（广东电网有限责任公司阳江供电局 529500）
摘要：直流电源系统是变电站中不可或缺的装置系统，它能够为变电站的通信、控制、保护和自动化装置以及照明、暖通系统等负荷提供供电，并且避免一些事故的发生，尤其是内部的蓄电池能够在直流系统发生故障时像各级交流用电设备提供能力，保证设备的正确运作。可见变电站中直流电源系统是电网保护控制系统的关键系统。本文针对一起220kV变电站直流电源模块的故障问题进行分析，结合现场实践对故障产生的原因和相应的解决对策进行研究，以供同行借鉴。
关键词：220kV变电站；直流电源模块；模块故障；解决对策
0.引言
随着经济的发展和社会的进步，无人值班变电站的建筑在迅速发展中，其中直流电源系统成为变电站监控和保护的重要对象，变电站的正常运行和事故处理有有赖于可靠的直流电源系统，当变电站电力系统由于事故问题出现交流电源停电时，一套安全可靠的直流电源系统能够保证电源内的事故处理和恢复供电。可见，直流电源系统是变电站中非常重要的电源系统，能够为变电站的电力系统的继电保护、控制回路、事故照明和自动装置等方面提供可靠稳定的不间断电源，由于直流电源系统在变电站中的重要位置，其自身的可靠性和安全性直接关系着变电站整个供配电系统的安全。
1.直流电源系统工作原理
如今变电站中直流电源系统多采用智能高频开关电源直流系统，其能够实现调压装置、电源模块、馈出分路、监控模块、绝缘监测、保护告警回路和蓄电池组以及监测和开关量检测单元之间的有机结合，并且通过计算机实现自动化管理，即对各类型电池的浮充电、均充电、恒压横流充电和放电的运行进行自动设置和管理，以及自动完成绝缘报警、自动调压、故障报警和信号的输出和远程控制，并且通过电力载波和调节解调器等设备通过遥控、遥信、遥调和遥测等手段实现远程集中监控管理。
其中的电源模块主要采用移相谐波高频软开关技术，其工作原理示意图如图1所示。
图1 整流充电模块的原理框图
2.220kV变电站直流电源模块故障案例分析
某220kV变电站发生直流系统故障，系统监控端首先发出直流屏模块故障和直流屏系统故障的总信号，然后经过一段时间之后发出了直流屏电池欠压的信号。检查修理人员及时赶到现场进行故障检查，发现充电模块和控制模块的显示屏无显示，并且模块风扇停止运作，模块整体处于失电状态。通过模块系统排查，发展模块各交流输入情况正常，监控系统的显示模块有故障。当时现场的直流电源仅有蓄电池供应，解决故障的需要迫在眉睫，检修部便及时将损坏的直流模块更换，从而使得直流系统恢复正常。
事后分析发生故障的原因是由于本地区正在发生雷雨天气，并且本变电站没有在模块输入进线处暗黄C级或D级的避雷器，从而使得直流电源模块被雷击中而发生损坏，而在安全排查和重新安装调试的过程中，发现并列的电源模块之间输出的电压相差较大，输出的电流不平衡，而且更换下来的模块单元滤网和风扇积灰严重。通过对故障处理过程的分析和排查，分析总结出变电站直流电源模块发生故障的原因如下所述。
1）由于长期重负荷运行或过载直流模块发生损坏。由于磁性材料和半导体功率器件等部件性能的原因，有时候单个的直流电源模块的最大输出功率对变电站的总功率要求无法满足，直流电源模块的并联是不可避免，而并联运行情况下，由于各个模块的特性不一致，从而造成各个模块负荷电流出现不均衡的情况，有些模块可能会承担大量的电流，甚至部分模块出现过载或轻载的情况，这必然会加大分担负荷多的模块损坏的可能性，进而缩短其正常使用的寿命和整个系统的可靠性。
2）未安装避雷器或者避雷器安装不符合防雷要求。由于一些年代较老的早期变电站，早期在综合自动化改造的时候设计不够规范，没有安装避雷器，容易造成雷电欺辱交流电缆，然后经过交流回路进入直流模块而使得模块发生损坏。而对于一些已经安装避雷器的变电站，避雷器和变电站之间的电缆距离过短，一旦遭遇雷击容易使得电压无法合理衰减值模块可以承受的电压值，也会造成变电站直流电源模块的损坏。
3）长期运行情况下风冷型模块积灰问题严重，影响散热。风冷型直流电源模块能够通过风扇的转动将模块内部由于元件工作而产生的热流散发出去，而模块中又有过温保护功能，当模块的进风口受堵或者内部温度无法散发出去的时候，一旦温度超过设定值，过温保护功能会切断电压的输出，因此如果模块的进出风口出现大量积灰造成散热不良时，过温保护动作模块不再输出，从而会加重其他正常模块的负荷供应，并且及时温度没有超过设定值，长期的高温也会影响模块的正常使用寿命。
3.220kV变电站直流电源模块故障处理对策
1）分析模块发生过负荷损坏的主要原因是并列模块之间的负荷电流不平衡，为了使得模块之间的电流均衡，在安装调试的时候要通过对各模块输出电压的调节，使得输出的电压基本保持一致，从而使得负荷在各模块之间分配较为均衡。而在直流电源模块验收的过程中，针对各模块之间输出电流的平衡应该严格把关，并且在日常的巡视检查过程中对各模块的电流差距是否在允许偏差范围内进行仔细查看，一旦发现偏差超出范围应及时进行检查和分析原因，避免以后使用过程中再发生负荷电流不平衡度超出允许范围的情况，以此防止变电站的直流电源模块由于负荷电流的不平衡问题而发生损坏。
2）在交流进线处加装质量合格的C级和D级两级的避雷器，两级避雷器之间保持五米以上的距离，从而对雷电波的残压进限制，从而有效防止过电压的冲击对电源系统的影响。在安装以上两级避雷器的时候，为了提高直流系统的可靠性，还应该加装性能更加优良的氧化锌压敏电阻避雷器，并且在加装过程中在其前端串联相应容量的断路器。在避雷器发生破坏的情况下，母线与避雷器之间的断路器就能够基础发出遥信信号，从而缩短故障处理的时间，并且方便对损坏的避雷器的更换，还能够避免由于避雷器的老化而发生对地故障，从而为异常处理提供便利。因此在日常的巡视检查过程汇总要对避雷器的完好程度和接地引言的完成程度进行检查。
3）日常的巡视检查过程中要对直流电源模块的散热情况进行注意，一旦发现散热不正常和温度过高的情况，要进行及时的排查和原因查找。并且日常工作过程中要对变电站的直流电源模块进行除尘工作，对于直流电源模块由于长期运作出现过多灰尘应该及时进行除尘，从而保证模块进出风口的通畅和直流电源模块的正常散热。防止由于风扇或者滤网的积灰问题而导致直流电源散热不良而发生损坏。与此同时还要保持直流屏的通风散热，对直流屏的安装场所进行注意，环境温度不宜过高，如果温度过高应该及时开启空调散热。通过以上措施来保证变电站直流电源模块的良好运行环境，从而防止此类故障的发生。
4.结束语
随着我国电力行业的快速发展，电力系统正在向超高压和大容量的方向发展，直流电源系统能够为这些超高压和大容量的电力设备提供信号、保护和操作电源，因此其自身运行的安全性和可靠性以及经济性也需要提高一个层次。通过本文的案例检查和整改分析，消除了220kV变电站直流电源模块出现故障和发生异常的因素，将220kV变电站内直流电源模块的故障发生概率降低，从而显著降低了直流电源系统运行的可靠性和安全性，进而保护了整个电网的运行安全。
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论文作者:许志昆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
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