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摘要：变电站直流系统的用电负荷极为重要，是保障变电站安全运行的决定性条件之一，需要很高的可靠性。文阐述了变电站直流系统故障的危害与相关技术分析，为变电站直流系统故障防御、异常侦测提供佐证。
关键词：直流系统；故障；异常；技术；分析
引言
直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一。是给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，继续供给操作、保护、信号电源，保障二次控制回路、保护及自动装置等设备的正常工作，为设备测控、保护、通信等装置、提供稳定电源。
变电站直流监控信息：集中接入调控系统供监控员远方监视变电站站用电直流系统运行状态的信息。常见的直流系统故障如出现直流消失伴随有直流电源指示灯灭，发出“直流电源消失”、“控制回路断线”、“保护直流电源消失”或“保护装置异常”等告警信息及熔丝熔断等现象。或者是直流负载部分或全部失电。
1.变电站直流系统的一般构成
变电站直流系统：为变电站继电保护、控制、通信等直流负荷供电，一般由蓄电池组、充电设备和直流屏等组成。变电站直流系统一般由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。供电负荷主要有：继电保护、控制、安全自动装置、通信装置、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等直流负荷。
2.变电站直流蓄电池工作原理：
变电站直流系统中的蓄电池正负极板插在电解液中时，发生化学反应，由于正负极板材料不同，电位也不同，会产生电位差。在外电路没有接通时，正负极板之间的电位是蓄电池的电势，在外电路与负载接通时，有电流流过负载，既蓄电池向负载放电。当蓄电池放电后将负载断开，使其与直流电源相连。当电源电压高于蓄电池的端电压时，就把电能转换为化学能储存起来。如此循环进行，实现为直流负荷供电的目的。
3.变电站直流系统故障的危害
直流电源故障失电后，保护动作、信号无法发信，设备无法进行正常操作，在系统发生故障时，继电保护和控制回路不能正常动作，引起事故无法有效切除，并使一次设备受到损害，可造成越级跳闸等大面积停电事故，甚至造成全站停电或设备的重大损失。
变电站直流系统极其重要，发生事故后后果极其严重，就全国范围来看，变电站直流系统仍然为电网安全运行的薄弱环节，由于直流系统故障导致的严重事故时有发生。
直流系统发生异常时可能造成继电保护、安全自动装置、计算机监控系统等控制和操作回路的误动作或拒动，可能导致越级跳闸，扩大事故范围，严重影响电网安全运行。
监控要求对直流系统进行连续在线监视，一旦发出异常信号，监控人员应立即对信号进行初步分析判断，根据情况通知运维人员到现场对设备进行检查并排除故障，必要时汇报调度。
4.变电站直流监视业务情况
变电站信息类型愈加复杂，也增加了信息监控工作的复杂程度，主要体现在一下几个方面：
（1）厂站多样化：常规站、智能站、模块化站并存；
（2）信号类型多样化：事故、异常、越限、变位、告知、操作、SOE、自动化等多种信号类型；
（3）设备型号多样多样化：设备品牌厂家多样化。
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（4）监控系统多样化：D5000系统、AVC系统、故障录波系统、源网荷监控系统、工业视频监控、综自信息表生成系统、自动验收系统等多种系统并行；
5.直流系统异常及故障的处理
直流系统故障概率最大的元件一般是蓄电池故障。
（1）蓄电池发生故障。
值班人员在检查中，若发现下列故障时，应及时汇报部门管理人员，由专业检修人员进行处理。
当个别电池电压很低，或为零，或反极性。电池电压为零或很低，可能是电池内部发生短路。反极性故障主要原因是电池极板硫化造成的，使其容量降低，电压很快下降，其它正常电池对它充电而发生反极性的，会影响相邻电池的电压下降。
若蓄电池正极呈褐色并带有白点。这是由于经常过充电或使用的蒸馏水水质不纯等引起极板上活性物质过量脱落的缘故。
当极板严重弯曲变形，容器下有大量沉淀物。这是由于电解液不纯、比重过大或温度过高等原因造成的电池容器损坏、电解液渗漏、绝缘电阻降低等。
直流母线电压允许在额定电压士10% 范围内变化，直流母线对地的电阻值和绝缘状态应保持良好。系统正常运行在浮充电状态，控制母线电压在保持在220V*-5至+10％（198V~242V），由整流模块或整流模块通过自动调压装置（降压硅链）供电：合闸母线电压保持在蓄电池组的浮充电压2.25v/格，即2.25*N V（242V~252V）；有大电流合闸操作时，整流模块提供110—130 ％Ie的输出电流，其余电流由电池提供。阀控蓄电池组正常应以浮充电方式运行，浮充电压值应控制为（2.23～2.28）V×N，一般宜控制在2.25 V×N（25℃时）；均衡充电电压宜控制为（2.30～2.35）V×N。
另外，蓄电池直流系统还可能发生直流短路、充电设备损坏及负载馈线故障等，或蓄电池内部发生极板短路、极板硫化、极板弯曲、沉淀物过多等，限于篇幅从略，详细处理按部颁《蓄电池运行规程》进行处理。
（2）直流母线电压过低、电压过高的处理。
直流母线电压过高会使长期带电的电气设备过热损坏，或继电保护、自动装置可能误动；若电压过低又会造成断路器保护动作及自动装置动作不可靠等现象。
直流系统运行中，若出现母线电压过低的信号时，值班人员应检查并消除。检查浮充电流是否正常，直流负荷是否突然增大，蓄电池运行是否正常等。若属直流负荷突然增大时需及时查明原因，应迅速调整放电调压器或分压开关，使母线电压保持在正常规定值。
6.直流系统及蓄电池的日常巡视管理
针对变电站直流系统巡检工作也尤为重要，需要注意检查高频开关整流器电源及各高频开关整流器输出电压（电流）是否正常，检查高频开关整流器有无报警或过热及异音现象。
对于蓄电池的巡视应认真检查蓄电池表面是否清洁、无杂物，间接线有无松动、过热现象，容器有无膨胀、漏液现象、蓄电池电压是否正常。对蓄电池按期做核对性充放电工作。让蓄电池环境温度应保持在5℃-35℃之间，冬季时要增加适当的取暖设备，不低于-10℃。
在蓄电池核对性充放电期间及新安装、检修、改造后的直流系统投运后，应进行特殊巡视，当反生直流系统出现交、直流失压、直流接地、熔断器熔断等异常现象处理后，也应进行特殊巡视。出现自动空气开关脱扣、熔断器熔断等异常现象后，应巡视保护范围内各直流回路元件有无过热、损坏和明显故障现象。
7.结束语
由于告警信息每日发信量巨大，可能导致重要的直流告警信号被湮没在其他信号中不能被及时发现，尤其某些信号“动作/复归”频发时，造成告警窗刷屏，这时候直流告警信号很难被监控员发现。
因此，直流监控尤其是要电压监控主要靠定期巡视时，通过依次调阅相关页面查看直流异常情况，该模式较为依赖人工经验，机械而被动，对直流异常的综合分析判断能力不足，直流信息监控及时率和准确率较低，一方面造成人力、物力资源浪费，另一方面为直流系统异常和缺陷的及时发现带来隐患。
作者简介：
王功臣（1991-），男，研究生，助理工程师，主要从事电网调控运行工作。
王浩（1975-），男，本科，正高级工程师、高级技师，从事多年变电运行及电网调控工作。
论文作者:王功臣,王浩
论文发表刊物:《河南电力》2019年7期
论文发表时间:2020/1/3
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