园湾变电站直流电源系统运行分析

陈晓禹 陈晓鸿

摘 要：直流电源系统做为变电站的心脏部件，对其可靠性有重要要求，如果直流电源系统不可靠，那后果可能是灾难性的。本文提出对一个具体的变电站直流电源系统进行分析的基础上提出了系统的不合理及不可靠的部分，并对此提出了运行注意事项及直流电源系统改造提出改进建议，使其运行可靠性得到提高，以做到防患于未然。

关键词：直流系统；重要性；可靠性；改进建议

一、装置概况：

园湾变电站直流电源系统主要供给控制、保护、合闸回路。由上海凯华电源设备厂生产，型号为GZD—3型、共有七面屏，其中三面为充电机、浮充电机、控制线路屏，另外四面为蓄电池屏，电池采用了免维护全密封MF—300型铅酸蓄电池，且电池与充电装置共置一室，电池装于电池屏内聚氯乙烯箱内，共计104只，能与机壳良好绝缘。全部电池用充电机、浮充电机全部装于屏内一体化配套。

二、工作原理：

图1

充电机及浮充电机具有双路交流输入，第一路接至站用电一段，第二路接至站用电二段。第一路为优先工作，只有第一路失电时才能转为第二路输入，第一路交流输入恢复时，仍由第一路工作，第二路交流不输入。装置正常时，浮充电机D1支路输出作为恒压源对控制母线供电，而D3支路输出通过R1和W1组成的浮电回路对电池长期浮充电；充电机做为恒流源通过D4支路对电池进行充电，当达到电池终止充电电压时由充电控制回路J3和J4动作控制充电机自动停机；当浮充电机发生故障时，通过J1控制充电机自动启动，替代浮充电机工作，此时JD2-2常闭结点打开断开主充电回路，JD1-1闭合，充电机D2支路输出到控制母线，保证控制母线电压正常；同时JD1-2常开接点闭合，接通浮充电回路对电池浮充电，而1ZK为手动切换开关，可以在自动切换失效时用手动方式使其切换。整个回路可以保证不论何种情况下，即使是交流失电时均能无间隙的保证控制母线供电。整个回路同时具有交流失电、交流缺相、母线接地、欠电压、过电压、浮充机、充电机故障的灯光、音响报警功能，且具有绝缘监察、闪光试验等自检功能。

直流电源系统原接线如图1所示：

三、运行分析：

园湾变电站充电装置具有交流双路切换，主充电机为浮充电机热备份的特点，特别是电池采用了免维护全密封铝酸蓄电池，并采用了电池装于屏内的一体化成套结构，大大降低了占地面积和基建成本，并使添加电解液、测量电解液密度等繁琐的维护工作成为过去，而且实现了电池室内无酸雾污染、腐蚀等问题，减轻了对工作人员的危害，突出了维护的方便性，显示出它优越的一面。

但事物是两面性的，在使用中，也暴露出直流系统及充电装置的一些问题：

（一）免维护电池的维护保养不当。运行中出现过蓄电池组整组电压低及发现落后电池情况。免维护电池实质上是少维护电池，不是无维护电池，在运行中要严格遵守厂家及相关规程规定，定期对其运行状态进行检测分析，发现落后电池进行相应处理。在平时运行时特别注意其浮充电压、端电压及温升、液面情况，保证其长期恒压充电电压为2.25V至2.3V每单元电池，液面应在上、下限之间，对于异常电池，应及时进行分析、处理。

（二）充电装置双路电源切换回路设计不当，影响了其可靠性。运行中发现站用电自动投切均会造成其输出波动，园湾变电站采用微机保护装置，对电源的波动及干扰较敏感，实际运行中已发生由于站用电源切换所造成的保护死机现象。分析其原因应为：充电装置中充电机及浮充电机的两路交流输入分别取自站用电两段，站用电自动投切会使装置自动电源切换电路动作，且站用电自投只有0.5秒失电过程，会使装置电源自动切换，但是当它刚切换至备用电源或是还未切至备用电源时，主电源又得电，使其自动电源切换又切回主电源，这整个动作过程中，由于其频繁动作，使得装置的输出中叠加了不少的干扰波，影响了保护的正常运行，造成其死机现象。现采用的方案是：直接停用了站用电源自动投切功能，初步解决了保护死机问题；但要治本的话，应把装置的双路电源自动切换改造为不分主副电源，而是以切换至当路电源为主路的控制接线方式；避免其进行频繁切换影响保护装置的正常运行，且能解决停用站用电备自投装置所带来的站用电可靠性问题。

（三）充电装置无高压保护。在运行中出现过电压高于

250V电压情况，装置并没有自动切除功能，查其电路其并无高压保护，而只有过压报警功能。由于其设计为交流有电时，直流控制母线电压均由其直接输出，由此严重威协到设备的安全，已经造成过大面积损坏高频收发讯机电源插件的恶果，究其原因为充电机控制板上控制元件损坏造成过压。所以应装设单独的可靠的过压保护装置，一旦过压将故障充电机及时切除。

（四）不能直观的检查到浮充电机的工作状态。在运行中，如出现浮充电机D1支路输出电压偏低，就有可能出现蓄电池向控制电线供电现象，可能影响到蓄电池的备用容量，而且此时，不一定会出现电压低报警，因为浮充电机输出的控制母线电压低时，蓄电池势必会通过硅链向控制母线供电，这时蓄电池的放电电流与其浮充电电池相比，将会入不敷出。

（五）在运行中不能直观的检查硅链的完好性。原设计只在硅链调压装置两端设置了检查灯XD回路，需要检查时按下AN5按钮进行检查，并不能直观的检查硅链的完好；应在硅链两端安装直流电压表，如图2所示的6V；在浮充电机正常工作时，可直观的观测蓄电池与控制母线的电压差，而在充电机交流失压，蓄电池带负载时，又可观测硅链上的压降情况，另还应在蓄电池至硅链间安装直流电流表，从表上既可判别出浮充电机正常运行时，是否由于硅链调整不当存在蓄电池同时对控制母线供电现象，这样就可判断：正常时，此电流表电流应为零，而只有交流失电时，才会出现负载电流。并可在预检，预试时，可人为的切除交流电源，检查硅链及调压装置完好情况。

四、预防措施及改进建议

综上所述，应针对园湾变电站直流系统现状，加强管理，一是从人员方面，组织人员进行理论和实践的学习，对其工作状况能够进行判断，能及时对其异常进行判断，能及时对其异常情况进行维护处理。应针对性的作好事故预想，防患于未然，二是从设备方面，进行改造，我认为在现有设备基础上的改进建议：

首先从电路上分析，在浮充电机正常运行时，充电机投入的JD3切换回路有些多余。此时，JD3动作，JD3-2常闭接点打开，使蓄电池至控制母线串入一电阻R2，说明书上是这样解释的：这时，如交流失电，在JD3-2吸合转换瞬间，由R2维持控制母线电压，以保证无间隙地实现切换。如何选择R2的电阻值才能保证瞬间电压降不超过额定值，由于负载电流不是一个恒定值，其取值大小本身就是一个难题，且又人为的引入了一个接点，就多了故障的可能。在运行中曾出现过充电机及浮充电机均在工作状态，而由于充电控制板损坏，浮充电机向控制母线输出电压低于180V，而JD3-2接点并未接通，导致蓄电池组通过R2及硅链后才向控制母线供电，由于负载电流较大，使得

R2上压降较大，最终导致控制母线电压也低于180V，这时很难保证设备及保护装置能够可靠动作；另一方面；JD3-6常闭接点也打开，断开浮充电机的浮充电路，这显得是多余的。因为浮充电机，充电机输出均接有防逆流二极管D3及D4，不会造成其输出短路现象。这只说明了厂家在设计思想上的倾向，宁肯让控制母线及蓄电池欠压也不让它们过压运行，究其原因应该是其设备缺乏可靠的过压保护带来的问题，但如上所述，它并未能避免控制母线发生过压现象。建议拆除JD-3，短接其

JD3-2及JD3-6两对常闭接点，以提高整个系统的可靠性。

在上述改造的基础上，针对浮充机，充电机浮充时其输出的控制母线电压不稳定现象，做进一步的改造，改造后接线如图2所示：

图2

直接取消其正常工作时，直接对控制母线供电功能，并在充电机D2支路及浮充电机D1支路输出回路到控制母线回路上加上手动开关ZK3和ZK4，平时正常负载均经蓄电池及硅链供电，浮充电机只通过D3、充电机只通过D4回路对整个蓄电池组进行浮充电，充电电流总和为负载电流加上电池的浮充电电流；平时正常工作时ZK3和ZK4在断开位置，而在硅链调压装置出现异常时能手动合上ZK3或ZK4开关以应急恢复控制母线供电；而充电机为浮充电电压机热备份等功能保持不变。改造后所有直流负载均经硅链调压装置供电；这样只是需要加大硅链调压装置的长时间的通流容量及调压范围即可，在半导体技术飞速发展的时代，更换为通流容量更大的硅链元件是十分容易做到的。这样通过回路的优化可以提高整个直流电源系统的可靠性，提高直流控制母线电压的稳定性，减少波动和干扰，以满足微机保护装置正常工作的需要。

结束语：以上所述，是对园湾变电站直流电源系统在运行分析的基础上提出的运行注意事项以及改进建议。直流电源系统做为变电站的心脏部件，应对可靠性有重要要求，不然，只是保护装置在不断更新，而其后援支持系统，即直流电源系统不可靠，那后果可能是灾难性的；本文只是提出在现有设备条件下对直流电源系统的改进建议，在条件允许的情况下应对整个

220直流电源系统进行彻底的改造，用先进的程控电源等新技术，使其可靠性、稳定性提到一个新的高度，以做到防患于未然。