大源渡水电站直流系统的运行与维护探讨

邓朝君

(大源渡航电枢纽管理处，湖南 衡阳 421412)

大源渡水电站位于湘江干流湖南省衡山县境内，总装机容量130 MW。电站直流系统采用单母线分段接线方式，电压为220 V。直流系统作为电站的控制、信号、保护、自动装置、事故照明、直流油泵及交流不停电电源装置等的用电电源，在电站具有极其重要的作用。直流系统的可靠性、安全性直接影响到电站的安全生产，因此，对其运行与维护进行研究探讨具有重要的意义。

1 直流系统的组成和运行方式

1.1 直流系统的组成

大源渡水电站直流系统的组成如图1 所示。

(1)2 组220 V、300 A·h 的蓄电池(德国阳光牌A600 系列dryfit 免维护全密封铅酸蓄电池，每组103 个)。

(2)380 V 交流电源进线屏(交流电源分别取自400 V 厂用Ⅰ，Ⅱ段母线抽屉开关6D-04 和14D-02)。

(3)高频整流充电装置2 组(每段母线配置1组，各由6 个智能高频开关电源模块ATC 230 M 10 Ⅲ并列运行，交流输入为380 V，50 Hz，标称输出为220 V，10 A×6）。其功能为：稳定的直流输出；均/浮充电压、电流设置；均/浮充转换，开关机控制；自主均流功能等。

(4)直流馈线屏2 面(每面配置48 个直流负荷空气开关)。

(5)集中监控器JKQ-3000B，通过分散控制方式，对直流系统的高频整流充电装置、蓄电池组、直流母线、绝缘监测装置等进行实时监控，并完成与电站上位机的通信，实现电站中控室运行人员对直流系统的遥信、遥测功能。

(6)微机绝缘监测仪WJY3000A，在线监测正、负直流母线的对地电压，通过对地电压计算出正、负母线对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定的报警定值(<70 kΩ)时，自动启动支路巡检功能。支路漏电检测采用直流有源TA，不需要向母线注入信号。每个TA 内含CPU，被检信号直接在TA 内部转换为数字信号，由CPU 通过串行口上传至绝缘监测仪主机。

图1 直流系统组成示意

1.2 直流系统的运行方式

正常运行时，2 段母线分段运行，母联开关(8ZK)在“断开”位置，直流负荷由每段母线的高频整流充电装置各自供电，并对各侧的蓄电池组浮充电。当一侧交流失电或该段高频整流充电装置退出运行时，将母联开关(8ZK)合上，由另一段高频整流充电装置承担全厂直流负荷，并对2 段蓄电池浮充电。

2 直流系统接地的危害及处理

2.1 直流接地的危害

当直流系统发生一点接地时，可能引起保护误动作；而由一点接地故障发展成两点接地故障时，可能构成接地短路，导致继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或者造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。在复杂的保护回路中同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能动作于跳闸，致使越级跳闸。因此，直流接地会威胁电站及电网的安全运行，甚至造成重大事故。2010-08-01，电站0 号机组电压互感器柜+AK3-3G024 PT 智能操控装置烧坏，引起直流接地，致使当时处于运行状态的1 号、4 号机组因直流接地引起机组安全模块相关通道误动作，导致停机，其他处于停机状态的2 号、3 号机组也误发了许多告警、跳闸信号。因此，当直流系统发生接地故障时，应迅速处理，防止由此而引发事故。

2.2 直流接地处理原则

当中控室上位机发“直流系统Ⅰ/Ⅱ段接地故障”信号时，工作人员应检查直流系统绝缘监测仪，确定哪段直流发生接地故障，并读出接地故障回路号；同时，判断接地故障为瞬间接地故障还是永久性接地故障。查找和处理直流接地故障时，应预先做好周密的安全措施，防止继电保护和安全自动装置误动作。

查找永久性接地故障时，要根据负荷情况，分析回路是否允许短时断电。对于可短时断电的回路，如拉开此回路直流空气开关时接地故障马上消失，合上后接地故障又出现，便可确定接地故障发生在此回路上，应进一步检查此回路的各个支路负荷，找出并消除接地故障。对于不能短时断电的回路，应将设备解列，做好必要的安全措施，进一步排查。

日常工作中，一般采用万用表来查找直流接地故障。先假设直流正极接地，当用万用表测量该故障回路时，其正极对地电压应在110 V 以下，将该回路所带支路负荷逐路解开，同时监视正极对地电压的变化：

(1)若在解开某一支路负荷时电压值有变化，则该支路负荷回路一定存在接地故障。此时，不管正极对地电压怎么变化，哪怕是直流接地由正接地变为负接地，都应牢牢抓住该支路负荷不放;

(2)若正极对地电压暂时恢复正常，说明该支路暂时没有与负极连成回路，也就是说该回路继电器或线圈等负载经一些接点断开未形成回路(如图2(a)所示);

(3)若直流接地由正接地变为负接地，说明该回路此时与负极连成回路，也就是说该回路某些继电器或线圈等负载通过闭合接点励磁，此时应重点查找励磁的继电器及线圈回路(如图2(b)所示)。这一点在现场直流系统接地故障查找中十分重要，工作人员应引起重视。

当直流接地故障发生在蓄电池、整流充电装置或直流母线处时，用万用表测量直流屏整流充电装置输出的正极对地电压为110 V 以下，瞬时断开高频整流充电装置的直流输出开关(3ZK 或4ZK)，若所测电压明显上升，说明接地点在整流充电装置；若所测电压值无变化，说明接地点在直流母线或蓄电池室，应对屏内设备及蓄电池做仔细检查。

图2 继电器或线圈回路

对于频繁发生的瞬间直流接地故障，查找起来相对较难一点。此时应重点注意电站中易受油、水、粉尘等影响的运行设备，并结合当时操作情况、设备运行情况以及天气情况进行综合分析，从设备运行状态的变化中寻找蛛丝马迹，进而找到接地点并进行彻底处理。

2.3 直流接地处理实例

自1998年投产发电以来，大源渡水电站发生的具有代表性的直流接地故障实例如下。

(1)1 号主变低压侧电动刀闸3101 操作机构箱因进水发生霉变，直流系统频发瞬间接地故障，同时监控画面上3101 电动刀闸的位置信号指示频繁变化。处理此故障，需将一次设备停电，做好相应安全措施。将该刀闸的辅助接点进行打磨处理后，恢复送电，故障消除；同时对刀闸柜顶进行防水处理，杜绝雨水的渗入。

(2)3 号机组直流轴承油泵风扇电机碳刷磨损产生的碳粉过多，每次直流轴承油泵启动时频发直流瞬间接地故障。后来对每台机组所有直流油泵风扇电机碳刷进行检查，并定期清理碳粉，未再出现此类故障。

(3)因I 段蓄电池组78 号、96 号蓄电池少量漏液并夹杂灰尘，引起直流I 段瞬间接地故障。排查这一故障时，费了不少力，最后锁定接地点在蓄电池处。为杜绝此类故障的再次发生，工作人员定期清扫蓄电池室及单个蓄电池。

(4)电站投产初期，在进行厂用电源倒闸操作时总出现事故照明回路直流负极接地故障。该电站事故照明电源由2 段组成，各段均有互为备用的交、直流2 路电源。正常运行时由400 V 厂用交流供电，当交流失压时，自动切换到直流电源。现以事故照明电源Ⅰ段为例说明此故障，见图3。

其中，400 V 零线N 和直流负电源分别经KM2，KM4 的接点11－22 接入事故照明母线N 线。经检查，施工单位误将KM2 的11 与KM4 的11直接相连。当事故照明由交流切换至直流时，直流负极通过400 V 交流N 线接地而报警。纠正接线后此故障消除。

图3 400 V 厂用事故照明电源Ⅰ段示意

3 直流系统的改进措施及存在问题

大源渡水电站自1998年投产发电以来，直流系统运行情况整体较好，但也存在一些问题。近几年来，随着技术改造和运行维护管理工作的不断加强和深入，许多问题都已得到解决，但还有一些迫切需要解决的问题。

3.1 设备更新升级

直流馈线柜内的负荷开关原为交流空气开关，没有采用具有自动脱扣功能的直流空气开关，这对该电站的安全运行乃至电网的安全都是极大的隐患。电站于2009年底将原2 面直流馈线屏柜进行了整体更换，2×48 个负荷开关分别更换成相应的20 A，32 A，63 A，100 A 的具有自动脱扣功能的直流空气开关。2×48 个支路绝缘监测电流变送器升级为TA-3000A，微机绝缘监测仪升级为WJY3000A；集控器升级为JKQ-3000B；充电整流模块升级为型号ATC 230 M 10 Ⅲ智能高频开关电源模块。

3.2 加强运行维护管理

该电站蓄电池已运行13年，亟需加强对蓄电池的运行维护管理，现已采取如下措施。

(1)蓄电池的运行方式严格按照集控器JKQ-3000B 设定的程序进行。正常情况下蓄电池处于浮充电状态，当浮充运行时间至整定值(2 160 h 即3个月)，蓄电池由浮充电转均充电运行；当电站交流电源持续中断10 min 以上或者蓄电池放电剩余容量小于80 %时，蓄电池进入均充电运行。集控器内经调试整定好的参数非授权人员不得修改。

(2)蓄电池单个电压每月测量1 次；每月对蓄电池室及每个蓄电池进行清扫，保持蓄电池的清洁、干燥；保持蓄电池室的环境温度在22～25 ℃之间。

(3)每年做1 次核对性放电试验，确切掌握蓄电池的容量。在做放电试验时，在设置的放电时间内若有单体电池电压低于1.8 V，应立即终止此电池放电，并采取必要的处理措施。放电结束后应将蓄电池组均充电。

(4)运行人员每天巡视蓄电池1 次，主要检查蓄电池各连接是否牢固、可靠，单体电池有无漏液，温度是否正常，排气阀工作是否正常，室内通风情况等。

(5)电站于2010年测试了蓄电池内阻，其数据均在0.4 mΩ 以下(参考值：300 A·h 的蓄电池其内阻≤0.4 mΩ)。鉴于电站蓄电池已运行13年，建议电站购买内阻测试仪，每月进行一次内阻测试，并与历史数据进行分析比较，实时掌握蓄电池的运行状态。

3.3 分级配置急待解决

该电站直流系统各直流自动空气开关未全面实行分级配置，基本上只设了2 级。第1 级是中控室直流馈线屏内直流负荷开关，第2 级空气开关设置在现场各屏柜内，由此空气开关引出的直流正负极电源接至屏柜端子排上，由其控制的诸多直流支路负荷基本上是从端子排上并接电源，并没有分设相应的直流空气开关。

直流空气开关未分级配置，存在很大安全隐患。当直流支路短路故障跳开第2 级空气开关时，会引起与其并联的支路全部失去直流电源，造成严重后果。要按照选择性的原则，彻底解决直流自动空气开关分级配置问题，并非易事。目前该电站已开始着手进行这方面的工作，但必须加快实施进度，尽早解决这一遗留问题，消除安全隐患。

4 结束语

直流系统作为水电站的重要组成部分，关系到电站及电网的安全与可靠运行。在保证直流系统最大供电可靠性的原则下，应根据电站的实际情况，消除直流系统安全隐患，制定并切实执行直流系统运行与维护制度，不断提高电站直流系统运行、维护管理水平，及时、安全地查找和处理直流接地故障，确保直流系统安全、可靠运行。