500kV变电站直流系统运行与维护

孙宏录（国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁鞍山114203）

500kV变电站直流系统运行与维护

孙宏录（国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁鞍山114203）

变电站直流系统，是为变电站供电的最为重要的系统，其主要负荷为保护测控及其他自动装置电源，断路器的操作回路电源，及事故电源等。直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证。

直流系统；浪涌；奥特迅；充电机；铅酸蓄电池；监控器

1　直流系统的构成

由两组武汉银泰科技股份有限公司生产，型号为GFM-500阀控式密封铅酸蓄电池及两套深圳奥特迅电力设备有限公司生产，型号为GZDW220/110系列微机控制高频开关直流电源设备构成。GZDW220/110系列微机控制高频开关直流电源设备包括：五面GZDW直流柜和两面GZDW充电柜共7面屏组成。

2　基本原理

2.1系统工作原理

图1　直流系统工作原理图

直流电源系统主要由交流配电回路、充电模块、直流馈电、集中监控回路、绝缘监测回路、降压回路和蓄电池组等部分组成。

两路交流输出经交流配电回路选择其中一路交流输出提供给充电模块；充电模块输出稳定的直流，一方面对蓄电池组补充充电和提供合闸输出，另外通过降压回路提供控制输出，为负载提供正常的工作电流；绝缘监测回路可在线监测直流母线和各支路的对地绝缘状况；集中监控回路可实现对交流配电回路、充电模块、直流馈电、绝缘监测回路、直流母线和蓄电池组等运行参数的采集与各回路的控制和管理，并可通过远程接口接受后台操作员的监控。

2.2交流自投工作原理

图2为双路交流自投电路，适用于一组充电机由两路交流电源供电的系统。我所有两组充电机即GZDW1#充电柜及GZDW2#充电柜。GZDW1#充电柜的两组交流电源来自1号所用屏和9号所用屏；GZDW2#充电柜的两组交流电源来自5号所用屏和14号所用屏。

2.2.1双路交流自投回路

由交流配电回路、两个交流接触器（1CJ、2CJ）组成。交流配电回路为双路交流自投的监测及控制元件，接触器为执行元件。交流配电回路上设有转换开关QK，两路电源的指示灯和交流故障告警信号输出的空接点。转换开关QK有4个挡位，旋转手柄旋至不同档位可实现如下功能：

图2　交流自投原理图

“退出”位：两个交流接触器均断开，关断两路交流输出。“1#交流”或“2#交流”位：手动选择1#或2#交流投入作为充电机的输入电源。

“互投”位：双路交流的自动互投位，当任一路交流故障时，均可自动将另一路交流投入以保证充电机交流电源的可靠性。

2.2.2单路交流监测回路

单路交流监测回路由交流状态监测单元实现；正常运行时，三相交流电处于相对平衡的状态，三相交流电中性点与零线之间无电势差，内部继电器J1不动作，交流故障监测单元内的告警继电器J3的线圈通过J1的常开接点接于零线与火线间，同时LED发光管点亮，指示交流电源正常。当交流任一相发生缺相或三相严重不平衡时，三相交流电的中性点与零线之间产生电势差，内部继电器J1得电动作，其常闭接点断开，使内部继电器J3线圈失电，J3常闭接点闭合，发出故障告警信号，同时LED熄灯，指示交流电源故障。

2.2.3雷击浪涌吸收器

雷击浪涌吸收器具有防雷和抑制电网瞬间过压双重功能，最大通流量40kA，动作时间小于25ns。其功能优于单纯的防雷器。

2.3ATC-230智能高频开关电源模块

（1）我站使用的ATC230M20智能高频开关电源模块，是深圳奥特迅电力设备有限公司专为电力直流系统开发、设计和生产的第三代产品，采用了具有国际先进水平的软开关技术，散热风道与电路隔离机构，内置CPU，具有高智、高效率、高可靠等优点。

（2）ATC230M20智能高频开关电源模块，采用移相全桥零电压脉宽控制软开关技术，开关管为零电压、零电流开关，无电压电流过冲或尖峰，具有理想软开关特性。

（3）充电模块内置CPU，协调管理模块各项操作及保护，并以电气隔离的数字通信方式接受上位机的控制，其优点有：

设有光电隔离的数字通信接口具有电气隔离能力，可承受外界2000V电压冲击。

模块接受的指令是数字信号，只有在接到符合通讯协议的指令时，才执行相应的操作，任何干扰导致的非法指令均不接受，不会引起模块误动作。

模块故障时，故障模块自动退出，不影响系统正常运行。

智能化模块能监测到集中监控器的工作，当集中监控器故障时，可以手动控制各个充电模块，实现均/浮充转换及均/浮充电压、电流的设置。

智能化模块的监控采用分散控制方式。

（4）充电模块面板的结构及功能说明

图3　充电模块面板的结构

工作状态指示灯共有四个LED，其指示的内容如下：

输入：交流输入状态指示灯，模块的交流输入电源正常时该灯亮。

均充：均充状态指示灯，模块处于均充状态时该灯亮。

正常：输出状态指示灯，直流输出及通信都正常时，该灯闪烁较快且无规律；直流输出正常但通信不正常时，该灯闪烁较慢且有规律；直流输出不正常时该灯不亮。

故障：故障状态指示灯，当模块故障时该灯亮，故障消除后自动恢复。

限流状态指示灯，模块直流输出采用四级限流，限流状态指示灯共有四个LED，分别代表四种限流状态，正常工作时只亮一个，表示模块处于该限流状态。

Ⅰ限流值：25%ICN；

Ⅱ限流值：50%ICN；

Ⅲ限流值：75%ICN；

Ⅳ限流值：100%ICN；

三相输入空气开关，当合上此开关后，模块进入就绪状态。

开关机按键，当模块输入空气开关合上后，模块进入就绪状态，交流输入状态指示灯亮，按下此按键，模块开机工作并正常输出，松开此按键，模块关机并停止输出。

均/浮充按键，在正常浮充工作时，按下此按键，模块进入均充工作状态，松开此按键模块回到浮充工作状态。

对模块的操作顺序：

开机步骤：检查输入，输出接线是否正确；检查交流输入电源是否在规定的范围内；三相空气开关处于关断状态，“开/关机”及“均/浮充”按钮处于松开状态；接入交流输入电源，合上三相空气开关，输入状态指示灯亮，表示输入正常；按下“开/关机”按钮，模块开始工作，有输出，输出状态指示灯点亮，输出表记显示输出电压、电流值。

关机步骤：先松开“开/关机”按键；关闭三相空气开关。

模块的均/浮充：按下“均/浮充”按钮，均充状态指示灯亮，模块的输出电压自动调整到设定的均充电压；松开“均/浮充”按钮，均充状态指示灯灭，模块的输出电压自动回调到设定的浮充电压。

多机并联运行：多机并联运行的要求：限流档应处于同一档；各模块的浮充电压及均充电压应保持基本一致；对于配有集中监控的系统，模块的通讯地址编码应按模块的数量顺序设定，不能出现重复设置；

自动/手动：当模块与集中监控系统通信正常时，模块处于自动状态，模块的浮充电压、均充电压及均/浮充转换、开/关机由集中监控器控制；通信不正常或无集中监控器时，模块自动回到手动控制状态，模块的浮充电压、均充电压为面板设定的电压，均/浮充转换、开/关机由面板控制。

2.4JKQ2000D型集中监控器

图4　面板说明

显示器：采用大屏幕液晶全中文显示，按面板上任意键背光自动开启，两分钟内无键盘操作，背光自动关闭。

光字牌：左边第一个为监控器运行光字牌，在监控器正常运行时常亮，绿色。其余八个为故障告警光字牌，颜色为红色。在不同的系统中，具有不同的报警功能，具体功能在标字框中给出相应的提示。

功能键：四个功能键具体功能在显示器右侧与功能键相对应的位置给出提示。

光标：上、下、左、右移动键。

数字键：包括09数字和一位小数点。

清屏键：在任意状态下，按清屏键，程序将重新初始化液晶显示器，保持原显示器内容不变。

确认键：在设定参数完成后按“确认”键保存设定的参数。

（1）集中监控器组成及工作原理

集中监控器组成主要有PC486工控机、串口卡、光电隔离输入板、光电隔离输出板、显示键盘接口与显示键盘、稳流器等部分组成。

光电隔离输入板设有16路光电隔离状态信号输入，直流系统的一些主要状态信号，如开关、熔丝、交流电源等状态信号通过光电隔离输入板输入到集中监控器。

光电隔离输出板设有16路双触点继电器信号输出，集中监控器通过光电隔离输出板将直流系统的一些主要故障信号通过光电隔离输出板输出报警。

充电模块、智能变送器、馈线状态监测模块、电池巡检仪具有内置CPU，完成本身的信号采样及协调控制，输出设有隔离的RS232接口，这些模块通过串口卡接受集中监控器的监控。

微机型绝缘监测仪通过串口卡接受集中监控器的监控。

集中监控器通过稳流器实现对蓄电池的稳流充电。

（2）主要功能说明

交流配电监测：

直流系统的交流输入设有交流配电单元或交流状态监测单元，当出现交流失电、缺相故障时，通过无源接地将告警信号送监控器，监控器发出交流电源故障告警信号。

当系统配有交流电压、电流变送器时，监控器可显示交流电压、电流，并判断交流输入是否过压、欠压、缺相或三相不平衡，故障时发出交流电源故障告警信号。

直流配电监测：

正常情况下直流系统设有母线电压、电流变送器和蓄电池电压、电流变送器，监控器可显示这些数据，判断母线及蓄电池是否过压、欠压，故障时发出告警信号。

当系统配有智能直流电压、电流表时，这些表计能直接显示母线及蓄电池电压、电流，并通过串行总线将测量数据送监控器。

重要回路（蓄电池、充电机）的熔断器设有熔断器故障附件，故障信号直接送监控器，故障时发出熔断器故障告警信号。

当馈线回路设有馈线脱扣故障告警触点时，各脱扣故障告警信号并联后送监控器，故障时发出馈线脱扣故障告警信号。

当直流系统配有馈线状态监测模块时，馈线状态监测模块通过串行总线将测量到的馈线开关开合状态送监控器。

充电机、蓄电池的输出开关及母联开关、放电开关的状态可由其辅助接点送监控器。

绝缘监测：

当直流系统选用监控器内置绝缘监测仪时，可同时监测两段母线的对地绝缘电阻和电压，并显示接地电阻值和电压值，当监测到的接地电阻值或电压值小于设定值时，发出接地故障告警信号。

当直流系统选用独立的微机型绝缘监测仪时，绝缘监测仪通过RS485数字通信接口将测量到的数据送监控器，故障时发出接地故障告警信号。

充电模块监控：

充电模块通过串行总线接受监控器的监控，实时向监控器传送工作状态和工作数据，并接受监控器的控制。监控的功能有：

遥控充电模块的开/关机及均/浮充；

遥测充电模块的输出电压和电流；

遥信充电模块的运行状态；

遥调充电模块的输出电压。

电池管理：

可显示蓄电池电压和充放电电流，当出现过、欠压时进行告警。

设有温度变送器测量蓄电池环境温度，当温度偏离25℃时，由监控器发出调压命令到充电模块，调节充电模块的输出电压。实现浮充电压温度补偿。

手动定时均充，可通过监控器键盘预先设置均充电压，然后启动手动定时均充。手动均充程序：以整定的充电电流进行稳流充电，当电压逐渐上升到均充电电压整定值时，自动转为稳压充电，当达到预设时间时转为浮充运行。

自动均充，当下述的条件成立时，系统自动启动均充：

系统连续浮充运行超过设定的时间（3个月）。

交流电源故障，蓄电池放电超过10min。

自动均充电程序：以整定的充电电流进行稳流充电，当电压逐渐上升到均充电压整定值时，自动转为稳压充电，当充电电流小于0.01C10A后延时1h，转为浮充运行。

通信：

设有RTU接口，监控器可通过RTU接口与综合自动化系统连接，或通过MODEM与电话网连接，设有多种规约。监控器统一汇总系统及各功能单元的实时数据、故障告警信号和设置参数，并完成与上位计算机的通信，实现直流系统的“四遥”功能。

历史记录：

能将系统运行过程中一些重要的状态、数据和时间等信息存储起来，以备后查，装置掉电后信息不丢失。最大存储量为500条，用户可在计算机后台随时浏览。

2.5监控器的使用

（1）正常运行时的画面如下，平时不显示故障，利用显示器旁对应的功能键，按“下页”时显示系统的一些正常数据。当系统出现故障时，会在对应处闪烁及发出声音报警，屏幕上会出现“故障”两字。按下故障对应的功能键可直接进入故障信息界面。

图5

（2）“菜单”旁的功能键显示如下

图6

若要进行某项操作直接按下对应的数字键即可。如按“4”则显示状态信息画面如下：

图7

按“5”显示绝缘故障信息。按下正常报警对应功能键可转换为停止报警，停止蜂鸣器报警。其他各项依此类推。

3　电池的运行与维护

3.1电池的运行

（1）两组蓄电池正常均以浮充电方式供电。

（2）正常情况下，两组蓄电池分别运行，禁止并列运行。

（3）蓄电池室内严禁烟火。室内取暖装置应无漏水、漏气现象。

（4）直流各装置、表记应运行正常，信号装置良好，各保险器使用合理，接触良好，无过热现象。

（5）蓄电池使用温度为-25℃～50℃。

3.2蓄电池的充放电

（1）蓄电池每3个月均衡充电一次，已在充电机内设定，可自动进行。

（2）蓄电池应每年进行核对性充放电一次。放电时电池与母线脱离，放电电流为0.10C10A，放电时间 10h，电池电压至1.9V时应加强监视，电池电压不得低于1.8V。

（3）蓄电池放电至终止电压1.8V时进行充电，按单体电池2.23～2.27V/只，最大充电电流不超过0.25C10A，充电时间24h，当充电电流小于0.01C10A后自动转为浮充运行。

3.3直流系统状态监视与检查

利用集中监控装置监视交流电源、蓄电池组、充电模块、绝缘监测、各直流回路的运行状态和故障情况。利用监控器的控制面板和显示器提示进行直流系统状态检查，出现输入密码项目时返回，不得更改其内容。

3.4充放电

3.4.1正常直流系统浮充电运行，充电电压231V

3.4.2如下列情况进行均充

连续运行3个月后，自动进行均充；个别电池为2.18V及以下，手动均充；交流断电停机，蓄电池放出电池20%以上容量，手动均充。

3.4.3手动均充方法

进入“菜单”显示窗口，选择“5”后输入密码“11111”，进入“充电机控制”窗口，按“下页”进入画面如图8。

图8

利用上下键移动“←”至浮充后，按“转换”对应的功能键，将“浮充”改“均充”后按确认键。利用上下键移动“←”至时间后，按左右键可以设定时间后按确认。此项操作由值长或值长指导下进行。

均充开始后充电电压为241V，充电电流充电电流不大于0.25C10A，定时达到后自动转浮充。

3.4.4核对性充放电时间：每年一次放电：

将蓄电池在#3直流屏的母线进线及联络把手切至 “母联”位置，使蓄电池与系统脱离，母线并列，一组蓄电池，两组充电机带负荷。

在屏后放电开关熔丝下接放电电阻，以放电电流0.1C10A计算放电电阻。

在#3直流屏将放电把手切放电位置，放电10h，终止电压为1.8V。

放电时每小时记录一次电池电压、室温。电压至1.9V时每0.5h记录一次。放电开始前及终止后都应该记录。

放电终止后将放电把手切停用位置，拆除放电电阻。

充电：蓄电池放电终止后将浮充机把手切蓄电池位置，进行充电。先稳流充电后稳压充电，充电电流小于0.01C10A后延时1h，将充电机和蓄电池投入正常运行位置。

3.5事故处理

母线电压过高或过低可通过监控装置自动调节消除。

3.5.2蓄电池故障

蓄电池故障可通过监控器菜单“蓄电池巡检”查询，查询为个别电池故障时，进行实际观察与测量后如确有问题与厂家联系处理。

如果电池组故障，可用母线进线及联络把手将母线并列，电池组退出运行。

3.5.3充电机故障

利用监控器查询故障，如个别充电模块故障可将其输入开关拉开，停用该充电模块。

充电机保持一个充电模块可继续运行。

充电机整组故障时，如可迅速修理，可将充电机把手切停用位置，蓄电池供电。不能修理时还要用母线进线及联络把手将母线并列，电池组退出运行。

4　结语

直流系统的运行维护重在预防和防微杜渐，通过日常一丝不苟的巡视、检查和定期核对性检验，直流接地等问题的及时处理，使小问题和缺陷得到及时有效的处理，制定合理完善的直流系统改造工程过渡措施，吸取历次直流系统事故教训，避免事故发生，保障变电站安全运行和提高供电的可靠性。

[1]徐海明，王全胜.变电站直流电源设备使用与维护-阀控密封铅酸蓄电池.中国电力出版社，2007，02.

[2]徐海明，周艾兵.变电站直流设备使用与维护培训教材.中国电力出版社，2010.

[3]赵莉.官亭750kV变电站直流系统电源改造.科技创新与应用，2012.

[4]中国南方电网有限责任公司.变电站直流电源系统技术规范.2013，11.

[5]深圳奥特迅电力设备有限公司.电力操作电源系统培训手册.

[6]肖信昌.变电运行及事故处理技术问答（第一版）.中国电力出版社，2013，01.

[7]张全元.变电运行现场技术问答（第三版）.中国电力出版社，2013，02.

3.5.1母线电压异常

监控后台机上光字牌亮，直流屏监控器有灯光及音响报警。如直流接地绝缘监察也报警。屏幕出现闪烁的故障字样。

直接按故障旁功能键进入故障信息状态查询。直流接地时监控器和绝缘监察都要查询。如果是支路接地要巡检，需要一定时间，可反复查询。

母线电压异常后应实际测量母线电压，如实测正常可将“正常报警”转“停止报警”，汇报相关人员进行装置故障查找。

支路接地查找到后，根据负荷情况进行接地检除。在可能引起设备误动时应汇报相关调度，通知继电或检修专业人员共同查找。一般情况下不允许在运行的设备上用拆头的方法查找接地点。

TM721.1

A

2095-2066（2016）31-0024-04

2016-10-9

孙宏录（1981-），男，高级工程师，大学本科，毕业于沈阳工业大学，主要研究方向为电力工程技术。