电力直流系统的维护探讨

[摘要]文章阐述电力直流系统的维护现状与不足，提出改进意见。

[关键词]电力；直流系统；维护

[作者简介]张红彬，广东粤电集团有限公司沙角A电厂，广东东莞，523908

[中图分类号]TM721.1[文献标识码]A[文章编号]1007-7723(2009)05—0153—0003

一、电力直流系统的维护现状

目前电力直流系统特点是高频开关模块型充电装置已基本取代相控型硅整流充电装置，阀控密封免维护铅酸蓄电池已逐步取代固定型铅酸蓄电池。

二次技术人员一般对变电站的保护回路及控制回路等比较重视，而对为继电保护回路提供能量的直流系统的重要性往往就忽视了。平时维护一般只是进行一些简单的蓄电池电压测试和绝缘监视等。

发电厂直流系统一般有运行人员进行日常巡检工作，检修维护人员定期对直流设备进行一般性的日常定检检查和简单的电池电压测量等工作。发电厂一般随机组大小对直流系统进行核对性放电测试。变电站一般都是无人值守的，智能高频开关直流电源系统可通过监控串口与变电站后台的监控实现通讯，可在调度端实现对直流系统的“三遥”。运行人员或专职直流维护人员只是定期对直流设备进行一般性的清扫、日常检查等工作。对充电设备只进行巡检，对蓄电池组进行日常维护和年度放电核对容量。

目前电力系统中运行的直流电源设备达到的技术指标，都是由生产厂家在设备出厂试验时提供的数据。现场检修维护人员因不具备相应的测试手段，难以确认设备的技术指标是否满足要求。还有由于上下级直流断路器保护动作特性不匹配，在直流系统运行过程中，当下级用电设备出现短路故障时，经常引起上一级直流断路器的越级跳闸，从而引起其他馈电线路的断电事故。

直流系统在选型采购、设计安装后，由于长期以来不受重视，在运行维护方面的问题比较突出。首先是缺乏管理；其次就是运行维护人员专业能力不足，对像阀控式铅酸蓄电池这样的设备认为质量可靠，就可以免维护，而忽视了定期核容试验，导致关键时刻蓄电池组事故放电时间过短造成事故扩大，等等。

完整的直流系统维护应该建立明确的直流系统维护制度，不但包括蓄电池日常定检，定期对蓄电池组做放电实验，还要定期测试充电设备的稳压精度、稳流精度及纹波系数、充电机效率等性能参数，还包括上下级直流断路器匹配特性检查。

二、蓄电池的测试维护

(一)阀控式铅酸蓄电池

目前广泛应用的阀控式铅酸蓄电池是由负极板铅(Pb)与正极板二氧化铅(Pb02)浸入一定浓度的硫酸(H2S04)溶液(电解液)构成。每个单体具有2V电动势，蓄电池通过串联获得所需电压；通过并联获得所需容量。其使用寿命一般为8～10年左右，从国产电池实际使用情况看，一般只有5～8年左右。

(二)蓄电池常见问题分析

1漏液：机械损伤和制造时密封不严，或者电池寿命终止后继续使用，密封材料老化，极柱腐蚀。

2蓄电池鼓涨：个别电池鼓涨导致电池安全阀失效。当内部压力超过一定限度时蓄电池有发生破裂的危险；一组电池鼓涨是由于环境温度高、充电器故障等造成。通常是由于充电电流过大导致蓄电池发热量大，进而导致蓄电池温度上升。

3蓄电池过放电：过放电即超过电池放电终止保护电压之后的继续放电。过放电危害是生成的PbS04在充电时不能完全恢复成活性物质，导致电池容量下降。根据负载电流调整放电终止保护电压。

4电池组个别电池电压异常：电池电压小于2.1V时表明内部存在短路的可能；当电池电压大于2.5V时，内部存在断路的可能，内部连接存在虚焊，负极板极耳、汇流排产生泥状硫酸盐化。

(三)蓄电池的维护要点

1做好日常监测工作，保证蓄电池组处于正常工作环境(电压、电流、温度)。浮充电时单体电池电压差最大为50mV；均充电时电流不大于0.1C；环境温度控制在5—25℃之间，通风散热良好。阀控式铅酸蓄电池的“贫液”式设计，使得电池对环境温度非常敏感(每增加10℃，寿命减少一半)。所以，良好的运行环境非常重要。

2每年作一次容量核对性放电，50％～100％C。

3发现异常电池及时处理，宜采用对单体电池进行处理，可采用活化仪活化，进行补充电；如不行再进行更换。

4对阀控电池不宜采用整组电池充电的方式对个别电池补充电，以防止其他正常电池被过充。

5注意电池间的连接电阻，在1C的放电电流下，每二个单体电池极柱间的电压降应小于8mV。

6对充电机要求纹波系数小，并有温度补偿(－3～6mWC)；由于电池品牌、型号及电池状况的不同，应根据实际情况通过监控模块重新调整电池充电参数，以保证电池处于良好工作状态。

(四)电池巡检仪

在许多厂站都安装有电池巡检仪，电池巡检仪作为在线监测装置，可实时发现落后或故障电池，并可检测电池组的温度是否处于正常范围内。但直流系统工作时输出电流较小，电池容量的不足或漏液、破损很难通过电池巡检仪发现，而电池内阻和电池容量的在线测试，准确度依旧不高，其测量精度和可靠程度通常只用于定性分析。

(五)重点经验交流

一般来说，大多数维护人员只是对单体电池进行电压测量、外观渗漏检查、电池连接条腐蚀检查、室温检查；但是对单体电池外壳及极柱测温，电池连接条紧固检查，单体电池内阻检查往往忽视了。

三、充电模块的测试维护探讨

(一)技术规程方面的要求

DL／T 724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》第5.3条中，GB／T19826-2005《电力工程直流电源设备通用技术条件和安全要求》第5.2条和6.3条中，《国家电网十八项重大反事故措施》第13.2.1.1中，对充电装置的稳压精度、稳流精度、纹波系数、充电机效率、蓄电池容量等技术指标及试验方法都有明确的规定及技术要求。所以，《国家电网十八项重大反事故措施》第13.2.1.2中明确要求：应定期对充电、浮充电装置进行全面检查，校验其稳压、稳流精度和纹波系数，不符合要求的，应及时对其进行调整，以满足要求。

(二)充电模块技术参数对设备影响

1充电模块纹波系数过高危害：变电站的直流系统正常供电时大都运行于“浮充”方式下。纹波系数是指输出中的交流电压与直流电压的比值，交流成分属于高频范畴，高频幅值过高会影响设备的寿命，甚至造成逻辑错误或导致保护拒动。因此，要求直流装置输出电压纹波系数不大于1％的技术要求。

2充电模块稳压精度、稳流精度过高危害：会造成直流输出稳定性差和功率不足，影响微机保护装置的正常工作，造成蓄电池组的欠充电或过充电，降低蓄电池组的使用寿命。

3充电模块输出功率的不足会造成输出电压

下降，若电压下降过大会导致比较电路基准值的变化、充电电路时间变短等一系列问题，从而影响到微机保护的逻辑配合，甚至逻辑功能判断失误。尤其是在事故发生时，有出口继电器、信号继电器、重动继电器等相继动作。所以，要求直流电源输出有足够的容量和稳定性。

4充电模块指标下降，充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数超标，所造成的后果就是蓄电池提前失效或损坏，直接威胁电网的安全运行。另外，目前变电站多采用综合自动化技术，蓄电池采用柜式安装，与自动化设备同装一室，充电机性能出现问题会造成蓄电池发热、溢酸等问题，严重者甚至发生爆炸。

5充电模块稳压精度、稳流精度、纹波系数等技术指标会随运行时间的增长而超标。目前电力系统中运行的直流电源设备达到的技术指标，都是由生产厂家在设备出厂试验时提供的数据。现场检修维护人员因不具备相应的测试手段，难以确认设备的技术指标是否满足要求。

而运行实践证明，随着运行时间的推移，特别是投运1—3年后，设备的元器件老化及老化积累引起元器件特性的变化和元器件的损坏，造成技术指标会发生偏移。

有些变电站机房里没有装空调，温度与湿度对充电模块的指标也有影响。电子元器件在不同的温度与湿度下表现为不同的特性，在某些情况下也会造成电源指标的漂移。

(三)充电模块稳压精度、稳流精度、纹波系数等技术指标测试方法

1充电装置，应满足稳压精度优于0.5％、稳流精度优于1％、输出电压纹波系数不大于1％的技术要求。

2试验内容主要是通过调压装置将充电机交流输入电压在额定电压±10％内变化，通过负载调整装置，使充电机的直流输出电压及输出电流在规定范围内变化，在调整范围内测量电压、电流及纹波值，通过计算，得到充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数、充电机效率等。还可借助充电机特性及蓄电池组测试仪进行测试。

3充电装置稳压精度、稳流精度及纹波系数。

四、直流断路器匹配特性检查探讨

在直流回路中，熔断器、断路器是直流系统各出线过流和短路故障主要的保护元件，可作为馈线回路供电网络断开和隔离之用。其选型和动作值整定是否适当以及上下级之间是否具有保护的选择性配合，直接关系到能否把系统的故障限制在最小范围内。这对防止系统破坏、事故扩大和主设备严重损坏至关重要。

(一)小型直流断路器的级差配合要求

《国家电网十八项重大反事故措施》规定各级熔断器的定值整定，应保证级差的合理配合。上、下级熔体之间额定电流值，应保证2～4级级差，电源端选上限，网络末端选下限。为防止事故情况下蓄电池组总熔断器无选择性熔断，该熔断器与分熔断器之间，应保证3—4级级差。

直流系统发生越级跳闸或越级熔断事故的根本原因就是小型直流断路器的级差配合不正常造成的。当短路电流大时也有可能造成越级跳闸的事故。要彻底解决小型直流断路器越级跳闸或直流熔断器无选择性的越级熔断，就要测试小型直流断路器和熔断器安秒特性。

(二)电力直流系统中小型直流断路和直流熔断器配合的建议

1交直流断路器不能混用：由于交直流的燃弧及熄弧过程不同，额定值相同的交直流断路器开断直流电源的能力并不完全一样，用交流断路器代替直流断路器或交、直流断路器混用是保护越级误动的主要原因之一。

2为了保证级差配合最好选择按同一型号、同熔体材料确定上、下级差，从而保证满足选择性，对不同厂家、型号的熔断器配合，应加大级差。

3熔断器采用热效应原理，而断路器是磁效应与热效应相结合，安秒特性曲线不同，配合级差也不同。对于断路器之间、断路器与熔断器之间的级差配合不应照搬熔断器间的配合规定。

4熔断器与断路器(两段式)间及同型两段式断路器间的配合除应按设计规程执行外，还应核定最大短路电流不应超过上级元件额定电流的8～10倍。

5不同型号断路器的配合应考虑断路器的固有动作时间，必须保证上级断路器固有动作时间不小于下级固有动作时间。推荐采用上级塑壳式断路器、下级微型断路器的配合。

五、结语

随着我国电力工业的不断进步，电力系统向超高压、大容量方向发展，为这些大容量电力设备提供控制、保护、信号、操作电源，直流系统的安全、可靠、经济运行就必须提到一个新的高度。针对实际需要建立一个新的完善的直流系统维护方案与制度越来越必要。