浅谈变电站直流系统的运行与维护

国网江苏省电力公司泰州供电公司 戴红波

1 直流系统的构成

220kV 某站直流系统主要由蓄电池、充电设备、直流母线及输出馈线构成，本文以变电站直流系统为例，对其运行维护展开探讨。

2 高频模块

高频模块的交流切换回路如图1所示，不同回路的功能存在一定的差别，以DZK 微机控制高频开关为例，有如下功能。

图1 高频模块交流切换回路

一是输出过电压保护：出现过电压模块自动锁死，该模块在点亮故障指示灯的同时自动退出工作，不会对系统整体的正常运转造成阻碍；二是输出限流保护：正常情况下，模块的最大输出电流小于额定电流的1.05倍，若在实际工作过程中，模块电流超出这一数值，输出电压会被自动调低；三是短路保护：模块在发现输出电路存在短路现象时，会立即将输出电压调至零，保证短路电流在限流点以下，通过这种方式可以实现模块输出功率的有效管控。在避免模块受损的同时，为故障排除后模块的正常运转提供助力；四是模块并联保护：系统模块内部均包含并联保护电路，在模块因故障而退出系统时，并联保护电路的存在使得故障模块不会对其他模块的正常工作造成影响；五是过温保护：在环境温度过高，风机停转的情况下，模块检测散热器会对模块的温度进行检测，在发现测得的温度超过75℃时，自动关闭模块，在模块温度降至65℃时，自行启动模块。

更换高频模块时，应先切断相应模块交流开关，取出故障模块，然后把完好模块推进机架，检查插好后，合上交流开关，相应模块应工作；整流模块。

有一延时启动的过程，约几秒钟；启动结束后，模块正常工作，此时绿灯亮，黄灯闪，红灯不亮。

3 直流系统的绝缘检测装置

3.1 母线监测原理

在直流系统中，对直流母线接地的检测可采用平衡电桥原理和不平衡电桥原理。平衡电桥电路如图2所示，正常工况下，直流系统正、负两极对地的绝缘电阻R3＝R4，由于装置内电阻R1=R2，因此，在由R1、R2、R3、R4构成的四臂电桥中R1R4＝R2R3，满足电桥平衡条件。A 点的电位与地电位相等，直流电压表PV 指示为零。信号继电器KS两端无电压，其不动作。

图2 平衡电桥电路

当某一极对地的绝缘电阻下降或直接接地时，R3不再等于R4，R1R4也就不等于R2R3，电桥平衡被破坏，A 点对地产生电压，信号继电器KS 动作，发出报警信号。该原理可以检测全直流系统对地绝缘状况，当发生接地时可判断出接地的极性。需要注意的是，若系统的绝缘同时下降，且两者对地电阻差距偏小时，装置检测结果的准确性将会有所降低[1]。

直流母线对地绝缘电阻分为母线正对地绝缘电阻R+和负对地绝缘电阻R-，为了解这两个绝缘电阻的具体值，需要通过设计两个不平衡电路电桥的方式，构建两组独立回路方程，在实际分析过程中，不平衡电桥电路如图3所示。当K1闭合，K2断开时，则电桥1工作，电桥2不工作，此时可以列出电桥1的电回路方程式。当K2闭合，K1断开时，则电桥2工作，电桥1不工作，可以求得R+和R-。

图3 不平衡电桥电路

正常情况下，R+与R-相同，U+与U-相同，但若发生绝缘受潮，就会有接地指示，接地相电压有所下降，非接地相电压有所提升，接地相电阻变小，若同时发生正负接地，则两相电压均会有变化，两相接地电阻也会同时变小。

3.2 支路检测原理

在检测支路的过程中，可以先将超低频信号源装入主机中，使得4Hz 的超低频信号经由母线传输至直流系统。由于母线的每个支路上均安装了交流传感器，在支路回路上有接地电阻时，支路传感器将出现感应电流，并且电流大小与支路接地电阻阻值成反比。在对感应电流进行处理后，可以利用RS485接口将其送入主机。此时，主机不仅可以有序采集各支路的传感信号，还能接收信号采集模块传输的数据信息。在完成信息处理工作后，可以将处理后的信息传输至液晶显示器与上位机[2]。

另一种支路检测原理：利用霍尔传感器。通过在系统各支路上安装霍尔电流互感器的方式，可以使支路正负线路均通过这一互感器，互感器在检测得到线上直流电流差后，即可完成相应数据检测工作。因此，不必叠加低频信号。

4 UPS 装置的运行维护

B 站UPS 装置如图4所示，其运行维护流程如下。

图4 B 站UPS 装置

4.1 UPS 启动规程

确认2台主机后方的接线（包括输入零、火位置，输出零、火位置，旁路零、火位置，直流正、负位置）的正确无误且无松动现象。确认屏柜的总交流进线零、火位置，总直流进线正、负位置的接线正确无误且无松动现象。合上旁路空开PK、1PK、2PK，合上1JK、2JK（UPS1和UPS2的交流进线空开）和1ZK、2ZK（UPS1和UPS2的直流进线空开）。送入符合UPS 的输入端要求的交直流电，合上主机后的输入整流空开5S 后，合上主机后的电池空开，合上主机后的旁路空开启动主机面板“ON”键，开启逆变器。约10s，逆变输出指示灯亮，再合上主机后的输出空开，合上逆变屏柜上的3JK、4JK（UPS1和UPS2的输出空开）。逆变屏上的负载母联空开仅在UPS1或者UPS2中的任一台出现故障时候使用，禁止随意合上。

4.2 UPS 关机规程

按主机面板“OFF”键，关闭逆变器；关闭逆变屏上的1JK、2JK（UPS1和UPS2的交流进线空开），关闭1ZK、2ZK（UPS1和UPS2的直流进线空开），关闭PK、1PK、2PK，关闭3JK、4JK（UPS1和UPS2的输出空开）。关闭主机后的电池空开，关闭主机后的主交流空开，关闭主机后旁路空开，关闭主机后的UPS 的输出空开。

4.3 UPS 维修规程

如果UPS1出现故障需要UPS2给UPS1负载供电。按主机面板“OFF”键，关闭UPS1、UPS2的逆变器，将UPS1、UPS2都切换到旁路工作状态，合上逆变屏上二段负载的母联空开ZHK，把UPS1的旁路空开1PK 断开，此时，UPS1的负载由UPS2的旁路供电。按UPS2主机面板上的“ON”键，开启UPS2的逆变器（此时必须保证所有负载不大于单机的最大容量）；断开屏柜上UPS1的1JK（交流进线空开）、1ZK（直流进线空开）、1PK（旁路空开）2JK（交流输出空开）；关闭UPS1主机后的所有空开；此时，可退出UPS1主机，进行维修。

如果UPS2出现故障需要UPS1给UPS2负载供电，按主机面板“OFF”键，关闭UPS1、UPS2的逆变器，将UPS1、UPS2都切换到旁路工作状态，合上逆变屏上二段负载的母联空开ZHK，把UPS2的旁路空开2PK 断开。按UPS1主机面板上的“ON”键，开启UPS1的逆变器（此时必须保证所有负载不大于单机的最大容量），断开屏柜上UPS2的3JK（交流进线空开）、2ZK（直流进线空开）、2PK（旁路空开）、4JK（交流输出空开），关闭UPS2主机后的所有空开。此时，可退出UPS2主机，进行维修。

5 结语

直流系统的运行状态与变电所继电保护工作质量以及自动化设备运行的稳定性之间存在着直接的联系。若直流系统出现故障，无法为设备提供正常的电力支持，整个变电所都将无法正常运转。为保证供电所运转的稳定性切实降低上述情况的出现概率，加强直流系统运转状态的监控，发现并及时解决系统存在的问题，成了推动变电站安全有序运转的关键任务之一。