摘要：作为变电站重要组成部分的变电站直流系统，其稳定性、安全性和可靠性是尤为重要的，随着我国电力技术的迅速发展，电力需求的逐年增加，传统的变电站直流系统已经无法满足电网的发展需求，急需采取经济、科学的策略对其进行改造，本文对变电站直流系统的改进策略进行如下论述。
关键词：变电站直流系统；存在问题；改进策略
直流系统供计算机监控、控制信号、继电保护以及开关动力电源等直流负荷。安全运行的直流系统是确保变电站和发电厂运行的条件之一。因此，有人将直流系统比作变电站和发电厂的中枢神经，因此，提高变电站直流系统的安全性，防患于未然，是非常重要的。
1 变电站直流系统改进中存在的问题
随着我国电力系统的快速发展，有很多110kV常规的变电站已经改进为自动化的变电站，并已经实现了无人值班。此时原有的直流系统中如体积过大、功率因素低、发热量大等缺陷已无法适应电网发展的新要求。因此，需对此进行改进。传统变电站直流系统主要表现为以下几方面问题。
（1）绝缘监察装置动作灵敏度较低。传统的变电站直流系统使用的是电磁式绝缘监察装置，此装置可以正确反映出直流系统和单极明显的接地状况，但是无法反映出真实的接地回路状况。
（2）工作母线结构复杂。控制屏中的母线是水平放置在屏的中部，根据信号和控制的音响需求，在屏顶部会设置多根小母线，当设备出现接触不良等问题时，经常由于设备的间距过小和结构复杂，而导致出现的问题很难解决。
（3）灯管信号和仪表难以维护。在传统的直流屏中，在屏的正面没有采用活动门形式，这样被装置在屏面上的信号和仪表设备经常在损坏后无法更换。
（4）无法提供微机与数据通讯接口进行联接。一是，在直流改造过程中，要求新的直流屏不允许带电就位、旧的直流屏不允许带电移出，无法保证人员和设备的安全。新、旧直流屏电路的割接十分困难，在将旧屏转换为新屏时，如何保护开关操作和继电保护所需直流电源的安全可靠，成为110kV变电站直流系统改进中急需解决的重要问题。二是，在更换过程中如果发生接地、短路和断线情况，都可能会造成保护装置拒动或误动，导致大面积停电，严重的甚至会造成电网事故。为确保供电的安全性，需要在不停电的情况下对直流系统进行更换，换言之也就是在全站不失去直流电源情况下进行更换。三是，在服役时间相对较长的变电站中，通常服役时间较长的有铅酸蓄电池和碱性蓄电池组，其已无法适应电力系统中继电保护装置对直流电源的安全和技术要求，应将其更换为微机控制智能型的蓄电池。
2 变电站直流系统运行分析
2.1 变电站交流系统和接地网直流系统的影响
在运行过程中，变电站的交流配电380V/220V电源的电压是相对较高的，导致充电机的电源电压质量严重不合格，其控制回路的变压器电压的宽度不够，参数失真。另外，变电站的接地网和站用变接零不符合规定要求，导致低压380V中性点的位移，存在隐患导致事故发生。
2.2 由于熔断器无选择熔断，造成系统内事故的扩大
（1）某220kV的变电站，主控光子和信号指示灯出现异常，发出保护失电和高频保护失电的信号。直流母线中存在交流分量57V，经过检查蓄电池出口熔断器的出线197V、进线220V，直流母线的电压为220V，示波图中显示直流母线呈现出锯齿波形状。分析研究认为，因为熔座金属与熔断器的接触表面发生氧化，接触电阻被增大，而蓄电池就相当于容性的负载，导致整流器所输出的波形发生变化。
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（2）某110kV的变电站，由于掉牌未复归，没有对其进行及时的消除，导致信号的回路发生短路，中央信号屏的熔断器也没有被熔断，自投屏和低周屏中有一部分电器被烧坏，主控信号的熔断器中没有被熔断，并越级到硅堆的保护。
2.3 蓄电池组故障分析
目前变电站所用蓄电池组基本为阀控式铅酸蓄电池组，主要存在问题如蓄电池外壳变形、电解液渗漏、壳体裂纹、电池端电压不均匀、内阻不均衡、蓄电池性能离散性大，容量不足等，甚至会出现电池着火或爆炸等现象。主要原因为蓄电池工艺质量不过关、蓄电池组环境温度过高、充电电压设置过高、过度放电、长期浮充电等。
3 变电站直流系统的改进策略
3.1 满足运行的要求
首先确定变电站低压380V/220V站使用系统的接地制式。可以推荐使用三相五线制TN-S接线和工作地零线N，保证地PE的明确。其次，必须保持有序的变电站二次电缆的排序，并使交流电缆放置于电缆夹层中的最下层，避免出现交叉重叠。再次，针对微机、集成电路和晶体管保护的直流及交流引入线，先经过抗干扰电熔之后再使其进入到屏内。最后，改造变电站直流系统。例如将220kV变电站改为3台充电机和2组蓄电池的3+2直流系统，将110kV变电站改为2台充电器和1组蓄电池的2+1直流系统。
3.2 蓄电池组的维护与改造
要不断加强做好蓄电池组的新安装检验、部检、日常检验的维护检查，从源头上防止问题蓄电池流入运行设备。蓄电池组的部检、日常检验主要进行浮充电压、蓄电池内阻测试及核对性充放电的测试。建议运行时间6年以内的蓄电池部检周期为2年，运行满6年蓄电池的部检周期为1年。已投运的蓄电池每个月测试浮充电压、每个季度测试蓄电池内阻（投运3年内可以每半年测试蓄电池内阻），属于日常检验。蓄电池组的浮充电压平时不能设置偏高，环境温度、湿度应适宜，避免影响蓄电池组的使用寿命。若经过3次核对性放、充电试验（部检主要项目），阀控式铅酸蓄电池组容量均达不到额定容量的80%以上，可认为此组蓄电池容量不足，存在严重隐患，应予改造更换。
3.3 改进接线方式
第一，应确保在满足供电的情况下，尽可能的保证设备的简化和接线的简单。第二，针对重要的220kV和500kV的变电站，使用3台整流器和2组蓄电池方式接线。可以对110kV的变电站使用单母分段的接线，尽可能将工作量减少，为变电站可以实现无人值守提供先决条件。第三，将尾电瓶取消，使用硅堆和硅链进行自动调压，将控制母线和动力母线分开接线，且具备备用的通道。第四，针对没有电磁机构的变电站，可以使用动力控制母线和易，但是必须保证足够的电池容量。在硅堆和硅链降压回路的过程中，需增设一个备用的通道。使用接触器、直流继电器和可控硅投切备用通道。备用通道可以使用IGBT模块、VMOS场效应管等。第五，针对110kV或220kV的变电站，当出现一组保护走动几组断路器跳闸的情况时，需有专用熔断器对其供电，且由专用熔断器控制每组的断路器。对已配有双重化主保护的母线、变压器和线路，一套后备保护和主保护情况的专用熔断器配置，需执行与之相关的反措规定。因此，确保合理的负荷侧熔断器配置，才可以按照级差配置直流系统中的控制馈线开关。
4 结束语
综上所述，变电站直流系统的改进完之后，对控制方式、告警模块、显示模块和手动调压等方面进行测试，变电站直流系统各部分的功能和操作得到了改善，满足与之相关的要求，并且蓄电池电压平稳、均衡，蓄电池组的放电容量充足。改进后的变电站直流系统满足变电站设备对直流系统的稳定性、安全性和可靠性等方面要求。
参考文献：
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[3]周杰，朱金垦，林帆.500kV变电站直流系统的不停电改造[J].浙江电力，2013（03）.
论文作者:李海亮,王婧,杨帅
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：变电站论文; 蓄电池论文; 系统论文; 母线论文; 熔断器论文; 信号论文; 接线论文; 《电力设备》2019年第5期论文;