变电站直流系统故障分析

钱永亮

摘要：国民经济的发展离不开电力的強力支撑，近年来，工业化的发展对于电力的需求越来越大，越来越需要高品质、高稳定性的电能，变电站作为电力系统中的重要一环，具有着不可替代的作用。在这一过程中，变电站直流系统发挥着举足轻重的关键作用，但在实际工作过程中，直流系统也常会发生这样那样的问题，本文着重以此课题作为研究重点，提出科学合理的解决举措，希望能给相关专业人士以参考。

关键词：变电站;直流系统;故障分析

引言

变电站直流系统为变电站提供测控、安全保护等，是电力系统保护和控制的支撑。变电站直流屏内的高频整流电源及模块是后备直流电源系统的重要组成部分，其采用N+1冗余并联工作，连续运行，除了提供充电电源，还负责常态负荷，工作状态复杂，参数要求苛刻，加之投运时间长短不一，均流方式厂家不同，散热方式有风冷、自冷，故而整个电源系统及单体模块是否正常，是保证二次系统安全的重要保障，目前常规手段仅仅是测量系统常规的稳压、稳流精度、纹波等等，无法预测高频整流电源及模块的远期故障或性能，故无法提前实施维护、检修和更换，一旦发现故障只好厂家应急处理，这其中必然会出现不短的周期造成系统冗余不足甚至失电，为应对这一重大隐患，急需一种在系统正常运行不停电条件下，能够快速对高频整流电源及模块状态进行快速早期预判。

一、变电站直流系统介绍

变电站直流系统的作用是将交流电整流为直流电，所以其稳定性可靠性对于整个电力系统具有着举足轻重的作用。直流系统的能量来源主要来自于交流系统，所以要确保直流的稳定，必须首先确保交流的稳定。变电站使用直流系统主要有四个方面的比较优势：一是具有较好的电压稳定性;二是直流系统的输入除了二路交流外，还有蓄电池组提供，稳定性可靠性较好;三是如果使用交流电源，如果发生短路故障，电压会降低，电压降低则断路器不发挥作用，易引发电力事故，直流电源较好的避开这一问题;四是蓄电池组是可逆电源，使用和替换也较为方便。

二、变电站直流系统故障分析

（一）直流电源出现失压情形

直流电源是维持电路稳定性的关键装置，在工作实践中出现失压情形，会导致控制回路和监控出现重大问题，一些设备会出现拒动等情形，影响正常工作，影响电力质量。失压情形还会导致继电器的失磁，发生电路跳闸现象。一般情形下，220kV变电站如果出现故障，基本均是由于失磁导致。失磁的发生主要源于以下三点原因：一是对于短引线保护没有实施独立的退压板设计，与主保护一起使用出口压板，这一情形在短时间内也许不会出现故障问题，但长此以往则会出现失压情况。二是短引线设定额低于标准设定值，导致电路负荷电流超出设定极限。三是短线保护回路设计不够科学合理，电源失压导致跳闸情况出现。

（二）直流系统出现接地情形

在所有故障中，接地情形是危害最大的，也是最为常见的，需要引起高度重视。其破坏性对于整个变电站系统功能产的影响是巨大的，程度较轻的会发生遥信量误送，严重程度较重的则可能发生开关拒动和误跳。分析其中主要原因：主要是控制电缆、信号对地绝缘降低、直流电缆对地分布电容影响、蓄电池对地绝缘降低、双配置直流系统正负串接、交流电串入直流系统等。变电站直流系统发生接地故障时，运维人员可以通过直流绝缘监测装置的选线功能，配合拉路选线法，并结合运维经验快速查找接地点。在变电站实际运行过程中，接地一般不会立刻产生电流短路，但监视系统也会发出相应警报，值守人员发现故障后，可以及时处置。如果实际运行过程中，线路的另外一端同时出现接地故障，则系统的短路问题会立即发生，导致熔断器熔断，整个电路失去电源支撑而发生事故。此类事故类型一般区分为两种：一种是正极两点接地，继电保护和断路器发出错误判断，导致继电器线圈励磁、合闸线发生故障，具体如图1所示。另一种是负极两地接地，二次回路产生，继电器发生短接，导致跳闸越级，事故严重性进一步加大。在同时接地状态下，线圈出现短接会失去作用，回路短路电流会立即产生，电源保险发生熔断，保护电源失效，具体如图2所示。

三、系统故障原因分析

（一）施工和设计产生问题

由于施工和设计的遗留问题，导致一些线路两端直流混接，也有可能施工人员出现两端直流混接情形，由于设计施工的不科学，不能按照国家规定的国标进行施工，比如直流回路出现裸线情形以及出现线头接触柜体情形。这些问题均要求施工维护人员在维护检修时，不能粗心大意，否则会导致线路短路或接地情形。

（二）材料出现老化

这种情况在偏远地区农村较为多见，这些地区由于变电站使用年限较久，运行时间过长，变电站上的一些绝缘线路会相继出现老化现象，导致出现直流系统故障，如果是电缆和接线端子的绝缘线出现老化，则会导致短路和接地的几率大大增加。除此之外，也有可能变电站一些部件在出厂时就达不到国家规定的标准要求，导致线路绝缘性较低而发生过电烧伤，绝缘线的破损程度进一步加大。

（三）输电压过高导致发生故障

分析直流系统发生故障情况，主要区分为两大类：一类是直流系统硬件组成部分发生故障;另一类是相关参数设置出现偏差。这两类问题均会影响直流系统的稳定性和可靠性，造成运行异常。介于此，必须高度重视充电模块中输出电压过高而导致模块发生故障。要有效解决这一故障，必须首先进行停机，然后进行相关输出指针的检测，并进行输出指针的调整。如果检测是硬件出现问题，则需要采取维修或更换的方式进行处置，最终确保电池寿命符合要求。以某发电厂2015年发生的故障为案例，根据调查情况分析，主要有以下几点原因：一是外部的负载不匹配，造成模块的过负荷，这是这一情况发生的主因。直流油泵和蓄电池是高频开关的主要负载，其总输出电流接近300A，远远大于额定电流200A，开关处于严重首先的负载状态，造成内部的参数也出现了偏差，参数偏差较大的被烧坏。二是具体连接点出现了氧化。

四、直流系统故障的预防

（一）直流系统故障预防需解决的问题

主要需要着力解决以下问题：一是实现直流屏高频整流电源故障预判的目的，防止模块带缺陷运行，给维护、检修、更换提供合理时间，减少系统失电风险;二是.解决以往需停电才能检测模块的缺憾，在线实时检测，快速报告预判结果，不影响系统运行，安全可靠。三是进一步丰富直流系统维护内容和参数，对于进一步重点监护提供定量依据。

（二）直流系統故障预防关键点分析

在实际实践过程中，主要关键点主要有以下六点：一是构建无线宽频谱接收系统，其功能主要是分析高频整流电源主振频率、稳定性、谐波分量以及主开关管脉冲电流信号，预判模块工作的状态。二是单片机实现多重傅里叶滤波网络，分析直流母线交流分量占比、特性、数值，预判模块工作的状态。三是进一步完善的电器隔离系统，保证装置的采样准确可靠而不影响主回路的电气绝缘要求，并具备完善的自保护功能。四是内置单片机系统建立数据库系统，能对多套直流屏高频整流电源建模，方便参数处理、对比，对维护提出科学、定量的数据。五是实现智能整合诸参数，直观的输出报警显示界面，便于现场人员快速判别。六是连接件体积小，重量轻，便于携带，兼容性好，适用于各厂家规格、型号直流屏柜，功能实用，造价低，操作简单。

（三）进一步严格控制设计和施工

由于直流系统工作的范围较为广泛，其工作环境也涉及到较多的线路和外接设备，从运行实践来看，必须要严格直流系统相关部件的严格设计和施工，以此来降低直流系统故障出现的频率，尽可能避免故障发生。设计施工中要注意避免出现交直流混接以及两段直流混接的情况，要保持交流继电器、直流回路继电器和接触器等设备之间的间距，避免在电压切换时，直流回路与交流回路产生连通而导致短路。在施工结束后，要按照施工步骤实施严格认真的结尾竣工检查，以此确保所有设备安装施工符合国家规定要求，对接正常无误。

五、结语

综上所述，本文以问题为切入点，对变电站直流系统一般常见问题进行了阐述，并提出了解决举措。目的是为了实现直流屏高频整流电源故障的预判，防止模块带缺陷运行，给维护、检修、更换提供合理时间，减少系统失电风险，从而更好的解决以往需停电才能检测维修的缺憾，实现在线实时检测，快速报告预判结果，不影响系统运行，安全可靠。

参考文献：

[1]刘友强，游德华.变电站直流系统接地原因分析及故障查找[J].大众用电，2019，08：30-31.

[2]张国华，王文东.变电站直流接地系统故障分析与处理[J].科技资讯，2019，03：30.

[3]曹洋.对220kV变电站直流系统故障的研究[J].山东工业技术，2018，12：185.