鹅城换流站低压直流系统现状分析及改进措施

代文良，谢智浩，毛学兰，黄蓉，刘艳

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410004)

直流换流站的运行依赖于它的控制系统，为控制系统提供电源的低压直流系统至关重要〔1〕，这就对换流站直流电源系统的维护提出了更高的要求，通过2013年鹅城换流站的年度检修，全面了解了直流电源系统的现状及存在的问题，并提出了改进的措施。

1 低压直流系统配置

1.1 110 V直流系统

110 V蓄电池系统用于给设备提供直流电源，如控制和保护系统、直流场设备 (如:断路器、隔离开关、接地刀闸)电机和阀厅接地刀闸电机等。鹅城换流站配置有5套110 V直流蓄电池系统，即站公用设备1套，直流系统2个极各配置1套，2个继电器室各配置1套。每套直流系统包括2组蓄电池、3组充电机及相应直流屏等。5套110 V直流系统配置相同。

110 V直流系统每段母线接1组蓄电池和1组充电机，同时2组蓄电池还公用1组备用充电机。

1.2 48 V直流系统

48 V直流系统用于给通讯系统供电。包含2组蓄电池，2面充电柜和1面馈电柜。

1.3 蓄电池监视系统

蓄电池监视系统可以在线自动监测单体电池电压、电池组组端电压、充放电电流和温度，可记录电池充放电过程每一瞬间的变化，保证对电池运行的准确判断。蓄电池监视系统可以实现电压超限、温度超限、电压均差值超限等报警。

1.4 不间断电源系统

不间断电源系统 (UPS)用于给重要的交流负荷如计算机、监视器、打印机等供电。本站配置:站公共设备2套，2个继电器室各2套。

2 低压直流系统现状

缺陷设备的具体描述及处理情况:

1)-48 V通讯电源Ⅰ，Ⅱ组蓄电池组中35%的电池出现了极柱腐蚀生盐的现象，浮充电压和内阻均有超标现象，电池内组在500～3 500 mΩ之间，特别是Ⅱ组#3电池浮充电压在1.47 V，内阻已达3 500 mΩ。

处理情况:①为保证蓄电池继续运行，在清扫、紧固螺丝后涂抹适量凡士林，将Ⅱ组蓄电池组中#3和Ⅰ组蓄电池组中内阻最大的电池#18拆除，母线电压由54 V降低至52 V运行。②2013年进行技改。

2)继电器1室I组#28电池放出224.9 Ah，电池容量为74.96%，Ⅱ组#54电池放出233.2 Ah，电池容量为77.7%，2只电池均不合格。

处理情况:①将I组1只合格电池与Ⅱ组#54调换，保证Ⅱ组蓄电池合格;同时将Ⅱ组#54及1只新备用电池调入I组再次进行放电试验，#54放电时间7 h 24 min，只放出容量73.6%，#28放电容量为73.8%，均不合格，由于只有1只备用电池，考虑到I组#28内阻较大，而Ⅱ组#54与平均值接近，因此将I组#28电池更换。②选出4只放电终止时电压较低的电池，在继电器2室蓄电池进行技改时一并更换。

3)站公用Ⅱ组#10电池放电时间7 h 56 min，放电容量637.2 Ah，占总容量的79.6%。

处理情况:由于#10电池放电容量接近80%，建议2014年进行容量试验后决定是否进行更换。

4)继电器2室I，Ⅱ组蓄电池均出现多个极柱凸起现象，已准备2013年进行技改。

5)站公用EC充电屏#1充电模块故障，已更换。

6)站公用高特智能蓄电池监测系统监控器故障，无法进行放电试验。

处理情况:已将继电器2室高特监控器更换至站公用，故障监控器由厂家进行返厂维修。

3 当充电方式和改进措施

如上所述，蓄电池存在较大的问题，特别是110 V蓄电池，虽然5套蓄电池为同一品牌，同时投运，但是继电器1室、继电器2室、站公用蓄电池都出现了问题，而极Ⅰ和极Ⅱ蓄电池仍然运行良好。分析认为，这种状况是由于充电机无限流功能且现有充电方式不当造成的。

鹅城换流站使用的是德国北宁的充电机，不具备限流功能，不同直流单元蓄电池容量不同，使用的充电机功率也不同，具体情况见表1。

表1 不同直流单元蓄电池容量和充电机型号

之前，蓄电池深度放电后进行充电时，采用直接均充的方式，即将充电电压调至127.1 V进行充电，由于深度放电后的蓄电池组端电压处于较低的水平 (102 V左右)，较大的压差使初始充电电流很大，充电机通常工作在满负荷状态，减去负荷电流后，这种充电模式下各组蓄电池承受的最大充电电流见表2。

蓄电池在充电过程中，最大电流不能超过1.5I10。否则可能对电池造成损害〔3〕，继1、继2、站公用蓄电池的充电电流严重超标，极Ⅰ、极Ⅱ蓄电池充电电流虽然超标但由于超出量较小，对蓄电池产生的影响也较小。

表2 不同直流单元蓄电池承受的最大充电电流

阀控密封铅酸蓄电池壳体变形，一般充电电流过大、充电电压超过了2.4 V×N、内部有短路或局部放电、温升超标、安全阀动作失灵等原因造成内部压力升高〔4，5〕。各直流单元的充电电压都符合要求，温度在正常范围内，安全阀正常，同时多个蓄电池发生内部短路的概率很小，所以继电器2室蓄电池出现大量极柱凸起现象与充电电流过大有重要关系。

改进措施:充电时将浮充电压调至最低值115 V，之后逐步调高充电电压，使充电电流始终低于1.5I10。在浮充电压121 V，电流小于0.1I10时，将充电方式转至均充，3 h后转至浮充。

4 总结

鹅城换流站低压直流系统中，蓄电池问题较多，已安排2013年进行技改。充电机、馈电柜、UPS运行良好，故障较少;通过改进充电方式，可将蓄电池充电电流限制在允许的最大充电电流之内，减小对蓄电池的影响，延长蓄电池的寿命，提高直流系统维护水平。

〔1〕刘森，张海凤，李书勇.广州换流站直流电源系统的改造设计与实施〔J〕.电力系统保护与控制，2009，37(9):49-52.

〔2〕国家电网公司运行分公司.鹅城换流站运行规程〔S〕.

〔3〕德国霍克.SuperSafe_OPzV系列蓄电池维护手册〔S〕.

〔4〕国家电网公司.直流电源系统管理规范〔S〕.北京:中国电力出版社.2009.

〔5〕闫晓丽.变电站直流系统运行维护及故障处理〔J〕.电气时代，2010(12):80-81.