变电站直流系统存在的问题分析及优化措施

云南电网有限责任公司昆明供电局 田 野

据不完全数据统计显示，2020年的全社会用电量为75110亿千瓦时，与上年相比增长3.1%。由以上数据能看出，我国经济迅猛发展的同时社会用电量也逐渐上升。

变电站直流系统是变电站平稳安全运行的基础和前提。对变电站直流系统的构成分析，其构成包括充电设备、蓄电池、直流屏和直流馈电网络等。若直流系统运行比较正常，充电装置将会在直流系统平稳运行的情况下承担正常负荷电流，同时会不断的向蓄电池组补充电量，使蓄电池自放电现象得到补充，使蓄电池在备用状态中始终以满容量的状态出现。若直流系统运行出现故障，站用的电源将会有所中断，此时蓄电池将会发挥其应有的作用。蓄电池在直流系统中能独立运行，可作为独立电源。在直流系统出现故障时就可利用蓄电池组继续供电，由蓄电池组持续向继电保护、断路器跳闸与合闸、自动装置等提供直流电源。从某种角度来说，变电站中的直流设备可比喻成人体的心脏。

1 变电站直流系统存在的问题分析

直流接地故障问题。变电站直流系统中存在直流接地故障的问题，较常见正极接地故障与负极接地故障。在直流系统运行中若正极有多点接地，那么直流系统中的保护装置可能会在多点接地的影响下出现误动、产生故障。分析其原因，主要是断路器跳闸线圈、负极电源相接，回路中绝缘出现降低现象或是正极出现接地现象，跳闸继电器中的回路开关就可能会出现短接，由此发生保护误动。在直流系统运行中若负极有多点接地，那么直流系统中的断路器就可能会出现拒动现象。此时若回路中绝缘出现降低的现象或是正极出现接地的现象，跳闸继电器就会出现短接，无法以提供磁场的方式起到保护作用。此外两点接地时也易引发熔丝熔断使报警中断，影响直流系统的有序运行[1]。为此需重视对直流接地故障的排查及处理。

充电机、蓄电池问题。根据对变电站直流系统存在问题的分析，发现充电机、蓄电池是较常见的问题。充电机、蓄电池是变电站直流系统运行中的主要设备，蓄电池更是系统备用电源。充电机与蓄电池的维护是保障直流系统安全有序运行的关键。充电机与蓄电池的问题可概括为三点：蓄电池漏液。在没有定期检查的情况下未及时发现蓄电池漏液，从而导致直流系统接地，会出现保护装置误动、拒动的现象；蓄电池开路。若交流系统失压，蓄电池组将无法及时为直流系统供电，此种现象可能会引发大面积的停电事故；充电机参数设置错误。将会导致蓄电池组出现充电不足、过度充电的现象[2]。没有及时发现会缩短整组蓄电池的寿命，严重时甚至会使蓄电池直接报废。

绝缘监察设备问题。变电站直流系统运行时，工作人员要借助相关设备监测直流系统的绝缘情况。不过，因绝缘监察设备问题可能会造成监察不到位的现象。在绝缘监察设备中通常有两种装置：第一种的基本工作原理是信号寻迹，以直流系统接地故障探测装置和低频探测仪为主；第二种的基本原理以倍频磁调制器制作的传感器为主，对传感器输出进行巡回检测，以计算机方式处理。在监测设备绝缘情况时，若信号比较弱或信号出现异常，传感器很难及时监测出问题，也无法及时将信号传递出去。此时计算机就无法有效实现对信号的分析、处理，会在一定程度上影响绝缘的监测结果[3]。为此，在变电站直流系统运行中需重视绝缘监察设备。

系统接线与配合问题。通过对变电站直流系统存在问题的分析，发现系统接线与配合存在问题。通常直流系统的供电方式多为环形供电或辐射供电，传统电网在供电时多以环形供电方式为主。主要原因在于环形供电具有一定的优势，诸如系统运行的成本相对较低、系统运行的可靠性相对较高。不过环形供电的内部设计存在不合理的现象，若系统运行的时间较长，极容易导致故障的发生。若系统在运行中，空气开关与熔断器、系统不匹配或是没有达到应有的质量标准，将会导致系统无法起到有效的保护作用[4]。在此种情况下直流电源就不能发挥应有的作用，断路器回路会出现失常、发生故障，影响变电站的平稳运行。

维护人员综合能力有待提升。变电站直流系统运行中，存在维护人员综合能力有待提升的问题。维护人员的综合能力包括安全意识、职业素养等，现阶段部分维护人员在本职工作中并未充分认识到自身的职能、责任，安全意识不高，也没有较高的职业素养。具体来说，部分维护人员的安全意识相对薄弱，在直流系统检查与维修过程中没有树立应有的安全意识，甚至有些维护人员并未了解自身所处岗位的职责、岗位的安全规程就开始投入到工作中。此种现象极易导致维护人员的部分安全措施没有做到位，发生故障[5]。由此来看，重视变电站直流系统维护人员综合能力的提升是十分有必要的。

缺乏对直流电源设备的定期维检。以往变电站直流系统运行中并未过于重视定检工作。因没有重视定期检查与维修工作，导致变电站没有充分认识到直流系统运行对于变电站平稳运行的重要性。此种情况下，变电站管理人员并未加强对直流电源设备相关技术人员的重视，相关技术人员在专业能力不强、职业素养不高的影响下，并未能够定期对蓄电池组、直流屏等进行检查，容易引发故障。近年来已开始逐渐加强对定检工作的重视，开始实施系统性的维护检修。

2 变电站直流系统问题的优化措施

2.1 加强对接地故障的处理

针对变电站直流系统中存在的接地故障问题，可有针对性地加强对接地故障的处理。在对接地故障处理前要采用科学的手段对故障问题进行排查。通常直流系统出现接地故障时都存在设备金属直接接地的现象[6]。其检测难点在于设备中有非金属接地的现象。通常此种接地故障是因直流系统所处的环境相对潮湿，在环境的影响下直流系统设备元器件受损、绝缘性能下降引起的。所以在对接地故障进行排查时，要对户外设备绝缘降低可能性加以考虑，结合现场实际情况合理分析是正极接地故障还是负极接地故障。明确故障后可改变直流系统周围的环境，对直接接地的金属或是非金属进行包装处理，避免其与地面直接相连。

2.2 提高充电机、蓄电池维护水平

变电站直流系统问题优化过程中可以提高充电机、蓄电池的维护水平。在充电机维护中，要定期对设备进行清扫，保持设备的整洁。要定期进行测试和试验。在测试时，测量装置参数的实际值，调整装置显示出的误差。校准单模块的输出电压，试验各装置报警功能，了解硬接点输出的正常性[7]。另外，直流系统技术人员要按照规定对设备进行放电实验，确保蓄电池可以正常使用。积极做好设备排查工作，尽可能减少蓄电池的个体差异问题，确保系统内蓄电池的一致性。

技术人员在每个季度都要检测电池内部的电阻，对蓄电池的电压进行分析，确保电压在合理范围内，避免电压过低、过高。检测周围环境的温度、湿度，减少环境干扰。具体来说，要在均充状态下充满蓄电池组；将备用的蓄电池组接入到直流系统中；将整组蓄电池退出，实施核对性充电、放电实验；实验结束后均充蓄电池，充电过程为恒流充电、恒压均充、恒压浮充；以核对性充电、放电实验方式对电池组真实容量加以判断，明确设备是否健康。

2.3 改进变电站直流系统绝缘监察设备

优化变电站直流系统问题时，改建变电站直流系统绝缘监察设备也是尤为必要的。经大量实践发现，交变对称电压、电流源激磁铁心中直流恒电磁场若同时存在，就会破坏交变磁通的对称性，使其波形正负半波相位也会随之发生变化。从某种角度来讲，正负半波相位的变化量情况能将直流偏置电流的情况反映出来，包括方向、大小。利用该特性可改进相位差磁调制式直流电流传感器。该传感器有较好的一致性，且绝缘监察的设计相对简单，安装便捷并不需要任何调校，能直接测量接地漏电流、检测直流系统的对称接地故障。此外要加强直流系统绝缘管理[8]。直流系统技术人员要分离直流系统与其他设备，做到针对性保护。而且在日常工作中要做好防护工作，包括防水、防尘和防潮等，避免因外界因素的干扰引发连电事故。

2.4 严格按照规定整合直流配置

在掌握变电站直流系统接线与配合问题的基础上，可结合实际情况，严格按照规定整合直流配置。依据直流系统的供电方式及出现的相应故障，深入分析空气开关、断路器。可以明确的是目前已经投入使用的空气开关、断路器类型均比较多[9]。不同的空气开关和断路器其特点、应用效果均存在差异。在变电站直流系统运行中，为确保系统可有序、安全运行，避免因个体差异，导致上下级线路协调运行受到影响，直流系统相关技术人员要关注直流电路配置问题。需要重点关注的问题是设备、装置型号要一致。定期检查直流系统设备情况，了解直流系统的设备与装置型号是否一致，若不一致则需要按照规定对直流配置进行整合，减少因配型差异问题引发的故障。

2.5 加强维护人员的综合培养

在变电站直流系统问题优化过程中要加强维护人员的综合培养。从某种角度来说，维护人员的综合能力会对变电站直流系统运行状态产生直接影响。在培养维护人员时，不仅要提高其安全责任意识同时也要加强技术培训。一方面提高安全责任意识，定期召开会议，以会议强调的方式向维护人员灌输安全责任意识，使其充分认识到自己所处的岗位有多么重要，充分意识到自己若存在失误可能会导致设备运行出现问题，最终致使设备甚至人身损失；另一方面加强技术培训。定期组织维护人员参与培训，在维护现场由高级技术人员对其进行指导，培训内容包括直流系统维修相关专业知识、技巧，也包括直流设备工作安全风险的评估方法、危险点分析方法等。通过培训的方式提高维护人员的专业技术水平，在变电站直流系统检查中发挥应有的作用。

2.6 规范直流电源设备的维检

通过对当前直流电源设备维检规范的现状分析，变电站管理人员结合现有的直流电源设备维检现状，从以下角度进一步对定检工作展开重视。首先，加强了对直流系统工作人员的重视。变电站管理人员加强了对直流系统相关知识的学习，明确了变电站直流系统的重要性，非常重视直流系统相关人员的聘用，对相关人员的专业能力、综合素质进行了全面的考察，坚持了择优录取的原则。

一方面，规范了直流电源设备的维检。结合实际情况制定了相对完善的直流电源设备维检计划，各班组根据维检计划定期对直流电源设备进行了维护与检查。通过对直流电源设备的组成分析发现其可分为蓄电池组和直流屏两部分。在维检蓄电池组时，仔细检查了每个蓄电池的外观，确保电池无损坏痕迹，电池壳体无膨胀或是热损坏现象，对蓄电池内阻、连片阻值进行测量且详细记录数据。将其与原始数据比较，突变超过50%就实施核对性放电。在维检直流屏时，确保绝缘检查装置、监控单元的整定值，与定制单的数据保持一致性，监控单元转换功能正常；另一方面，规范了直流电源设备的全部检验。完善了设备定期检验管理制度，定期检验了变电站中运行的直流电源设备，了解设备运行的健康状况。同时制定了月检验、年检验等工作计划，严格按照所制定的检验计划执行。直流电源设备的维检工作严格遵照定检作业中相关说明执行，定期检验期间出现的缺陷，有效处理。