变电站直流系统运行维护

云南电网有限责任公司玉溪供电局 邱香丽

直流系统是变电站重要组成部分，其主要任务是给继电保护装置、断路器操作及各类信号回路提供电源[1]。直流系统的正常运行与否，关系到继电保护及断路器能否正确动作，会影响变电站乃至整个电网的安全运行，直流系统是保障变电站安全运行的决定性条件之一。近年来，因直流系统故障导致设备运行异常的事故事件时有发生。

某变电站发生一起因直流蓄电池损坏导致保护装置拒动的事件。该事件中由于110kV 线路三次发生故障，第三次线路C 相接地故障，零序Ⅰ段保护动作跳开断路器，隔离C 相接地故障，重合闸动作合上断路器，之后又C 相接地短路故障，发展为AC 相接地短路故障，后加速保护未动作，未有效隔离故障，最后由主变中压侧零序保护动作跳112断路器，该事件中，由于在线路发生故障跳闸且断路器重合后，110kV 常抚铺桃线线路保护装置掉电，致使后加速保护未动作。

事件发生后，运行人员及检修人员对现场检查发现：第一，跳闸期间后台机发出“充电机柜电压异常”“充电机柜充电模块”等告警信号；第二，#2直流系统发出“单节蓄电池电压过高”告警信号，现场检查发现63号蓄电池显示电压2.56V，在现场使用万用表实际测量11.18V，其余蓄电池正常；第三，伴随110kV 线路三次跳闸，每次直流系统都产生了不同的波动，该断路器第三次跳闸时，#2直流系统电压就开始出现下降，波动范围达到7.527～241.575V，#2直流系统电压异常期间接于#2直流系统上的装置出现了异常或重启现象；第四，多套保护装置出现掉电重启信号，在跳闸后5s 内，取自#2直流系统馈线屏的保护装置均出现装置掉电重启现象。导致线路故障时部分保护拒动、部分保护误动作的情况。

针对该情况检修试验所继保人员对#2组蓄电池组的第63号蓄电池进行内阻测试，其内阻无穷大，当蓄电池内阻增大至初始内阻的1.5～1.8倍时，即可判断蓄电池寿命已终止；检查过程中还发现63号蓄电池正极板筋条腐蚀严重，且与负极柱连接处的汇流排已腐蚀断开，极群中有一部分极板不能参与放电。

导致本次事件的直接原因为：当系统发生接地故障后，站用变母线电压会下降，当站用电系统电压降到323V 以下时，会发生直流充电机欠压保护动作闭锁直流输出，此时站用直流电源系统主要依靠蓄电池组提供，直流蓄电池组存在内部故障将导致直流电压输出异常，进而引起接于该直流系统上的一次、二次设备异常或无法正常工作。间接原因为：对蓄电池的重视程度不够，该蓄电池运行年限已超过10年，未及时对该蓄电池组进行评估并更换。

1 直流系统常见故障及对电力系统的影响

直流系统常见故障有以下几种。

1.1 直流系统接地故障

由于直流系统发生一点接地时，没有形成短路回路，并不影响设备的正常运行，但如果直流系统发生一点接地后，若在同一极或者另一极发生接地，构成两点接地将对电力系统造成严重的影响，从图1可以分析出直流系统两点接地产生的危害。

图1 断路器跳闸控制回路简图

1.1.1 两点接地可能造成断路器跳闸（误动）

当直流系统接地发生在A-B 时，将电流继电器触点短接，而将出口中间继电器KC 启动， KC 触点闭合而跳闸；当直流系统接地发生在A-C 两点时短接KC 触点而跳闸。在A-D 两点，D-F 两点接地同样都能造成断路器跳闸，这样就造成了误动作。

1.1.2 两点接地可能造成断路器拒动

接地放生在B-E 两点、D-E 两点或C-E 两点断路器可能拒动。

1.1.3 两点接地可能造成熔丝熔断

当A-E 两点接地时可能造成熔丝熔断；当直流接地发生在B-E 两点和C-E 两点，保护动作时，不但断路器拒动，而且引起熔丝熔断，同时有烧毁继电器触电的可能。

1.2 蓄电池故障

变电站直流系统中常见的蓄电池故障有以下几种。

第一，蓄电池充电不足：充电器电压、电流设置过低；初充电不足；充电机故障。

第二，蓄电池过充电：充电器电压、电流设置过高；充电时间过长；频繁充电；放电量小而充电量大；充电机故障。

第三，蓄电池过放电：蓄电池充电不足而继续使用；蓄电池短路；小电流长时间放电。

第四，蓄电池短路：极板弯曲变形短路；隔板缺少或装配中破损；正极活性物质脱落、底部短路。

第五，蓄电池断路：极柱或极板组装时焊接不良；外部短路；大电流放电：连线接触不良或断开；极板腐蚀。

第六，蓄电池漏夜：槽、盖热封不良；极柱橡胶圈老化等密封不好；封口剂开裂；使用中疏忽被外力撞击。

正常运行时直流系统电源由充电机提供，但是当交流失压或一次线路故障保护动作或需要重合闸时充电机不能正常输出，此时需要蓄电池为保护装置提供电源，如果此时蓄电池故障，则会导致保护误动或拒动，从而会因直流系统故障二次扩大事故范围，影响电网的安全稳定运行[2]。

1.3 充电机故障

正常运行时变电站内的直流电源均由充电机提供，当充电机故障或直流系统进线电源故障时则由蓄电池提供，充电机常见的故障有以下几种。

第一，进线电压异常：一路电源供电时交流失压、一次线路故障保护动作跳闸后或需要重合闸导致充电机进线电压消失；两路电源供电时，当发生上述情况后，电源未能正常切换时导致进项电压消失或异常。

第二，模块故障：长期重负荷运行导致模块损坏[3]；长期运行积灰影响散热，导致温度过高故障；输出电压过高、输入过压、输入欠压、装置死机等。充电机长时间故障，蓄电池供电时间超出允许带负载的时间或者蓄电池性能不好时，则会使变电站内直流系统所供负荷（继电保护、控制、信号、自动装置及事故照明等）失去电压，影响电力系统的安全稳定运行。

2 减少直流系统蓄电池故障的防范措施

鉴于蓄电池故障对直流系统的影响，对蓄电池的重视程度及敏感度应有所提高，现提出几条减少蓄电池故障的防范措施。

2.1 220kV及以上变电站直流系统蓄电池组加装续流装置

由于蓄电池本身的质量问题和传统测量电压的方法，难以确认蓄电池的好坏及运维不及时、不全面，大部分蓄电池在运行一定年限后就会出现问题，存在开路的风险，一旦发生事故，而蓄电池又不能正常供电，其后果较为严重，当蓄电池组任意节电池在事故期间发生开路，将导致保护装置等设备拒动，严重威胁电网安全运行[4]。

针对此问题，在直流系统中加装蓄电池开路续流装置，作为蓄电池开路的自动保护，该装置通过蓄电池开路时的蓄电池内阻、端电压、充放电电流、续流二极管导通情况等，判断该蓄电池是否存在开路[5]，如存在开路情况通过保护装置闭合继电器短接该开路蓄电池，保证整组蓄电的正常运行，从而保证电力系统的安全稳定运行。

2.2 对服役时间不同的蓄电池组区别对待

运行8年及以上的蓄电池组，应结合上次容量测试结果及设备状态评价综合考虑，宜逐步更换整组蓄电池。运行达10年及以上的蓄电池组，必须更换，更换后的蓄电池组应满足各类反措要求。如果变电站配置有两组蓄电池，必须满足两组蓄电池为不同厂家。

应对直流电源系统中绝缘性能老化、控制失灵、参数误差严重超标、异常和故障频繁、技术性能落后、不能保证正常运行且无修复价值的充电模块、微机监控器、绝缘监测装置等进行技术改造或更换[6]。

2.3 严格按要求对直流系统开展运维

2.3.1 按巡维周期开展巡维工作

变电运行人员应按巡维周期开展巡维工作，分为日常巡维、动态巡维。日常巡维按照直流电源系统设备管控等级实行分级管控，包括日常巡视、简单维护，动态巡维按照触发类别和触发条件启动。主要维护项目如下。

第一，运行环境：日常巡维工作中应开展直流充电模块、蓄电池组、屏柜端子等设备清洁维护工作，确保运行环境条件良好。

第二，测温：按照日常巡维周期要求定期用红外成像仪进行测温，检查直流系统的关键点、关键装置，包含并不限于电源点进线开关、汇流母排、馈线电缆接线处、充电装置本体，以及蓄电池外壳与极柱等的温度有无异常。

第三，蓄电池单只电压测量：定期开展蓄电池单只电压测量，并做好记录；每季度断开一次充电机交流电，开展蓄电池单只电压检测并记录，检测完成后及时恢复充电机交流电源。对端电压异常的蓄电池，须进一步开展内阻测试，如有异常，应及时通知检修人员处理。

第四，回路切换试验：每季度开展一次直流系统交流电源切换试验、UPS 电源切换试验，保证切换回路正常。

第五，内阻测试：对未列入年度检修计划的蓄电池每年开展1次内阻测试工作，若发现蓄电池内阻异常，应将结果以缺陷形式输出到变电修试所做进一步检测分析和处理。

日常的巡视维护工作中，必须保证直流系统的母线上有一组蓄电池在工作，如确需退出全部蓄电池开展相关工作，应接入备用蓄电池后方可开展相关工作。

2.3.2 直流系统的操作注意事项

第一，正常运行方式下不允许两段直流母线长时间并列运行，并列运行包括两套或更多直流充电机、蓄电池组运行在同一段母线上。倒闸操作中允许两套直流系统短时并列，操作前应检查双套系统电压极性一致，且电压差小于2%额定直流电压后方可继续操作。

第二，两段直流母线并列时，为防止压差过大引发直流电压波动，甚至发生短路，应在并列前用万用表直流电压档，测量两段直流母线电压差少于2%额定电压，原则上不大于5V。

第三，在充电机组、蓄电池组退出后再次投入时，应确保保险完好闭合，并使用合格万用表的直流电压档，测量保险的上下两端电位，在确保压差为0的情况下，再开展相关操作，投入后应检查充电机、蓄电池的运行状态。

第四，在操作中应关注充电机和蓄电池组保险接触的可靠性，避免因保险损坏或接触不良导致充电机、蓄电池不能正常运行。

3 结语

通过从直流系统蓄电池故障引起的保护拒动事件出发，分析直流系统在电网中的常见故障及影响，基于蓄电池在直流系统中的地位，考虑蓄电池故障给电力系统带来的影响，提出减少直流系统蓄电池故障的防范措施，从而提高电力系统的安全稳定运行。