直流系统配置分析

罗玉平

(铜陵供电公司，安徽铜陵 244000)

1 概述

直流系统应能保证在任何事故情况下，都能可靠和不间断地向其用电设备供电。在一个变电站内，直流系统至关重要，直流系统可靠与否直接关系着变电站的安全运行。直流系统的主要负荷有：继电保护、自动化装置、信号设备、通信系统、开关电器操作、直流动力负荷、事故照明等［1］。

直流系统在正常运行时，充电装置承担负荷电流，同时向蓄电池组充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用状态。在系统发生故障，站用电中断的情况下，蓄电池组发挥其独立电源的作用，向继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信、事故照明等装置提供工作直流电源。

2 直流系统构造

变电站的直流系统多数由蓄电池、高频开关充电装置、合闸电源网络、控制电源网络等组成。变电站直流系统正常情况下由站用电系统通过高频充电装置对蓄电池进行浮充，同时为变电站合闸电源、控制电源以及其他直流负荷提供可靠电源。直流系统是变电站电气设备、继电保护、远动、通信装置等设备正常工作的主要电源，高压断路器、隔离开关的控制操作和信号传输都离不开直流电源。直流系统故障危害性较大，可能造成严重后果，如高压断路器等一次设备不能正确分合。继电保护、自动装置、控制回路直流失电可能导致保护误动、拒动或者退出正常运行，给电力系统安全运行构成威胁。

直流系统一旦投入运行，很难有机会可以全部停下来检修，因此需要考虑运行中设备维修和故障处理的需求，通常220 kV变电站一般采用控制母线与合闸母线合一的单母线分段接线方式，110 kV变电站一般采用单母线接线方式。而220 kV及以下变电站直流系统多采用辐射形网络供电方式，它一般由高频开关模块、阀控式密封铅酸蓄电池、充电机等几个部分组成［2］。其结构如图1所示。

图1 直流系统结构图

笔者所辖的某变电站是1983年投运的老变电站，该变电站有两台所用变，直流系统由两组蓄电池组成，每组103只电池，3个充电机，即所谓的两电三充模式。该模式的工作方式是正常情况下，若选用Ⅰ电源工作、Ⅱ电源备用的所用变工作模式，此时由Ⅰ号电源分别向3组充电模块提供工作电源。正常情况下，整个交流系统被分为没有电气联系的两部分，Ⅰ充电模块带Ⅰ段直流母线及Ⅰ蓄电池运行;Ⅱ充电模块带Ⅱ段直流母线及Ⅱ蓄电池运行。由Ⅰ，Ⅱ充电模块分别完成Ⅰ，Ⅱ蓄电池的浮充、均充的运行全过程。当Ⅰ充电模块故障时，Ⅲ充电模块带Ⅰ母及Ⅰ蓄电池运行，当Ⅱ充电模块故障时，Ⅲ充电模块带Ⅱ母及Ⅱ蓄电池运行。

当Ⅰ充电模块及Ⅲ充电模块同时故障时，电动联络开关自动投入运行，此时Ⅱ充电模块通过向Ⅰ控制母线及蓄电池供电，当Ⅱ充电模块与Ⅲ充电模块同时发生故障时，则Ⅰ充电模块向Ⅱ控制母线及蓄电池供电。当Ⅰ充电模块与Ⅱ充电模块同时故障时，Ⅲ充电模块单机运行，两组电池处于并列运行状态。当所用电失去或充电机全部发生故障时，两组电池对系统进行反充电，作为备用直流电源，为直流系统提供电源。

2.1 直流系统长期工作电压

220 kV变电站的直流系统大多数选用110 V或220 V作为额定电压。额定电压的选择依据一般是综合考虑受控设备的范围、断路器操作机构类型、变电站的布置方式和规模等几个要素。下面以铜陵供电公司某220 kV变电站为例来进行说明，该站断路器操作机构为电磁型，站内配备有2组蓄电池组，该变电站是地区电网的重要一环，故直流系统额定电压选择为220 V［3］。

2.2 直流系统供电方式

220 kV变电站直流系统普遍采用的供电方式有环形供电和辐射供电两种。老式220 kV变电站一般采用的是环形供电形式，即在保护室内保护屏顶设有控制和动力小母线，各直流负荷间采用环形供电网络，每个环间负荷直接接到两段小母线上。2005年国网公司下发的十八项反措明确规定“新、扩建或改造的变电站直流系统应采用辐射状供电方式，不应采用环状供电方式”。辐射状供电方式一般控制回路、保护装置和信号回路的直流电源都要禁止环网的存在，如果原来环网供电的也要随双套直流改造而解除环网。

2.3 蓄电池组

为保证变电站直流系统的安全可靠运行，直流系统通常至少装设两组蓄电池，目前，多数变电站直流系统采用阀控式密封铅酸蓄电池。若按1 h事故放电时间来考虑蓄电池容量，充电装置容量、蓄电池个数及容量应根据变电站规模、直流系统运行方式和直流负荷等相关情况来确定。每组蓄电池均应设有专用的试验放电回路，不定期进行蓄电池检测，及时发现老化电池并予以调整。通过及时维护和管理可提高电池寿命，确保系统高效安全运行。

2.4 高频开关

目前，高频开关是直流电源系统重要的元件之一，亦是保证蓄电池可靠工作的主要设备。高频开关装置已经实现了微机控制方式，即可以在线监测蓄电池的实际工作状态和蓄电池充放电电流及方向、蓄电池电压、充放电时间、蓄电池温度计自放电状况等数据。这样就能综合判断整流元件的工作状态来实现恒流、恒压、均充、浮充的自动转换，并且还具有温度补偿等功能。220 kV变电站直流系统通常配备有两套高频开关，互为备用以提高直流系统的安全可靠性。

2.5 绝缘监测和电压监视装置

直流系统发生一点接地绝缘故障时，不会对系统构成危害。但是，如果同时再出现另一点接地，构成两点接地故障时，则可能造成继电保护、信号、综合自动化装置拒动或误动，或造成直流熔断器熔断，使继电保护、控制回路及自动装置等失去电源。在复杂的保护回路中，如果同极两点接地还可能导致一些继电器短接，引起开关拒动，造成越级跳闸［4］。为了监视直流系统的运行状况，防止由于直流系统两点接地而引起的严重后果，必须在直流系统中装设能够连续工作且足够灵敏的绝缘监察装置。它能在线监测直流系统的绝缘情况，当系统绝缘下降或者有接地故障时，它不但能发出告警信号还能帮助运行人员缩短查找系统故障地点的时间。

3 直流系统配置实例

以笔者所管辖的一个220 kV变电站为例，该站有主变两台，容量分别是120 MVA和150 MVA，该变电站的直流系统采用深圳奥特讯公司生产的充电机及直流系统屏柜，其额定电压为220 V，直流系统采用单母线分段的接线方式，由两组充电机和两组蓄电池组成。一段母线上有一组蓄电池和一套高频开关电源，并通过熔断器和刀闸接入充电母线。第1台充电机接于Ⅰ段母线，对第1组蓄电池进行充电;第2台充电机接于Ⅱ段母线，对第2组蓄电池进行充电;第3台充电机通过切换，可以带Ⅰ段或Ⅱ段直流母线，也可单独对第1组或第2组蓄电池进行充电。正常情况下第3台充电机备用，当其他充电机故障后，第3台充电机投入。正常运行方式为：Ⅰ，Ⅱ段母线联络刀闸在分位，两段母线分别以单母线方式运行，保护室设两个直流分屏，Ⅰ段直流主屏供各个屏柜的分屏，Ⅱ段直流主屏供各个保护装置的分屏，且主屏跟每个分屏之间均有两根联络电缆，通过两个进线开关接入分屏，以保证供电可靠性。直流系统配置图如图2所示。

图2 直流系统配制图

4 结语

随着变电站设备自动化程度的不断提高，直流系统作为变电站的重要组成部分，其监控和保护的作用亦显得更为重要。因此在变电站中对于直流系统除了要加强巡视，更需要合理设计运行方式以保证直流系统的可靠、稳定运行。

［1］ 朱洪亮，柴兴林.从几个角度探讨220 kV及以下变电所直流系统的设计［J］.工程技术，2010(12)：207.

［2］ 廖良勇.发电厂直流系统的运行方式与维护［J］.电力系统自动化，2010(12)：34-36.

［3］ 于凤霞.直流系统在220 kV变电站中的应用［J］.电站系统工程，2010，26(4)：70-72.

［4］ 卢永刚.对直流系统接地故障的分析与处理［J］.科学时代，2010(7)：41-42.