保證3、典型GZDW直流系統(tǒng)的組成及工作原理

直流系統(tǒng)主要由交流配電、充電模塊、控制單元、直流饋電單元（合閘回路、控制回路、保護回路、信號回路、公用回路以及事故照明回路等）、降壓單元、絕緣監(jiān)測、蓄電池組等組成。其中最主要的設備就是交流配電、充電模塊和蓄電池組。近年來，隨著電力技術的發(fā)展，高頻開關模塊型充電裝置已逐步取代相控型充電裝置，而閥控式密封鉛酸蓄電池已逐步取代固定型鉛酸蓄電池。第三頁，共39頁。電力系統(tǒng)現在使用的高頻開關電源整流系統(tǒng)比較老式直流系統(tǒng)的最大區(qū)別是模塊化配置，比如GZDW型智能高頻開關直流電源系統(tǒng)根據功能可劃分為高頻開關整流模塊、監(jiān)控模塊、配電監(jiān)控模塊、調壓硅鏈模塊、絕緣監(jiān)測模塊、交流配電單元、蓄電池監(jiān)測儀、蓄電池組、饋電單元幾部分。下面簡單分析各個部分的工作原理和功能。

交流配電單元:直流系統(tǒng)一般都有兩路交流電輸入，正常時交流電輸入切換開關置于“自動”位置，1路工作，2路備用，交流電經交流輸入空氣開關、交流接觸器、避雷器等送至各個充電模塊。

高頻開關充電模塊：三相三線交流電380VAC經三相整流橋整流后變成脈動的直流，在濾波電容和電感組成的LC濾波電路的作用下，輸出約520VDC（2.34X220）左右的直流電壓，再逆變?yōu)楦哳l電壓并整流為40KHZ的高頻脈寬調制脈沖電壓波，最后經過高頻整流，濾波后變?yōu)?20VDC的直流電壓，經隔離二極管隔離后輸出，一方面給蓄電池充電，另一方面給直流負載提供正常工作電流。第四頁，共39頁。充電模塊內部有監(jiān)控板能監(jiān)視、控制模塊運行情況。由于充電模塊本身具有CPU，充電模塊也可以脫離監(jiān)控模塊獨立運行。調壓硅鏈模塊：充電模塊在蓄電池浮充時輸出一般約為240VDC左右（2.0~2.25X2V為單體的電池個數），在蓄電池均充時一般約為250VDC左右（2.3~2.35X2V為單體的電池個數）送至合閘母線，蓄電池則經蓄電池總保險送至合閘母線，正常時調壓硅鏈的控制開關置于“自動”位置，經硅鏈自動降壓后輸出穩(wěn)定的220VDC，送至控制母線，以上兩部分共同組成直流輸出系統(tǒng)。當自動調壓模塊控制電路發(fā)生故障時，可以通過手動調整，使其輸出在合理范圍內。調壓硅鏈模塊實際分五組，每組由10個硅二極管組成，每組可降0.7X10=7V，五組總共可降5X7V=35V電壓。調壓硅鏈模塊設計余度較大，其輸出電流可短時間超出額定值的2～3倍而不至于立刻燒毀硅鏈。調壓硅鏈模塊要是斷開，整個控制母線就無電壓，也就是整個二次設備無直流電源。第五頁，共39頁?，F在有種接線方式是在控制母線也掛一個充電模塊，設置為手動狀態(tài)，輸出電壓調為220V，作為調壓硅鏈模塊壞時的備用。

配電監(jiān)控模塊：主要是對交流輸入和直流輸出的監(jiān)控，可檢測三相交流輸入電壓，蓄電池組端口電壓，蓄電池充/放電電流，合閘母線電壓，控制母線電壓，負載總電流；并且實現空氣開關跳閘，防雷器損壞，蓄電池組電壓過高/過低，蓄電池組充電過流，蓄電池組熔絲斷，合閘母線過/欠壓，控制母線過/欠壓，各輸出支路斷路等故障告警。

絕緣監(jiān)測模塊：用于監(jiān)控直流系統(tǒng)電壓及其絕緣情況，在直流系統(tǒng)出現絕緣強度降低（220V直流電壓系統(tǒng)一般為低于25KΩ，110V直流電壓系統(tǒng)一般為低于7KΩ）等異常情況下，發(fā)出聲光告警，并能找出對應的支路號和對應的電阻值。

監(jiān)控模塊：用于對充電模塊的監(jiān)控板、配電監(jiān)控模塊、絕緣監(jiān)測模塊等下級智能監(jiān)控模塊實施數據搜集并加以顯示；也可根據系統(tǒng)的各種設置參數進行告警處理、歷史數據管理等；同時對這些處理結果加以判斷，根據不同的情況進行電池管理，輸出控制和故障回叫等操作；第六頁，共39頁。此外還包括LCD、鍵盤等人機界面設備；可實現與后臺機的通訊，將數據上傳。

蓄電池組：作為全站直流系統(tǒng)的后備電源，在充電模塊停止工作時，蓄電池無間斷的向直流母線送電；此外，在電磁式斷路器進行合閘操作時，合閘電流大于100A，此時蓄電池成為合閘電源。

GZDW型智能高頻開關直流電源系統(tǒng)自動控制的正常運行程序過程為：

充電裝置正常時浮充電運行，根據需要設定時間（一般為3個月）采用1.0I10充電電流進行恒流充電，當蓄電池組端電壓上升到限壓值時（2.3~2.35X2V為單體的電池個數），自動轉為電壓為（2.3~2.35X2V為單體的電池個數）的恒壓充電，1.0I10充電電流逐漸減小，當充電電流減小至0.03~0.05I10電流值時充電裝置倒計時開始啟動，當整定的倒計時結束時，充電裝置將自動轉為正常的浮充電運行，這就完成一個循環(huán)，使蓄電池隨時具有滿容量狀態(tài)，確保直流電源運行的安全可靠。

第七頁，共39頁。正常浮充運行1~3個月恒流充電電壓升至整定值恒壓充電電流減小至整定值正常浮充運行3、直流系統(tǒng)的運行與維護

現在電力系統(tǒng)的變電站一般都是無人值守的，GZDW型智能高頻開關直流電源系統(tǒng)可通過監(jiān)控串口與變電站后臺的監(jiān)控實現通訊，可在調度端實現對直流系統(tǒng)的“三遙”。但還是需要定期進行一般性的清掃、日常檢查等工作。一般220KV及以上變電站按照每天一次，110KV變電站按照一周兩次進行周期巡視。

在下列情況時要加強巡視：

1、新投運的設備；

2、在高溫季節(jié)、高峰負荷期間和電磁式開關動作頻繁時；

3、在雷雨季節(jié)有雷電發(fā)生后；

4、在直流系統(tǒng)或蓄電池的工況不良時；

5、特殊用電期間。

第八頁，共39頁。由于直流電壓為220VDC，在日常維護中，即使無交流電源接入，系統(tǒng)也處于帶電狀況?？紤]到220V電源對操作人員及設備安全均有一定的危險性，直流回路最怕正極和負極間短路，工作時應戴絕緣手套，使用絕緣工具，必須防止麻痹大意所造成的人身或系統(tǒng)事故。

3.1直流屏室和蓄電池室的管理

基本要求：保障室內環(huán)境的溫度、相對濕度、潔凈度、靜電干擾、噪聲、強電電磁干擾等要素符合機房內電源設備和控制設備的要求，保障設備的性能的穩(wěn)定、運行可靠、生產安全，保障控制設備的正常供電和蓄電池的應急放電；保障設備的機械性能完好，設備電氣性能符合標準要求，設備運行穩(wěn)定可靠，與設備相關的技術資料、原始記錄齊全。

蓄電池組室應安裝空調保證溫度應在25°C左右，溫度對蓄電池的壽命影響較大，若在35°C及以上的持續(xù)溫度下運行，預期壽命減少一半。溫度過低，充電時產生氫氣使內壓增高，電解液減少，蓄電池壽命也將縮短。

第九頁，共39頁。4、充電裝置的運行及維護運行人員或專職直流維護人員應對充電設備進行如下的巡視檢查：三相交流輸入電壓是否平衡或缺相，運行噪聲有無異常，各保護信號是否正常，直流輸出電壓值（合母、控母）和電流值是否正確，各充電模塊的輸出電流是否均流，正負母線對地的絕緣是否良好，裝置通訊是否正常等。

運行人員或專職直流維護人員特別要注意充電模塊自動均充是否準時定期，均充時的充電電流和充電電壓是否正確；雷電發(fā)生后應及時檢查直流裝置的防雷裝置和充電裝置工作是否正常；每月對充電裝置作一次清潔除塵工作。

充電裝置內部故障時，應及時把故障充電裝置取下退出運行，這就是模塊化配置的好處，在設計上采用N+1的方式，少一個充電裝置不影響運行，應及時把壞的充電裝置返廠家修理，這期間加強對直流裝置的巡視。第十頁，共39頁。一、巡視1.巡視分類

分為日常巡視和特殊巡視2.巡視周期日常巡視與變電站內其它運行電氣設備日常巡視周期一致，日常巡視應每周至少一次。特殊巡視按照各局《變電運行管理標準》執(zhí)行。3.巡視要求3.1巡視過程中運行人員應填寫巡視記錄。3.2巡視過程中發(fā)現的缺陷應按缺陷管理的要求及時處理上報。3.3巡視用測量儀表的量程和精度應符合要求。

充電裝置的運行及維護具體措施有：第十一頁，共39頁。4.日常巡視項目表計顯示數值指示燈系統(tǒng)監(jiān)控單元高頻模塊開關位置調壓轉換開關第十二頁，共39頁。檢查光字牌，確認是否有告警指示檢查所有表計，查看指示值是否在正常范圍內，對重要數據做好記錄

4.1表計顯示、告警信號燈狀態(tài)檢查注：重要數據有蓄電池電壓、浮充電流和直流母線電壓第十三頁，共39頁。能正常喚醒，無花屏、死機現象。界面、數據顯示正常，和表計指示值無明顯偏差。能正常進入各分界面，可正常啟動均充、浮充轉換。檢查步驟4.2系統(tǒng)監(jiān)控單元檢查第十四頁，共39頁。順時針調整面板上調壓轉換開關，母線電壓應逐檔升高，并能聽到繼電器吸合聲響。4.3調壓功能檢查調壓開關降壓硅鏈繼電器第十五頁，共39頁。4.4高頻充電模塊檢查模塊正常顯示輸出電壓或輸出電流風扇正常運轉，進風口清潔無堵塞無報警，模塊無明顯噪音或發(fā)出異響巡視要點第十六頁，共39頁。核對“空開投退表”確認所有饋線開關狀態(tài)與表格一致4.5饋電開關工作位置及信號燈檢查檢查所有“合位”的空開所對應的指示燈應該點亮注：至少每年一次4.6標識檢查直流電源設備標識清晰，無脫落第十七頁，共39頁。在絕緣監(jiān)測儀菜單中檢查直流正、負母線對地的絕緣狀況4.7直流系統(tǒng)絕緣狀況檢查要求正、負母線對地電阻應符合附1的要求第十八頁，共39頁。標稱電壓等級（V）正、負母線對地電阻值（kΩ）正、負母線對地電壓差值（V）220≥25110≥748≥1.7附1：正、負母線對地電阻、對地電壓要求表第十九頁，共39頁。4.8蓄電池檢查蓄電池日常巡視項目環(huán)境檢查蓄電池室通風、照明完好，溫度符合5℃～30℃，最高不超過35℃

外觀檢查

表面清潔無積塵，外殼無裂紋、漏液，安全閥無堵塞，密封良好，極柱與安全閥周圍無酸霧逸出，極柱附近無滲液銹蝕、溶解，蓄電池殼體無明顯膨鼓變形溫度

蓄電池溫升正常，不發(fā)燙電壓偏差

在浮充狀態(tài)下測量每只電池電壓，蓄電池組一致性良好，壓差應在附2范圍內第二十頁，共39頁。附2：蓄電池電壓允許偏差表

蓄電池類型：閥控蓄電池標稱電壓2612運行中的電壓偏差值±0.05±0.15±0.3開路電壓最大最小電壓差值0.030.040.06第二十一頁，共39頁。1.年度檢查周期直流屏年度檢查為1年一次；投運6年內的蓄電池組年度檢查為1年一次，投運6年及6年以上的蓄電池組為6個月一次；各供電局可結合設備運行情況縮減其檢查周期。二、年度檢查（專項維護、部份檢查）第二十二頁，共39頁。序號項目內容1定值核對檢查監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)察裝置整定值是否與定值單一致2監(jiān)控單元控制檢查檢查監(jiān)控單元均充和浮充轉換功能是否正常3顯示及檢測功能檢查檢查直流屏表計、監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)察裝置等電壓、電流顯示值是否與現場測量值一致4降壓硅鏈功能檢查檢查降壓硅鏈調節(jié)功能是否正常5直流回路檢查檢查直流電源系統(tǒng)主接線、直流饋線網絡和級差配置是否圖實相符，級差配合是否符合要求6饋線空開檢查檢查饋線空開投退是否合理，兩段母線是否負荷分配合理，同一設備的保護電源和控制電源是否來自同一段母線2.直流屏年度檢查項目第二十三頁，共39頁。序號項目內容1外觀檢查對每個蓄電池外觀進行仔細檢查，包括：電池殼體和極柱是否損壞的痕跡；極柱是否生銹；電池殼體和極柱封口是否膨脹；極柱是否熱損壞或熔融，電池殼體、導軌、電池架等是否機械或熱損壞等2連接導體檢查檢查蓄電池間的連接導體是否熱損壞或熔融，緊固程度是否合適3溫度檢查檢查蓄電池室環(huán)境溫度是否在5℃～30℃內，測量每只蓄電池的溫度，并記錄溫度異常的電池4蓄電池內阻測量（有條件者）建議使用同一儀器測量每只蓄電池內阻及連片阻值，將數據與原始記錄值進行比較。當單體蓄電池的內阻測試值和歷史記錄相比突變50%時，對該蓄電池應進行核對性放電3.蓄電池組年度檢查項目第二十四頁，共39頁。三、定期檢驗定期檢驗周期直流屏應每2～3年進行一次定期檢驗；投運6年內的蓄電池組定期檢驗為每2～3年一次，投運6年及6年以上的蓄電池組為1年一次各供電局可結合設備運行情況縮減其檢查周期。第二十五頁，共39頁。2.直流屏定期檢驗項目序號項目檢驗內容或方法1一般檢查屏上各操作開關、直流饋線斷路器應固定良好、無松動現象；標簽標注清晰、正確；屏內端子排接線應無松動現象；裝置外形應端正，無明顯損壞及變形現象；充電裝置屏、蓄電池屏(架)電纜進線孔應封堵嚴密；各部件應清潔良好；操作靈活，無較大振動和異常噪聲，指示燈指示正確2表計精度定期檢驗直流屏相關表計檢驗根據國家儀表定期檢驗標準執(zhí)行，送各局儀表專業(yè)班組校驗3交流切換裝置自動切換試驗任意模擬一路交流失電，交流切換裝置能自動切換到另外一路供電4監(jiān)控單元參數核對對監(jiān)控單元定值進行核對，對監(jiān)控單元時鐘進行校準5監(jiān)控單元檢驗對監(jiān)控單元檢測值進行核對6保護報警及三遙功能檢驗見附37控制程序試驗見附48穩(wěn)壓功能檢查見附59紋波系數檢查見附610并機均流功能檢查見附711穩(wěn)流功能檢查見附812降壓硅鏈電壓調整功能檢查見附9第二十六頁，共39頁。附3保護報警及三遙功能檢驗第二十七頁，共39頁。附4控制程序試驗第二十八頁，共39頁。附5穩(wěn)壓功能檢查第二十九頁，共39頁。

在做穩(wěn)壓功能檢查的同時，用高精度多用數字表（如Fluke8840A）的交流毫伏檔測量充電機直流輸出中的交流分量有效值，計算紋波系數。計算公式：式中：δpp—紋波電壓峰值系數，Upp—紋波電壓峰－峰值，Udc—直流電壓平均值附6紋波系數檢查第三十頁，共39頁。附7并機均流功能檢查第三十一頁，共39頁。附8穩(wěn)流功能檢查第三十二頁，共39頁。附9降壓硅鏈電壓調整功能檢查1.手動調壓試驗調壓裝置檔位012345浮充合母電壓(V)243.0243.0243.0243.0243.0243.0控母電壓(V)------2.自動調壓試驗均充合母電壓(V)253.8（220V系統(tǒng)）控母電壓應在220±7V內（110V系統(tǒng)應在110±5V內）控母電壓(V)檢驗結論第三十三頁，共39頁。5、系統(tǒng)監(jiān)控故障和處理

GZDW系統(tǒng)監(jiān)控模塊核心由486CPU的工控主板組成，監(jiān)控模塊作為系統(tǒng)數據存儲處理的中心，匯集了系統(tǒng)所需的全部數據和信息。通常造成監(jiān)控告警的主要原因有：

（1）系統(tǒng)硬件、軟件故障；（2）錯誤的系統(tǒng)設置；（3）用戶端產生的告警信息。

日常維護中大部分告警信息都可通過監(jiān)控器的相應記錄進行查詢。系統(tǒng)電氣故障應更換相應器件，用戶端故障則由各制造商作出相應處理。受直流系統(tǒng)的工作環(huán)境和操作過程影響，少數情況下外界干擾或監(jiān)控內部硬件“瞬間故障”可能造成系統(tǒng)誤告警或監(jiān)控死機現象。出現無法自動恢復的軟件故障可通過系統(tǒng)菜單中所提供的“初始化”功能對監(jiān)控器進行重新設置，需注意的是初始化后系統(tǒng)參數必須重新輸入。所以系統(tǒng)調試開通后，戶應記錄下所需的參數設置。如“初始化”無法排除系統(tǒng)故障，則必須將其退出運行，由廠方專業(yè)人員進行檢查修復。第三十四頁，共39頁。監(jiān)控系統(tǒng)另一類常見故障是通信故障，GZDW系統(tǒng)采用的是RS422串行隔離通信口進行內部通信。RS422采用全雙工平行驅動和差分輸入方式進行數據傳送，系統(tǒng)抑制共模干擾能力強、通訊速率高，各監(jiān)控單元信號可實時傳輸。由于系統(tǒng)采用詢問方式進行通信，當整流模塊或檢測裝置內部故障時，工控機未能按時收到其反饋信息。監(jiān)控程序會作出短時間的等待，通信速度會有所降低。如連續(xù)3次未能收到協議規(guī)定格式的反鍋詐，工控機將顯示相應單元通信不暢。造成通訊不暢通無阻原因較多，常用解決方法為：

（1）檢查對應設備是否已開機工作，通訊線是否聯接好，若否，則開啟相應設備，聯接好通訊線；（2）檢查主監(jiān)控“系統(tǒng)配置”和“設備配置”各參數設置是否與實際情況一致。若否，則參照基本操作修改相應參數設置；（3）如果是整流模塊通訊不暢，則在上述基礎上再檢查各整流模塊地址號是否有重疊，以及地址號與主監(jiān)控“設備配置”中模塊號設置是否一致。若否，應參照基本操作重新設置地址號及模塊號。

第三十五頁，共39頁。6、直流系統(tǒng)絕緣故障和處理

/keyword.asp?keyword=%E7%9B%B4%E6%B5%81系統(tǒng)的正、負母線絕緣電阻均不能低于規(guī)定門限值，當任何一點出現接地故障時將會打亂變電站的整個正常運行秩序，造成控制、信號、保護的嚴重紊亂，必須迅速排除故障，以免出現兩點同時接地短路而造成的直流系統(tǒng)熔斷器熔斷及使斷路器出現誤動、拒動等。

GZDW系統(tǒng)絕緣監(jiān)測有母線監(jiān)察和支路巡查兩種方式。母線監(jiān)測式僅監(jiān)測母排同保護地間絕緣電阻的變化情況。支路巡查則可同時監(jiān)