山西敬天合创云能源有限公司 张双锁
变电站直流系统运行条件复杂,做好维护是保障直流系统正常运行的重要前提。根据直流系统运行特点开发监测系统,通过监测信息评价直流系统运行状态,制定维护策略,消除隐患。只有深入研究直流系统运行状态,才能够提升维护方式的可行性,取得良好的维护效果。因此,深入研究直流系统运行状态并采取维护措施具有重要意义,下文阐述具体要点,以供参考。
直流系统由充电装置模块、阀控式密封铅酸蓄电池模块、微机绝缘监测模块、配电监控模块、控制模块、降压硅链模块、整流模块、直流馈电模块、高频开关电源模块等组成,采用模块化组成方式,其系统工作流程图如图1所示。行业内,生产直流系统的厂商较多,虽然各自生产方式存在差异,但直流系统的组成以及应用原理基本一致[1]。例如,充电装置模块为负载供电和蓄电池充电,降压硅链模块将各控制分路的电压稳定在合适范围内,由电池组均衡充电。
图1 直流系统工作原理图
某地区供电公司所辖35kV 变电站50座,110kV变电站18座,220kV 变电站1座。2022年,该公司开展所辖变电站直流系统的改造升级工作,蓄电池均更新为阀控式密封铅酸蓄电池,用高频开关电源充电装置取代老式相控电源。
以110V 直流系统为例,参数定值整定见表1。根据电力系统安全运行和可靠运行的要求,设定控制母线过欠压报警值,设定时综合考虑系统是否配置降压硅链装置,以及直流负荷允许的电压波动区间。母线绝缘能力降低报警值整定77kΩ,设定单组电池的节数为N,温度补偿系数为0.003V×N/℃,以54只的电池组为例,该参数设定方式下的温度补偿系数为0.162V/℃,反映的充电机输出电压变化关系是温度每升高1℃相应降低0.162V。蓄电池定期均衡充电,保持良好工作性能。
表1 110V 直流系统参数整定表
2.2.1 日常维护
结合直流系统巡检周期,定期开展日常维护工作。维护时加强检查力度,根据检查结果判断直流系统运行状态,对故障部位采取维护措施。
一是检查各模块、监控器的参数定值,判断熔断器位置。二是检查各装置的运行状态,着重判断是否存在直流接地、报警等不利于直流系统稳定运行的情况。三是检查电流电压遥测值,对比各模块、监控器的实测值与实际值,若两者存在差异,须校准误差。四是检查充电模块风扇运行状态以及启停是否存在异常;手动、自动切换是否灵活;调压是否稳定可靠。五是检查各节电池连接是否良好,蓄电池室是否保持清洁和通风环境,蓄电池是否存在漏液、胀鼓、接线柱桩头氧化现象。六是核对直流设备信息,管理系统台账;将监控设备的操作说明粘贴至指定位置,以便运维人员根据说明开展维护工作。
2.2.2 专项维护
变电站直流系统的蓄电池是事故状态下的重要应急装置,属于专项维护的重点对象[2]。某供电公司根据行业规范,每年组织一次蓄电池核对性充放电试验,并在此期间开展直流系统中各关键设备的专项维护。
一是蓄电池核对性充放电。根据某供电公司所辖变电站的硬件配置可知,220kV 变电站的蓄电池组数量为2组,进行全容量核对性放电试验,其他备站均配置单组蓄电池,不应全容量核对性放电,且检验时不宜退出系统运行,可行方式是组织半容量核对性放电,电流采用10h 率放电电流I10。蓄电池放电期间,电压不可低于N×2V,每间隔1h 记录一次单节电压和整组电压数据,判断实测数据是否满足蓄电池放电时的电压控制要求。
蓄电池放电后,采用I10电流进行充电,以充电电流进行恒流限压充电,观测蓄电池的充电状态,实测电压值升高至均充电压整定值后,进入恒压充电阶段,若充电电流低于0.01C10A 后,延时15min或根据实际充电情况控制延时,再保持浮充运行。按照上述方法定期进行核对性充放电,能够防止蓄电池放电容量出现异常,对于保证蓄电池正常使用以及提升耐久性具有重要意义。
二是模拟接地告警试验。为判断接地检测是否正常,选取站内直流备用小开关,模拟直流一点接地。结合变电站直流系统运行状态,绝缘监测仪在馈线接地故障状态时无法显示支路名称,故障维护人员通过绝缘检测仪只能掌握接地支路数,由于故障信息有限,增加诊断和处理直流系统接地故障的难度[3]。针对该问题,在核对性充放电试验期间,以直流备用小开关所处位置为准,将检测仪显示的接地支路名称与之进行对比,根据彼此间的关系编制接地选线对照表,见表2。
表2 接地选线对照表(部分)
施工单位在直流系统改造或新站验收时,对直流系统接地故障的处理可以依据接地选线对照表高效进行,保证处理的精准性,提高处理效率。
2.2.3 蓄电池在线监测
测端电压、核对性放电等常规方法在判断蓄电池组工作状态时存在弊端,例如难以准确判断哪组蓄电池存在故障,检测的时效性差,可能引起蓄电池运行状态判断不准确、维护难度大等问题。同时,现阶段变电站以无人值守模式为主,若蓄电池组出现异常,运维人员难以及时巡视,可能因错过最佳处理时间而诱发严重危害。为提高蓄电池组运行状态的判断水平,提出在线监测应对策略,由智能电源监控系统全面监测蓄电池组,反馈被测部位的运行状态,发现问题随即报警,运维人员根据报警信息准确判断故障部位,采取处理措施,缩短故障持续时间。
直流系统故障类型包含充电机故障、监控器故障、馈线故障、熔断器故障、降压硅链故障、蓄电池电压异常等,主要涉及直流系统中各类设备的故障。在全面监测的基础上,根据监测信息判断设备故障,快速处理。监控单位监测直流系统运行状态,某部位出现故障后,随即发出“直流系统故障”信号,输出接电信号,对应光字牌点亮,故障处理人员读取监控单元的报警信息,根据信息锁定位置,确定故障类型,采取处理措施[4]。
变电站直流系统日常运行中,不同厂家提供的设备的高发故障类型有所区别,例如部分厂家的监控器经长期运行后定值漂移,引起误告警;而一些厂家的充电模块运行稳定性差,故障发生率高,难以提供充电功能。即便各类产品的故障类型和故障发生率存在区别,但处理流程基本一致,具体如图2所示。
图2 直流系统故障处理流程图
以某供电公司所辖的某变电站直流系统为例,运维人员接收系统告警信号后,随即赶赴现场,调取监控器的信息,见表3。
表3 告警信息
根据监控器显示的告警信息,初步判断为交流单元故障,综合考虑直流系统运行状态,初步确定可能存在的故障类型:交流电源电压异常、交流接触器故障、交流配电单元故障、交流运行参数错误、交流缺相等。详细检查,逐步分析,确定故障:交流欠压报警342V,交流过压报警437V,两项参数合理;用万用表测量交流输入电源电压,发现失压问题,因此将故障源初步锁定为交流输入电源故障,再逐级分析与排查,最终判断故障的原因为站用变低压总开关内部接触不良。
结合实际调查结果可知,该总开关实际处于分闸位置,看似合闸但并未维持合闸状态,针对该问题,运维人员随即处理低压总开关,告警解除,直流系统恢复正常。故障告警、分析、处理各项工作紧密衔接,对故障的响应速度快,在告警信息的指导下快速处理故障。
综上所述,变电站直流系统集各类功能模块于一体,加强监测和维护是保障直流系统正常运行的重要前提。由于变电站直流系统模块多,运维人员需要考虑各模块的运行特点,应用在线监测维护技术,发现故障后随即报警,采取维护措施。蓄电池属于变电站直流系统的重要组成部分,能够保障故障状态下对各类设备的正常供电,因此需要加大对蓄电池的运维力度,进行核对性充放电试验,检查蓄电池运行状态,2节以上蓄电池异常时,整组换新。在全面维护工作策略下,保证变电站直流系统稳定运行。