變電站直流電源系統(tǒng)的組成及運(yùn)行維護(hù)

一、概述在變電站中，直流電源是核心舉個(gè)簡單的例子比如人身，我們?nèi)?？）系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供動(dòng)力。但是從2007年直流班組與保護(hù)班合并后，電力系統(tǒng)現(xiàn)在使用的高頻開關(guān)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(guān)直流電源系統(tǒng)根據(jù)功能可劃分為高頻開關(guān)整流模塊、監(jiān)控模塊、配電監(jiān)控模塊、調(diào)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(gè)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(shí)交流電輸入切換開關(guān)置于“自動(dòng)”位置，1路工作，2路備用，交流電經(jīng)交流輸入空氣開關(guān)、交流接觸器、避雷器等送至各個(gè)充電模塊。高頻開關(guān)充電模塊：三相三線交流電380VAC經(jīng)三相整流橋整流后變成脈動(dòng)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(diào)制脈沖電壓波，最后經(jīng)過高頻整流，濾波后變?yōu)?20VDC的直流電壓，經(jīng)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(fù)載提供正常工作電流。充電模塊內(nèi)部有監(jiān)控板能監(jiān)視、控制模塊運(yùn)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(dú)立運(yùn)調(diào)壓硅鏈模塊：充電模塊在蓄電池浮充時(shí)輸出一般約為240VDC左右（2.0~2.25X2V為單體的電池個(gè)數(shù)），在蓄電池均充時(shí)一般約為250VDC左右（2.3~2.35X2V為單體的電池個(gè)數(shù)）送至合閘母線，蓄電池則經(jīng)蓄電池總保險(xiǎn)送至合閘母線，正常時(shí)調(diào)壓硅鏈的控制開關(guān)置于“自動(dòng)”位置，經(jīng)硅鏈自動(dòng)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(dāng)自動(dòng)調(diào)壓模塊控制電路發(fā)生故障時(shí)，可以通過手動(dòng)調(diào)整，使其輸出在合理范圍內(nèi)。調(diào)壓硅鏈模塊實(shí)際分五組，每組由10個(gè)硅二極管組成，每組可降0.7X10=7V，五組總共可降5X7V=35V電壓。調(diào)鏈模塊設(shè)計(jì)余度較大，其輸出電流可短時(shí)間超出額定值的23倍而不至于立刻燒毀硅鏈。調(diào)壓硅鏈模塊要是斷開，整個(gè)控制母線就無電壓，也就是整個(gè)二次設(shè)備無五組總共可降5X7V=35V電壓。調(diào)鏈模塊設(shè)計(jì)余度較大，現(xiàn)在有種接線方式是在控制母線也掛一個(gè)充電模塊，設(shè)置為手動(dòng)狀態(tài)，輸出電壓調(diào)為220V，作為調(diào)壓硅鏈模塊壞時(shí)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(fù)載總電流；并且實(shí)現(xiàn)空氣開關(guān)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(xiàn)絕緣強(qiáng)度降低（220V直流電壓系統(tǒng)一般為低于發(fā)出聲光告警，并能找出對應(yīng)的支路號和對應(yīng)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(shí)施數(shù)據(jù)搜集并加以顯示；也可根據(jù)系統(tǒng)的各種設(shè)置參數(shù)進(jìn)行告警處理、歷史數(shù)據(jù)管理等；同時(shí)對這些處理結(jié)果加以判斷，根據(jù)不同的情況進(jìn)行電池管理，輸出控制和故障回叫等操作；正常浮充運(yùn)行1~3個(gè)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(yùn)行3、直流系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)現(xiàn)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(guān)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(shí)現(xiàn)通訊，可在調(diào)度端實(shí)現(xiàn)對直流系統(tǒng)的“三遙”。但還是需要定期進(jìn)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(jìn)行周期在下列情況時(shí)要加強(qiáng)巡視：2、在高溫季節(jié)、高峰負(fù)荷期間和電磁式開關(guān)動(dòng)作頻繁時(shí)；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(shí)；由于直流電壓為220VDC，在日常維護(hù)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(shè)備安全均有一定的危險(xiǎn)性，直流回路最怕正極和負(fù)極間短路,工作時(shí)應(yīng)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(nèi)環(huán)境的溫度、相對濕度、潔凈度、靜電干擾、噪聲、強(qiáng)電電磁干擾等要素符合機(jī)房內(nèi)電源設(shè)備和控制設(shè)備的要求，保障設(shè)備的性能的穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、生產(chǎn)安全，保障控制設(shè)備的正常供電和蓄電池的應(yīng)急放電；保障設(shè)備的機(jī)械性能完好，設(shè)備電氣性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，與設(shè)備相關(guān)的技術(shù)資料、原始記錄齊全。蓄電池組室應(yīng)安裝空調(diào)保證溫度應(yīng)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(yùn)行，預(yù)期壽命減少一半。溫度過低，充電時(shí)產(chǎn)生氫氣使內(nèi)壓增高，電解液減少，蓄電池壽命也將縮短。4、充電裝置的運(yùn)行及維護(hù)運(yùn)行人員或?qū)Ｂ氈绷骶S護(hù)人員應(yīng)對充電設(shè)備進(jìn)行如下的巡視檢查：三相交流輸入電壓是否平衡或缺相，運(yùn)行噪聲有無異常，各保護(hù)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(fù)母線對地的絕緣是否良好，裝置通訊是否正常等。運(yùn)行人員或?qū)Ｂ氈绷骶S護(hù)人員特別要注意充電模塊自動(dòng)均充是否準(zhǔn)時(shí)定期，均充時(shí)的充電電流和充電電壓是否正確；雷電發(fā)生后應(yīng)及時(shí)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(nèi)部故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)把故障充電裝置取下退出運(yùn)行，這就是模塊化配置的好處，在設(shè)計(jì)上采用N+1的方式，少一個(gè)充電裝置不影響運(yùn)行，應(yīng)及時(shí)把壞的充電裝置返廠家修理，這期間加強(qiáng)對直流裝置的巡視。指示燈指示燈開關(guān)位置開關(guān)位置檢查所有表計(jì)，查看指示值是否在檢查所有表計(jì)，查看指示值是否在正常范圍內(nèi)，對重要數(shù)據(jù)做好記錄檢查光字牌，確認(rèn)是否檢查光字牌，確認(rèn)是否有告警指示能正常喚醒，無花界面、數(shù)據(jù)顯示正能正常進(jìn)入各分界調(diào)壓開關(guān)繼電器繼電器4.4高頻充電模塊檢查4.4高頻充電模塊檢查模塊正常顯示輸出風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn),無報(bào)警模塊無明,核對“空開投退表核對“空開投退表”確認(rèn)所有饋線開關(guān)狀態(tài)與表格注：至少每年一次檢查所有“合位”的空開所對應(yīng)的指示燈應(yīng)該點(diǎn)亮直流電源設(shè)備標(biāo)識清晰，無脫落在絕緣監(jiān)測儀在絕緣監(jiān)測儀菜單中檢查直流正、負(fù)母線對地的絕緣狀況要求正、負(fù)母線對地電阻應(yīng)符合要求正、負(fù)母線對地電阻應(yīng)符合蓄電池室通風(fēng)、照明完好，溫度符合5℃~30℃,最高不超過35℃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蓄電池溫升正常，不發(fā)燙在浮充狀態(tài)下測量每只電池電壓，蓄電池組一致性良好，壓差應(yīng)在附2范圍內(nèi)蓄電池類型：閥控蓄電池26運(yùn)行中的電壓偏差值開路電壓最大最小電壓差值0.030.040.06二、年度檢查（專項(xiàng)維護(hù)、部份檢查）三、定期檢驗(yàn)直流屏應(yīng)每2～3年進(jìn)行一次定期檢驗(yàn)；投運(yùn)6年內(nèi)的蓄電池組定期檢驗(yàn)為每2～3年一次，投運(yùn)6年及6年以上的蓄電池組為1各供電局可結(jié)合設(shè)備運(yùn)行情況縮減其檢查周期。在做穩(wěn)壓功能檢查的同時(shí)，用高精度多用數(shù)字表（如Fluke8840A）的交流毫伏檔測量充電機(jī)直流輸出中的交流分量有效值，計(jì)算紋波系數(shù)。計(jì)算公式：式中：δpp—紋波電壓峰值系數(shù)，Upp—紋波電壓峰－峰值，Udc—直流電壓平均值驗(yàn)012345驗(yàn)s、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(shù)據(jù)存儲處理的中心，匯集了系統(tǒng)所需的全部數(shù)據(jù)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(cuò)誤的系統(tǒng)設(shè)置3）用戶端產(chǎn)生的告警信息。日常維護(hù)中大部分告警信息都可通過監(jiān)控器的相應(yīng)記錄進(jìn)行查詢。系統(tǒng)電氣故障應(yīng)更換相應(yīng)器件，用戶端故障則由各制造商作出相應(yīng)處理。受直流系統(tǒng)的工作環(huán)境和操作過程影響，少數(shù)情況下外界干擾或監(jiān)控內(nèi)部硬件“瞬間故障”可能造成系統(tǒng)誤告警或監(jiān)控死機(jī)現(xiàn)象。出現(xiàn)無法自動(dòng)恢復(fù)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(jìn)行重新設(shè)置，需注意的是初始化后系統(tǒng)參數(shù)必須重新輸入。所以系統(tǒng)調(diào)試開通后，戶應(yīng)記錄下所需的參數(shù)設(shè)置。如“初始化”無法排除系統(tǒng)故障，則必須將其退出運(yùn)行，由廠方專業(yè)人員進(jìn)行檢查修復(fù)。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(jìn)行內(nèi)部通信。RS422采用全雙工平行驅(qū)動(dòng)和差分輸入方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，系統(tǒng)抑制共模干擾能力強(qiáng)、通訊速率高，各監(jiān)控單元信號可實(shí)時(shí)傳輸。由于系統(tǒng)采用詢問方式進(jìn)行通信，當(dāng)整流模塊或檢測裝置內(nèi)部故障時(shí)，工控機(jī)未能按時(shí)收到其反饋信息。監(jiān)控程序會作出短時(shí)間的等待，通信速度會有所降低。如連續(xù)3次未能收到協(xié)議規(guī)定格式的反鍋詐，工控機(jī)將顯示相應(yīng)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(yīng)設(shè)備是否已開機(jī)工作，通訊線是否聯(lián)接好，若否，則開啟相應(yīng)設(shè)備，聯(lián)接好通訊線2）檢查主監(jiān)控“系統(tǒng)配置”和“設(shè)備配置”各參數(shù)設(shè)置是否與實(shí)際情況一致。若否，則參照基本操作修改相應(yīng)參數(shù)設(shè)置3）如果是整流模塊通訊不暢，則在上述基礎(chǔ)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(shè)備配置”中模塊號設(shè)置是否一致。若否，應(yīng)參照基本操作重新設(shè)置地址號及模塊號。6、直流系統(tǒng)絕緣故障和處理直流系統(tǒng)的正、負(fù)母線絕緣電阻均不能低于規(guī)定門限值，當(dāng)任何一點(diǎn)出現(xiàn)接地故障時(shí)將會打亂變電站的整個(gè)正常運(yùn)行秩序，造成控制、信號、保護(hù)的嚴(yán)重紊亂，必須迅速排除故障，以免出現(xiàn)兩點(diǎn)同時(shí)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(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)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(hù)地間絕緣電阻的變化情況。支路巡查則可同時(shí)監(jiān)測母排和各支路的絕緣狀況，并作出相應(yīng)告警。發(fā)生絕緣告警的主要原因有以下：其分路出線受潮、破損或負(fù)載設(shè)備安裝錯(cuò)誤；GZDW系統(tǒng)在運(yùn)輸、開箱、安裝過程中出現(xiàn)的導(dǎo)電異物等。查找直流接地故障的一般順序：（1）分清接地故障的極性，粗約分析故障發(fā)生的原因：長時(shí)陰雨天氣，會使直流系統(tǒng)絕緣受潮，室外端子箱、機(jī)構(gòu)箱、接線盒是否因密封不良進(jìn)水等；站內(nèi)二次回路上有無人員在工作、是否與工作有關(guān)。（2）將直流系統(tǒng)分成幾個(gè)不相聯(lián)系的部分，即用分網(wǎng)法縮小查找范圍。（3）對于不太重要的直流負(fù)荷及不能轉(zhuǎn)移的分路，利用“瞬停法”（一般不應(yīng)超過3s），各站應(yīng)根據(jù)本站情況在現(xiàn)場運(yùn)規(guī)中制定拉路順序；對于較重要的直流負(fù)荷，用轉(zhuǎn)移負(fù)荷法，查找該分路所帶回路有無接地。（4）如果接地點(diǎn)是在GZDW系統(tǒng)內(nèi)，可以采用逐段排除來確認(rèn)告警具體位置。具體方法是：依次抽出充電模塊；斷開各功能單元和母線間的熔斷器連接；斷開蓄電池接入開關(guān)。分段、分步測量故障母線同保護(hù)地間的電壓狀況。通常，GZDW系統(tǒng)出廠后發(fā)生電氣故障可能性較小，在找出“故障段”后，其故障點(diǎn)多可通過目測直接發(fā)現(xiàn)。（5）確定接地點(diǎn)所在部位后，再逐步縮小范圍認(rèn)真查找，直到查出接地點(diǎn)并消除為止。在實(shí)際工作中，由于直流輸出通常不便全部同時(shí)斷開，一