浅谈变电站直流屏内的充电模块常见问题分析

徐学帅　胡勇　苏煜　熊晓川　王辉春

摘要：电力的发展为我国经济建设发展提供了有力支撑，变电站是电力行业的重要组成部分，必须加强对其的研究探究。随着以计算机技术为代表的信息技术和自动化技术的发展，大多数变电站已发展为无人值守变电站，自动化程度显著提升，为了确保其能正常运营，这也对其直流系统运行的稳定性提出了新的更高的要求。本文着重就其直流屏内充电模块展开研究，本文问题导向，提出合理化解决建议和预判装置研发建议。

关键词：变电站;直流屏内;充电模块;常见问题

引言

变电站直流屏内的充电模块是后备直流电源系统的重要组成部分，采用N+1冗余并聯工作，连续运行，除了提供充电电源，还负责常态负荷，工作状态复杂，参数要求苛刻，加之投运时间长短不一，厂家不同，散热方式有风冷、自冷，故而整个电源系统及单体模块是否正常，是保证二次系统安全的重要保障，目前常规手段仅仅是测量系统常规的稳压、稳流精度、纹波等等，无法预测充电模块的远期故障或性能，而进行提前维护、检修、更换，一旦发现故障只好厂家应急处理，必然有不短的周期造成系统冗余不足甚至失电，给电力系统造成一定的损失。

一、变电站直流系统介绍

变电站直流系统充电模块的作用是将交流电整流为直流电，所以其稳定性可靠性对于整个电力系统具有着举足轻重的作用，具体工作原理见图1所示。直流系统的能量来源主要来自于交流系统，所以要确保直流的稳定，必须首先确保交流的稳定。变电站使用直流系统主要有四个方面的比较优势：一是具有较好的电压稳定性;二是直流系统的输入除了二路交流外，还有蓄电池组提供，稳定性可靠性较好;三是如果使用交流电源，如果发生短路故障，电压会降低，电压降低则断路器不发挥作用，易引发电力事故，直流电源较好的避开这一问题;四是蓄电池组是可逆电源，使用和替换也较为方便。

二、变电站直流系统组成模块介绍

（一）充电模块

充电模块是变电站直流系统的重要组成部分，也是提供直流电源的主要设备，其主要由监控模块、仪表、连接件、直流投切开关、充电机、交流输入组件组成，充电模块的优点突出。主要有以下几点：一是稳压效果好，电流精度高;二是体积不大，运行效率较高;三是输出的谐波、纹波失真小;四是自动化程度较高。

（二）监控系统

监控系统主要发挥着管理和控制的作用，主要任务：一是对蓄电池和功能单元实施长期监测，获取各种运行状态和参数，并根据数据进行处理，并以此为基础依据实施监控;二是实现电源的全自动控制，确保安全连续性。监控系统主要区分为触摸和按键两种类型，在人机界面可以提供运行参数。

（三）绝缘监测单元

顾名思义，这是一种监测直流系统绝缘情况的系统，可实现实时监控，主要通过对地漏电阻的数据采集实施监控，数值可以具体情况具体确定，当数据值降低到设定值时，发出报警信号。目前监测单元主要区分为支路绝缘监测和母线绝缘监测两种。

以上介绍的是变电站直流系统组成的三个主要模块，除此之外，变电站直流系统还包括电池巡检单元、开关量检测单元、降压单元、配电单元等等，它们在变电站直流系统中也都发挥着各自的无可替代的作用。

三、变电站直流屏内充电模块常见问题

总所周知，变电站直流系统包含很多方面，在具体运行过程中，如果充电模块发生了故障，维护人员首先必须进行停机操作，然后进行充电硬件设备的检查检测，确认是否是硬件带来的故障，在确认不是硬件问题后，要进行相关电压电流的测试，环境温度的测试等等，直至故障被排除。具体来说有以下几种常见故障。

（一）直流系统充电模块保护

直流系统运行中出现充电模块保护现象较为常见，分析其发生主要原因：一是充电设施的欠压或过压，也有可能是环境温度过高造成，这些都有可能造成充电模块出现充电停滞情况，也极大影响了电池的安全稳定。

（二）输电压过高导致发生故障

分析直流系统发生故障情况，主要区分为两大类：一类是直流系统硬件组成部分发生故障;另一类是相关参数设置出现偏差。这两类问题均会影响直流系统的稳定性和可靠性，造成运行异常。介于此，必须高度重视充电模块中输出电压过高而导致模块发生故障。要有效解决这一故障，必须首先进行停机，然后进行相关输出指针的检测，并进行输出指针的调整。如果检测是硬件出现问题，则需要采取维修或更换的方式进行处置，最终确保电池寿命符合要求。以某发电厂2005年发生的故障为案例，根据电厂记录，该电厂的直流系统一直较为稳定，设备的可靠性和稳定性都很强，近年来电厂也进行了相关设备的更新换代，从理论上来说不应该发生此类问题。但实际情况是，该电厂启动全部应急电源后，发生了充电模块被烧坏的情形，这对主机安全运行是一个极大的安全隐患。根据调查情况分析，主要有以下几点原因：一是外部的负载不匹配，造成模块的过负荷，这是这一情况发生的主因。直流油泵和蓄电池是高频开关的主要负载，其总输出电流接近300A，远远大于额定电流200A，开关处于严重首先的负载状态，造成内部的参数也出现了偏差，参数偏差较大的被烧坏，具体如图2所示。二是具体连接点出现了氧化。

（三）模块不均流而发生故障

充电模块的不均流对于充电模块安全性会造成极大伤害，严重的甚至会影响电池使用寿命，究其原因主要：一是均流线的连接质量不过关;二是均流线未正确连接。在实际工作实践中，修理维护人员要针对这种情况进行均流线的加固连接，并以此来提升均流效果。

（四）通讯系统发生故障

通讯中断也是充电模块常见的问题之一，会给设备安全带来一定的隐患。在实际作业过程中，对于此故障的处置：一是要实施科学的参数检测;二是要对充电模块实施接地检测;三是要对模块荷载情况实施检测。对于此类问题要实施故障的排查，对运行参数进行重新校准设定，实施接地连接，优化运行荷载，确保充电模块的通讯质效。

（五）半载输出发生故障

充电模块在变电站中属于二级设备，上一级设备发生故障同样会导致充电模块发生故障，最为常见的故障就是缺相输出保护，这一情形的出现会导致输出电压不足，造成设备的低压损坏，非常不利于设备的稳定运行。处置方法：首先进行一级设备的检修，确保一级设备故障的排除;二是要確保三相电的完整性;最后实施再次开机，达到解除半载输出故障之目的。

（六）充电模块欠压而发生故障

充电模块不仅仅在电压输出过载时会发生故障，在实际运行过程中达不到设定电压也会出现输出欠压情形，这一问题较为常见，就其原因主要是硬件故障问题，参数的具体设置问题。基于此类现象分析，充电模块电压输出无法达到设定电压时，维护人员一是必须进行输出电压参数设定现状的检修维护，以此确保输出参数设定的准确性。尔后针对电压检测装置实施检修，并做出针对性的处理，根据检测中出现的具体问题，或实施检测装置的更换，或实施装置的更换，以此确保电压输出的合格性。

四、直流屏内充电模块问题处理装置的研究应用

应对这一重大隐患，急需一种在系统正常运行不停电条件下，能够快速对充电模块状态进行快速早期预判，消除隐患，提供更换依据，保证电力系统安全运行。具体来说必须达到以下指标要求：

1.该系统是一套直流屏高频整流电源故障预判装置，利用无线宽频谱接收系统分析充电模块主振频率、稳定性、谐波分量以及主开关管脉冲电流信号，预判模块工作的状态;

2.该系统搭载多重傅里叶滤波网络，可以分析直流母线交流分量占比、特性、数值，预判模块工作的状态;

3.该系统具有完善的电器隔离系统，能够保证装置的采样准确可靠而不影响主回路的电气绝缘要求;

4. 该系统可以实现内置单片机系统，建立数据库系统，能对多套直流屏高频整流电源建模，方便参数处理、对比，对维护提出科学、定量的数据;

5.该系统安全稳定，能确保作业人员及运行设备安全和节约，同时具备较强的适应性，便携性好，操作简单、连接方便、数据处理迅速。

五、结语

综上所述，本文从问题为切入点，列举了解决充电模块一般常见问题，提出了一般性解决举措，提出了实现直流屏高频整流电源故障预判的目的，主要是为了防止模块带缺陷运行，给维护、检修、更换提供合理时间，减少系统失电风险，从而更好的解决以往需停电才能检测模块的缺憾，实现在线实时检测，快速报告预判结果，不影响系统运行，安全可靠。

参考文献：

[1]张琴，洪善宁，吉宏浩.变电站直流系统的充电模块运行维护常见故障分析及处理方法[J].内江科技，2018，10：35.

[2] 田菁，严宵.变电站直流系统运行维护[J].科学咨询，2017，11：39-41.

[3] 代建国.某发电厂直流系统蓄电池充电模块故障分析及改进[J].机电技术，2019，04：43-44.

作者简介：徐学帅，男，工程师，继电保护技师，本科，云南电网有限责任公司普洱供电局，继电保护一班班长，从事继电保护运行维护管理工作。