变电站直流系统改造与分析

聂胤 曹蓓

摘要：可靠的直流系统是保证变电站安全运行的决定性条件之一。本文重点阐述了老旧变电站直流系统的改造流程及注意事项，从而进一步规范作业行为，确保施工安全，降低人身、电网和施工风险，为今后的直流系统改造提供参考。

关键词：变电站;直流系统;改造流程

0 引言

变电站直流系统是变电站至关重要的组成部分，其可靠性直接影响到电力系统安全运行[1]。对运行10年及以上的变电站，其直流系统已严重老化、维护困难，存在安全隐患。为保证直流系统能可靠不间断的为变电站提供直流电源，维持站内直流用电设备的正常稳定运行，需及时对老旧直流系统进行改造。

王英东等[2]针对尼尔基发电厂厂用220V直流系统设备老化、部件停产等问题提出了优化改造方案;吴彦利等[3]对宁夏候桥330kV变电站直流系统进行了改造，在保障设备安全稳定运行、不失电的前提下将不合规范的直流小母线、两点两充的五面屏等退运拆除，并接入了七面两电三充屏，铺设相关电缆;王梦浩等[4]为解决天生桥一级水电站机组220V直流系统设计不完善、接线方式不满足南方电网要求的问题，对其进行整体改造、优化接线方式，可靠性大大提高。本文基于110kV变电站的特点及存在问题，阐述老旧变电站直流系统的改造流程及注意事项。

1 直流系统作用

直流系统是给远动设备、保护及自动化装置、事故照明、断路器、隔离开关操作等提供直流电源的独立电源设备，当外部交流电失电的情况下，由蓄电池接替提供直流电源，保障变电站保护、测控等装置的正常运行[5]。

2 直流系统组成结构

如图1所示，直流系统主要由充电屏、馈线屏、蓄电池屏三大部分组成。充电屏包含交流配电、防雷装置、微机监控装置;蓄电池屏包含蓄电池组、电池巡检装置;馈线屏包含母线调压装置、合闸回路和控制回路等。

直流系统由两路交流电源输入，经过交流自动切换装置选择一路输入，并通过交流配电单元给各个充电模块供电。充电模块将三相交流电转换为220V/48V直流，经隔离二极管输出，供电池充电和直流負载使用。微机监控单元对系统进行管理和控制，主要作用是采集信号、处理、统一管理，在液晶面板上提供人机操作界面，并可远程通信。绝缘检测单元用来检测母线绝缘情况，当发生馈线接地或绝缘不良时能及时发信、报警。

3 直流系统改造原因

针对运行10年及以上、运行状况不良、功能不全、配件维护困难的变电站进行改造，比如绝缘检测装置老化，不能准确判断支路接地、绝缘不良的情况;不具备交流窜直流的检测功能;不具备ATS自动切换功能;直流系统信号缺失、配件停产、直流系统误发信号等等，依据国网十八项反措[6]应进行改造。

4 直流系统改造内容

针对110kV变电站的老旧直流系统改造，在不停电的情况下更换直流馈线屏、充电屏和蓄电池，并从改造过程中提取经验，形成典型的施工流程和注意事项，从而进一步规范作业行为，确保施工安全，降低人身、电网和施工风险。

表1给出了具体施工流程和注意事项，具体分为8个步骤。

第1步：现场查勘和施工方案编制。该部分工作需提前一个月完成，仔细核对上下级的空开容量大小;仔细核对保护、测控装置，监控后台、调度数据网临时电源并接点，确保后期施工过程中保护、测控等装置不失电，调度数据网无法实现不停电的需提前向值班调度员汇报。注意：老站直流系统相关信号缺失，需结合改造完善。一般只能硬接点上送，现场查勘时，需统计信号电缆长度、信号接入点，提前完成电缆标示牌和电缆号头的制作，缩短现场施工的时间。

第2步：蓄电池校验。提前一个月完成蓄电池的核容检查，不合格的应及时更换，确保蓄电池功能正常。

第3步：点表制作。提前一个星期完善点表，需上送的信号（硬接点）见施工图纸。仔细核对施工图纸，做好施工前的准备工作。

第4步：转移负荷至临时电源。现场许可工作后，开始转移负荷，转移负荷时，需直流班和保护班人员同时在场，待所有负荷全部转移后，经保护班人员核对无误，方可断开直流馈线屏内的所有空开，移除旧的直流充电屏和馈线屏。

第5步：ATS自动切换功能校验。新直流充电屏就位后，接入ATS的两路交流，切记在不带负载的情况下验证ATS自动切换功能是否满足要求。

第6步：拆除临时电源。待负荷全部转移回新直流馈线屏后，原蓄电池回路接入新直流充电屏后，方可拆除临时电源并接线。注意每一路馈线负荷需与空开一一对应。

第7步：信号接入与核对。按精益化的要求做好电缆牌标签标识、电缆号头。信号接入后，先与当地后台核对信号无误，方可向调度申请重启远动，进而与主站值班调度人员核对信号，确认所有信号无误后，方可消票结束工作。注意：220kV变电站需至少提前两个工作日走检修票，110kV变电站提前一天或当天走检修票。为保证现场信号核对的顺利性，需提前一天与主站自动化人员联系，确认主站端信号已完成修改。

第8步：清理现场。所有工作完毕后，要清理现场并将退役下来的屏柜和其它设备移入仓库，完成报废流程。

5 直流系统改造后的效果

通过改造后，新的直流系统不再误发信号，按照典型点表的要求完善了各类信号上送，ATS具备自动切换功能且现场试验正确，绝缘检测装置具备交窜直检测功能且现场试验正确，空开极差配置合理且试验合格，有力地维护了直流系统稳定运行的可靠性和安全性，进一步保障了变电站的安全稳定供电。

6 结论

本文针对老旧变电站直流系统存在的安全隐患，结合实际情况提出具体的改造方案。直流系统改造采用不停电方式进行，改造过程中不得导致保护、测控等装置失电或者控制回路断线，否则会导致严重后果。因此现场查勘一定要仔细，不可遗漏馈线间隔;施工方案编写时要从实际出发，需具备现场指导意义;转移负荷是重中之重，应采用辐射供电方式转接，不得串接，临时电源并接线必须紧固、接触良好;直流系统信号要尽量完善，方便后期的运行维护。实践证明，改造后系统可靠性得到大幅提升，改造经验可进一步规范作业行为，对今后的直流系统改造工程具有参考意义。

参考文献

[1]杜时光， 王长春. 220kV洼里变电站直流系统的不停电改造[J].通信电源技术. 2019， 36（01）： 75-76.

[2]王英东.尼尔基发电厂厂用220V直流系统改造[J]. 水电站机电技术. 2015， 38（09）： 63-64.

[3]吴彦利， 李乐. 宁夏侯桥330kV变电站直流系统改造方案[J].光源与照明. 2020（10）： 63-65.

[4]王梦浩. 天生桥一级水电站机组220V直流系统改造[J]. 广西水利水电. 2020（05）： 78-80.

[5]陈远军，周哲 ，赵浩标.电力变电站直流系统运行维护研究[J].电子设计工程. 2019， 27（20）： 101-105.

[6]国家电网公司.十八项电网重大反事故措施（修订版）[M]. 北京：中国电力， 2018.