摘要：直流系统出现异常，包括直流接地、蓄电池欠压、通讯中断，以及充电机模块故障等情况，将会对电网的正常运行产生不利影响，需要立即查找原因和及时处理，如果对直流系统出现异常的原因和查找方法不熟悉，则可能导致二次回路故障，进而扩大事故，鉴于此，本文首先对直流系统构成做了简要介绍，其次分析了直流系统出现异常的原因和危害，提出了查找的方法和应对措施。
关键词：变电站；直流系统异常；处理和应对
引言：当发生交流电源消失甚至全站停电情况下，直流系统仍可为事故照明、交流不间断电源等提供有限时间的直流电源，保证事故情况继电保护装置、安全自动装置、控制及信号回路和断路器的继续可靠工作。因此，对变电站直流系统出现异常信号进行分析，及时处理直流系统故障，开展风险分析并制定相应防范措施，对加强变电站整体风险防控水平有着重要意义[1]。
一、变电站直流系统构成与特点
变电站的直流系统主要由直流电源、直流母线、直流馈线及监控单元、绝缘监察装置组成，其中直流电源包括蓄电池及其充电设备。其中，蓄电池、充电装置、馈线网络和监测单元等模块容易出现故障和异常。监控主要是负责远方监视直流系统4个主要模块的运行情况。变电站直流系统结构如图1所示。
注:实线表示电缆线;虚线表示通信线。
图1 变电站直流系统结构
1.1充电模块
将站用变或外接站用电提供的交流电整流成直流电，主要实现正常负荷供电及蓄电池的均/浮充电，常采用高频开关电源，一般由多组充电单元并列运行，采取N+1模式，1个模块作为备用。
1.2蓄电池组
作为直流系统的储能元件，现常采用多组阀控式密封铅酸蓄电池串联组成，将电能与化学能相互转化，平时处于浮充电备用状态，在交流失电/事故状态、大电流启动等情况下，蓄电池是负荷的唯一直流电源供给，一般要求事故情况下能独立为变电站直流设备供电2h。
1.3馈线及网络
直流馈线指直流馈线屏至直流小母线和直流分电屏的直流电源电缆，由于变电站直流用电设备多、分布广泛，直流馈线及网络复杂，主要有环形供电方式和辐射供电方式。
1.4监控单元
对直流系统进行监控管理，负责对直流电源充电装置的交直流电压、直流输出电流和蓄电池电压等电气参数进行测量、显示和控制的装置，负责采集监测各直流模块运行情况，及时将故障异常情况报警及上传远方监控中心。
二、变电站中出现的直流异常信号及处理
直流系统出现的问题一般有两种，一种是直流系统内部在运行中出现的问题，这种往往可能是系统中蓄电池、充电装置和监测单元这几个模块出现故障。[2]另一种问题是直流体系外部发生故障，引起整个直流系统异常的情况，一般发生在直流馈线及网络这个模块，会引起母线绝缘降低能风险，当出现接地故障时，会导致信号中断、设备拒动以及设备误操作等问题。
2.1直流系统内部出现异常
在直流电路中，电池就是核心，而对变电站直流电流系统来说，蓄电池同样也是核心，所以为了保证这一设备的正常运行，就要保证蓄电池的正常工作。常见的情况有：蓄电池欠压、电池仪通讯中断、充电机故障、绝缘监测系统故障等。以下将依次分析这几种常见的异常信号。
1、蓄电池欠压告警。在监控器查看到具体是几号蓄电池欠压，然后到蓄电池室对该编号蓄电池的保险插件进行检查是否松动，若是出现松动或者接触不量等问题，运行人员应该仔细检查一下触头，若触头完好，运行人员就需要把插头拔出来重新插入，若是触头损坏就需要重新换触头。
2、电池仪通讯中断。首先考虑重启装置，重启后运行灯还是不亮，则马上电源是否正常投入，空开是否偷跳，电源回路检查结果正常，说明巡检装置故障，则需要重新更换巡检装置。
3、充电机故障。直流系统的充电机模块一般由多组充电单元并列运行，采取N+1模式，1个模块作为备用。在N+1模式下，可短时退出有故障的充电机模块，同时在监控器屏蔽该故障信号，及时更换新的充电机模块。
4、绝缘监测系统故障。绝缘监测系统故障一般可通过重启绝缘监仪解决，若重启之后没有复归故障信号，则可能是装置故障，需更换新的绝缘监测仪。
2.2直流系统外部出现异常
变电站直流正负极对地均为绝缘系统，由于直流回路分布在控制室、电缆沟及室外，控制电缆绝缘损坏及回路受潮等问题都会造成直流接地故障。
1、直流系统出现接地故障的原因
绝缘老化、破损：如电缆、绝缘座；灰尘沉淀、潮湿：如接线端子、PCB板集有灰尘，在空气湿度较大的情况下，绝缘下降；生锈：如仪器仪表的金属外壳；
漏水：如端子箱、压力表密封不好；裸露：如备用电缆芯没有包好。
2、直流系统出现接地故障的危害
一般说来，直流系统一点接地故障，不会引起严重的后果，但要求运行维护人员及时处理（4-6小时内），以免发生2点或2点以上接地故障。发生多点接地，可能导致保护等设备的误动或拒动，影响电力系统的安全稳定运行。更为严重的是，两极都发生接地故障，可能使直流系统的母线发生短路，烧毁供电电源设备和供电网络。
图2两点接地导致保护误动示意图 图3两点接地导致保护拒动示意图
3、直流接地故障查找方法
（1）对二次回路进行分析，探究其是否有工作或设备相关操作。若二次回路上有人工作或一次设备有检修试验工作，应立即停止，检查接地现象是否消失。（2）根据直流接地选线情况，采用试拉所选直流回路确定是否该回路存在接地点。（3）便携式仪器查找定位方法[3]，使用便携式的直流接地故障查找仪，对接地故障的排除在时间上和安全上都有明显优势，不需断开直流回路电源，使用移动式的采集互感器在各分布回路上测量，当探测到接地回路就会触发报警。
4、直流接地案例分析
2018年09月30日，某220kV变电站发直流系统异常信号，运行人员到场检查发现直流系统监控器模块显示“母线绝缘降低”告警，进一步查看发现母线对地电阻数据，正对地电阻：10kΩ，负对地电阻：999kΩ。于是在充电机屏柜后用万用表测量母线电压，测得正对地为43V，负对地为112V，确定直流系统的正极发生直流接地。
运行人员随即到直流馈线屏查看选线情况，发现是#4支路发现接地故障，#4支路实际为#2主变测控屏电源，接着到#2主变测控屏检查，按照拉路法的原则，优先拉开遥信和照明电源，当拉开#2主变552A遥信电源后，直流接地信号消失。运行人员进一步到#2主变10kV开关552A开关柜检查，发现遥信回路的信号线绝缘破损，更换备用线后，直流接地故障消失。
三、总结和建议
对于直流系统异常问题检测应该从异常根源着手，对于异常问题针对性地进行处理，注意运行环境对其的影响。另外，对于当前容易出现故障的问题应该积极地进行改造设计，定期管理维护以更好地解决直流系统异常问题。
要预防变电站直流系统接地故障带来的危害，首先应做好日常维护工作以及设备的防腐防潮工作，对电气设备进行定期检查，看其是否存在进水、污染的问题，一旦发现问题就需要及时采取措施，对受潮和污染的部分进行处理，解除隐患。尤其是在特殊天气，例大雾、阴雨连绵等，对于室外设备需要增加巡视的次数，必要时安排特巡，做好全面化、精细化的深入检查，因为任何位置都有可能会出现雨水侵蚀导致绝缘度降低的情况，所以要及时找到故障危险点并做好防潮保护处理。
参考文献
[1]李琳.浅析加强变电站直流系统风险防控的措施[J].湖南电力，2018，38(3):49-50.
[2]刘汶兵.关于110kV变电站直流系统检修与维护[J].低碳技术，2018，10(2):110-111.
[3]张泽良.变电站直流系统接地故障及环网危害分析处理[J].科技经济导刊，2019，27(6):33-34
论文作者:刘思远
论文发表刊物:《电力设备》2019年第17期
论文发表时间:2019/12/17
标签：系统论文; 变电站论文; 故障论文; 蓄电池论文; 回路论文; 异常论文; 模块论文; 《电力设备》2019年第17期论文;