变电站直流系统的设计及故障分析

李自伟

摘  要：在电力系统特别是厂站设备中，直流系统在运行中产生如果发生故障，相关的继电保护、自动化系统等二次设备就会功能失效，无法有效地监控变电站设备，更不能及时对系统故障进行反应，必然会导致严重的后果。要保证直流系统在电力系统中处于正常的运行状态，就要重视直流系统的设计工作，对运行中的故障进行分析并采取必要的措施解决。

关键词：变电站;直流系统;设计;故障

引言：

在输变电系统中，变电站作为电能汇集和分配的节点，其重要性是不言而喻的，变电站是否稳定运行，对输变电系统是否安全稳定运行具有直接的影响。直流系统作为站用电源系统最重要的组成部分，科学、合理地对系统整体结构进行设计，在满足安全、可靠的前提下兼顾多种不同运行方式，同时需要对其在运行中所产生的故障问题快速做出诊断并具有针对性地排除，这是整个电力系统能够安全稳定地运行的一个基础性条件。

一、变电站直流系统的设计

（一）变电站直流系统的组成

变电站直流系统的配置以及接线都要与变电站的规模相对应，根据电力系统的容量将接线方式确定下来。电力系统的直流系统组成，主要包括交流输入装置、蓄电池、蓄电池巡检装置以及绝缘监控装置、充电装置、母线调压装置以及直流馈线屏等。

• 变电站直流系统的设计

（1）交流输入装置。一套直流系统通常所采用的交流输入电源为两个，分为主供电源和备用电源，正常运行时主供电源供电，当主供电源发生故障失电时，由备用电源供电，主供电源故障恢复后可以自动恢复为主供电源供电，保证直流系统的交流输入部分具有高可靠性主供电源和备用电源之间的切换由专用控制电路自动完成。

（2）蓄电池组。蓄电池组由若干个电池串联而成，作用是储存电能，在直流系统两路交流电源均失电的情况下，依靠蓄电池组储存的电能，依旧能够向负载输出直流。日常的运行工作中，需要对单个电池的电压引起关注，特别是单个电池的电压值偏离整组内其它电池的电压时，可能会引发整组电池输出电压故障。

（3）充电装置。充电装置的核心是整流模块，其作用是将交流电进行整流滤波之后形成直流电，正常运行时向负载提供直流电，并对蓄电池组进行补充充电。（4）母线调压装置。直流系统中的直流母线为两种，第一种为控制母线，第二种为合闸母线。其中控制母线主要为保护装置、自动化装置等提供工作电源，还为信号回路、辅助回路等电路提供工作电源;合闸母线主要是向断路器操作机构等提供动力负荷。

（5）监控系统。监控系统包括三个组成部分：第一个为充电机监控模块;第二个为蓄电池监控模;第三个为绝缘监测装置。充电机监控模块主要作用是监控单台充电机的工作状态，确保每台充电机工作正常;蓄电池监控模主要监视蓄电池组整组电压、电流及单个电池电压、内阻和绝缘情况，并具有显示、存储、报警等功能，能够独立运行;绝缘监测装置监测直流电源系统直流母线对地绝缘状况。

（6）直流馈线屏。直流馈线屏是各路直流负载输出的装置，直流负载一般从馈线屏内的直流母线上，经空气开关送出到各个负载处。

二、变电站直流系统故障分析

（一）元件故障

直流系统运行过程中，主要元器件一般都布置于室内环境，而且相关规范对设备的运行温湿度、灰尘、机械防护等环境条件都有明确要求，所有元器件发生故障一般都是自身原因引起。比较多发生的是运行年限较久之后设备老化、性能衰退带来的故障问题，需要引起关注，比如充电机由于自身发热的原因长期运行于高温状态，如果散热问题没有妥当处置，会造成设备急剧老化，功能失效。

（二）二次回路故障

直流系统二次接线通常会受到外部环境的影响，人的操作以及设备等是重要的因素。如果气候环境恶劣，复杂的线路很有可能产生漏电的问题。不规范的人工操作也会影响直流系统的正常工作，一些线路没有准确布线，没有按照相关的规定安装直流系统的运行就会受到影响[2]。设备运行中出现的问题会导致直流系统效率效率降低，运行风险也会增加。

（三）接地故障

直流电源运行的主要的内容是直流系统绝缘监测和直流接地处理工作。直流系统的电缆线路分布比较广，当处于运行状态的时候，会受到环境因素和人为因素的影响。如果出现绝缘故障，就会出现直接接地，后果是很严重的。所以，变电站通常都会安装直流绝缘监测装置，当直流接地时能发出报警，接地故障处理更加及时。

直流电路发生单点接地的过程中，线路不能再形成完整的电路，就会导致接地故障发生，但是不会影响到继电保护装置的功能。监控系统会发出警告。如果此时系统二次接地，会出现电路两点接地的问题，出现短路，此时电源开关会断开。当开关不再有操作电源的时候，自动保护装置的二次控制回路就不能被正常电源功能。此时，需要立即采取措施将故障所在位置以及原因查明[3]。

三、变电站直流系统故障防范措施

（一）运行维护管理工作要进一步加强

在日常工作中，应加强设备的运行维护工作，对于設备容易发生故障的环节，应制定预防性措施，从源头上上进行防范，避免直流故障发生。室外设备要做好防潮工作，保证密封性良好，定期除灰，防止积水进入到设备的内部，影响设备的使用功能[4]。要安装自动防潮装置，并确保防潮装置功能运行正常，如果没有自动防潮功能，就要定期检查设备箱体，使得内部设备干燥清洁。

（二）设备配置要不断完善

整个直流系统由各设备、部件组成，设备的质量直接关乎到直流系统是否处于安全稳定的运行状态。在选择设备的时候，要从实际情况出发结合系统的运行状态，最大程度的提高设备的性能，设备的质量有所保证，使其功能优势得以充分发挥，设备的成本也会得到有效控制。在设备的配置工作中，要严格按照直流系统的运行要求执行，使其顺畅运行，不会受到故障的干扰[5]。

结束语：

直流系统故障会直接影响到电力生产的安全与稳定，采取有效的预防措施是非常必要的，这不仅涉及到技术操作和维护工作，还需要对系统的设计高度重视，对系统结构不断优化，避免系统运行中存在故障问题。在对直流系统的维护工作中，操作人员要严格按照规定执行，采用正确的操作方式，避免意外接触造成不良后果。当直流系统处于运行状态的时候，既要保证直流系统的安全稳定运行，又要保证系统的各项功能充分发挥。

参考文献：

[1] 龚成. 浅析一起变电站直流系统环网故障的查找和处理[J]. 现代制造， 2018（03）：102-103.

[2] 陈捷快. 变电站直流系统的运行维护与接地处理[J]. 科技展望， 2017， 27（06）：58-59.

[3] 张波， 张永. 500kV变电站直流系统绝缘异常分析及处理[J]. 电工技术， 2017（01）：86-88.

[4] 刘振兴. 无人值守变电站直流系统故障分析及解决措施[J]. 科技创新与应用， 2017（09）：69-70.

[5] 陈弘. 变电站直流系统接地故障处理及预控浅析[J]. 机电信息， 2018（21）：68-69.