35kV变电站直流系统运行检修及改造探讨

(国网四川省电力公司绵阳供电公司 四川 绵阳 621000)

35kV变电站直流系统运行检修及改造探讨

胡晓东

(国网四川省电力公司绵阳供电公司四川绵阳621000)

变电站直流系统为全站的保护、测量、监控、远动通讯等二次系统提供电力供应，做好直流系统运行维护工作至关重要。部分35kV变电站因建m设年代久远，存在多种隐患。本文对35kV变电站普遍存在的缺陷或故障进行分析，如家族性缺陷、降压硅链、系统接线方式、直流断路器级差配置、直流电源N-1配置、防止交流窜入直流系统等内容进行分析，并提出解决方案，以达到更高的运行安全性。

变电站直流系统；直流断路器级差配置；直流系统接线方式；降压硅链；直流电源N-1配置；交流窜入直流系统

一、引言

35kV变电站尽管在电网中并不起着枢纽作用，但是作为配电网系统的枢纽，在配电系统中起着举足轻重的作用。随着变电站综合自动化水平的不断提高，35kV变电站已经转为无人值守站，这对变电站的保护、测控等系统的稳定性有了更高的要求。变电站站用直流系统为全站的保护、测量、监控、远动通讯等二次系统提供电力供应，是二次系统维护的重中之重。

本文将以梓潼县供电公司下辖的35kV变电站为例，对35kV变电站直流系统存在的问题进行探讨，并提出合理的解决方案。较早投运的35kV交泰、金宝、许州变电站及10kV青龙开关站，经过若干次技术改造，直流充电设备均已更换为高频交直流转换电源，蓄电池也更换为阀控型密封电池，与新建35kV黎雅、自强变电站相同。

二、交流回路切换开关家族型故障

35kV变电站直流电源系统有两路交流输入，两路交流电源均来自10kV站用变，直降变处于热备用状态，当站用变交流失压，则备自投动作，投入直降变。直流电源交流输入采用交流切换开关来选择一路交流作为主用，另一路作为备用。正常运行情况下，该交流切换开关处于“自动”状态，该状态下，交流切换开关自动选择交流输入。

35kV黎雅、自强变电站为2013年新建变电站，直流系统设备为同一厂家供应，交流回路切换开关出现“自动”位置损坏情况，交流输入失电，直流系统转由蓄电池供电，只能手动将该切换开关切至交流输入1路(或2路)。一旦该故障未及时发现，蓄电池电量耗尽，全站将失去监控和保护。

三、直流回路开关选用非专用直流空气开关

(一)直流断路器简介

变电站直流断路器必须选用具有自动脱扣功能的直流专用断路器。基本要求是，当出现故障电流时，直流断路器能够迅速、可靠、且有选择性地切除故障回路，且不出现误动作、越级跳闸。

目前直流断路器主要分两种：塑壳式和框架式。框架式直流断路器保护为三段式保护：短路瞬时脱扣、短路延时脱扣、过载长延时脱扣。塑壳式为两段式保护：短路瞬时脱扣、过载长延时脱扣，不含短路延时保护。

(二)直流断路器选用

由于直流回路开关和交流回路开关的熄弧过程完全不同，因此直流回路使用交流空气开关是绝不允许的。根据国家电网《直流电源系统技术标准》5.3.2.2条款要求，“直流回路中严禁使用交流空气断路器，当使用交直流通用空气断路器时，其性能必须满足开断直流回路短路电流和动作选择性的要求”。35kV许州、金宝变电站和10kV青龙开关站直流系统均使用了施耐德交直流通用空气开关，新建35kV自强变电站事故照明空气开关也存在使用交流空气开关的情况，应逐步改造为直流专用空气开关。

直流专用空开在断开回路时，其灭弧室能产生一个与电流方向垂直的横向磁场，将直流电弧拉断。普通交流空开的灭弧机理是靠交流电流的自然过零来灭弧，而直流电流是没有自然过零点的，因此，普通交流空开不能可靠熄灭直流电弧。试验证明，额定电流相同情况下，交流空开分断能力仅为直流空开的1/8到1/5。

(三)直流断路器级差配合

直流断路器级差配合是指直流断路器上、下级额定电流的等级要至少相差4级，确保故障电流能快速、准确、可靠地切除，确保故障范围最小，即不会拒动、误动和越级跳闸。

直流断路器级差配合，首先要确定你所选择的直流断路器型号及规格。例如，北京人民电器厂生产的G型GM32系列直流断路器，电流等级为1、3、6、10、16、20、25、32、40共9个等级，如果下级直流断路器额定电流为3A，则上级直流断路器需要选择20A，使二者级差不小于4级。

四、直流系统应按电压等级设置分电屏供电方式，不应采用直流小母线供电方式

为了保证上、下级直流空气开关的级差配合，直流系统馈线屏接线方式应采用辐射状供电方式。这样接线的好处是如果直流负荷处直流空开下口故障，仅跳该直流负荷对应空气开关，或者最多跳该直流回路上一级空气开关。由于柜顶小母线接线方式下，小母线总进线断路器很难实现与下级负荷空开的级差配合，一旦出现越级跳闸造成小母线失电，由小母线供电的二次系统也将失电。另外，柜顶直流小母线裸露部分较多、连接点较多，易造成误碰或接地故障。

五、部分重要直流负荷电源配置未达到N-1标准

2013年11月，梓潼县调控中心发现无法监控到35kV金宝变电站，变电运维人员赶往该变电站，经查，站上光纤通讯装置失电，原因是为该装置供电的直流转换(DC220V/DC48V)模块跳闸。由于梓潼县供电公司下辖变电站均为无人值守变电站，通讯系统失电将导致变电站在无任何监控情况下运行，一旦发生紧急情况，后果不堪设想。

六、未配置交流窜入直流报警功能

目前包括两个新建变电站在内，直流系统绝缘监察系统尚未配置交流窜入直流报警功能。交流电窜入直流系统会造成保护装置误动，甚至大面积停电等严重后果。2011年8月19日，某330kV变电站因雨水进入断路器操作机构箱，引起220V交流电窜入直流系统，致使主变断路器非电量出口中间继电器节点受电动力影响持续抖动，引起断路器跳闸，造成该站2台主变及110kV母线失压、15座110kV变电站全停的严重停电事故。因此，变电站一定要严防交流窜入直流故障的出现。

室外机构箱内端子排因雨水渗漏、检修试验过程中因为操作失误等是导致交流窜入直流的主要原因。因此，防范交流窜入直流应该做到以下几点：

1.避免出现同一端子排上交、直流混装。交、直流电源端子严禁在同一端子排混装，端子排之间应有明显的区分且端子间绝缘良好。避免检修试验人员出现操作失误。对于室外操作机构箱，交、直流电源应避免出现在同一端子排上。交、直流电缆应分层敷设。

2.将端子箱、机构箱密封性检查纳入巡视重点。雨天因室外场地端子箱、操作机构箱密封不严导致雨水渗漏是导致交流窜入直流、直流系统接地等故障的主要原因之一。应将场地端子箱、机构箱密封性检查作为雨季巡视重点内容，并且在雨季来临前应进行一次专项检查，且作为雨后特巡的重点检查内容。

3.严格执行二次系统检修试验标准化工序卡。二次系统检修试验常常需要同时涉及到交直流端子排，因此，应制定具有指导作用的二次系统检修标准化工序卡，包含二次设备检修安全措施票及标准化工序卡，操作中加强监护，防止因误操作导致交流窜入直流或其他故障的发生。

七、结语

直流系统是保证变电站安全运行的重要组成部分，无论在正常运行还是事故情况下都应该保证变电站二次设备的供电。本文就35kV变电站直流系统存在的某些问题及如何改造进行了探讨，而确保直流系统稳定运行是一项系统性工作，贯穿于设计、施工到运维、检修等各个环节。

胡晓东(1987-)，男，工学硕士，工程师，从事配电网调控及新能源开发及并网研究工作。