摘要：变电站在运行过程中，经常会发生一些断路器的偷跳、保护装置不明原因的误动或拒动，在许多事故案例的处理过程中发现其事故原因往往与直流电源系统有关，但对事发时直流电源系统的运行状况无法拿出实时的检测数据，且给事故分析增添了许多不确定性。本文根据现有变电站直流电源系统的组成情况，对变电站直流电源系统的各类异常及扰动因素进行了详细分析。对变电站直流电源系统故障故障信息采集装置及分析系统应实现的功能及性能进行了分析。
关键词：故障录波器；直流绝缘；频繁启动
变电站直流电源系统是保障变电站设备正常运行的血脉，它的健康状况将直接影响到变电站的安全运行。为能提供变电站发生事故或异常情况时是否与直流电源系统有因果关系的证据，需要有一种变电站直流系统故障信息采集装置及分析系统，能对直流系统的异常信息快速进行记录和分析，为变电站发生事故或异常的分析提供准确可靠的判断依据，填补直流电源系统监测的空白，以期为发现直流电源系统的设备异常提供数据支撑，为提高变电站直流电源系统运行管理水平起到积极的作用。
一、直流电源系统故障监测的需求
变电站发生不明原因的事故跳闸或异常时，在任何情况下对变电站直流电源系统所发生的故障及异常信息都能全程高精度地采集到，为事故分析提供第一手数据资料，以提高事故分析的快捷性和准确性。要实现这些目的，应达到以下基本的功能及性能需求：
1、高密度采集信息能力，因直流电源系统在遭受的干扰中，有稳态的也有暂态的，有些暂态的干扰在现场很难发现痕迹，如瞬间绝缘击穿、交流瞬间窜入等，给事故分析带来不确定性，如能快速地捕捉到所有暂态信息，对事故分析将带来重大帮助。
2、故障录波功能，当直流电源系统发生。任何异常情况时，将这些异常状态下的信息记录下来，且要保证在任何情况下都能快速地将故障信息记录，并能将采集的信息可靠存储。正常情况下可将数据及时上传到远程监控平台对数据及时分析，如网络中断，也可从采集装置的存储卡中取出数据，保证存储数据的绝对安全性，并具有事故追忆功能。为了能快速、准确地对直流电源系统异常信息作出分析判断，还需建立一套信息查看及分析系统，为专业人员在事故分析时提供专业的分析工具。同时，当接入的变电站越来越多后，提供大数据的分析功能，这也将对直流电源系统的管理和发展提供重要的信息支持。
二、数据采集点的选择
为了保证监测目的的实现，应该对充电模块的交流输入电源、直流充电母线、直流控制母线设立监测点，以实现对直流充电模块、蓄电池、稳压装置、直流回路绝缘状况的监测，保证故障分析的数据需求。
1、为了监测直流充电模块的交流电源输入情况，需在充电模块的交流小母线上设置电压采集点，为直流电源系统发生异常时是否与交流电源有因果关系提供数据分析依据。因高频整流模块出现异常时可能引起三相交流输入电流异常，同时可能在直流回路出现较大的谐波分量，所以要在交流输入回路设置电流采集点也具有一定的必要性。
2、直流高频电源模块是直流电源系统的核心部位，将输入交流电源整流成直流电源并输出到充电母线。对充电模块的直流输出状况地监测应该是对直流电源系统的第一个重要监测点，通过设置充电母线电压采集点，就能实时监测到直流充电模块的工作是否正常。另外，有些老变电站采用电磁合闸机构，充电母线同时也是合闸母线，断路器合闸动作时会产生比较大地合闸电流，对直流电源系统产生较大的负荷冲击，在合闸母线上设置电流采集点也可监测到断路器动作情况。
3、直流控制母线的运行状况将直接影响到设备能否正常运行，所以直流控制母线是直流系统主要监测点，直流电源系统的绝缘状况、直流控制母线的电压状况、交流窜入状况将通过该监测点进行相关信息的采集。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时，通过该监测点对充电母线至控制母线间的稳压装置的工作情况、蓄电池的供电情况也都得到了监测，如稳压装置或蓄电池出现异常将会及时得到报警。
4、蓄电池组经蓄电池总熔丝及蓄电池总开关并接在合闸母线上。正常运行时，充电模块的直流输出除提供直流系统的负荷外，同时经过充电母线对蓄电池进行浮充电。当充电模块失电或故障时，蓄电池将通过充电母线供电，并经过稳压装置向直流控制母线供电，保持直流电源系统持续供电。通过对蓄电池组电流回路地监测，将能判断蓄电池组的充放电状态，如蓄电池回路出现异常的充放电现象将会被准确记录，以220kV变电站一段母线为例，直流电源系统故障信息采集。
三、故障录波启动的判据
一旦直流电源系统发生异常时要能及时完整地将异常信息记录，这就要对何时进行启动录波的判据选择进行仔细的分析研究，要充分考虑直流电源系统的各类故障及异常情况下均能可靠启动录波。
1、直流接地启动。直流电源系统发生接地是较为常见的现象，一点接地可能造成保护和自动装置的误动或拒动，两点接地还可能造成直流保险丝熔断，控制回路失去电源。通过检测正负母线对地之间的电压，可以直接反映直流母线的对地绝缘状况，如正负母线对地之间的电压偏离超过了一定的值将启动检测装置录波。
2、交流窜入启动。交流窜入直流电源系统实际上造成直流电源系统接地，极易引起继电保护装置误动或拒动，危害严重。交流窜入直流电源系统有时往往是暂态的，绝缘监察装置无法监测到，给查找故障带来很大困难。为能捕捉到这些暂态或静态的异常信息，通过滤取控制母线上的工频分量作为启动录波的判断。
3、直流大负载动作启动。直流电源系统大负载动作时对直流电源系统的供电能力是严峻地考验，特别对一些老变电站，断路器的合闸采用电磁合闸机构的，对直流电源容量的要求则更高。当直流电源系统发现异常时，需要看是否有大电流输出，为判别是大负载动作还是直流回路短路提供分析数据，因此，当发现有大电流输出时应启动录波。该状况下录波同时也能够监测到高频电源模块的性能和蓄电池组容量的状况。
4、控制母线电压异常启动。在变电站的直流回路设计中，有许多变电站的直流控制母线是由充电母线通过硅链或直流斩波器稳压后供电的。当稳压装置出现异常或故障，将会对直流控制母线的供电回路带来致命地威胁。因此，当判断出充电母线与控制母线的电压差值及电压跟随特性变化异常时应启动录波，及时发现稳压装置对直流控制母线供电潜在的危险。
5、交流电源异常启动。当充电电源模块的交流电源失电时，或当输入高频电源模块的交流电压过大或过小都会引起模块地自动保护而停止直流输出，或当输入交流电源缺相时使部分高频电源模块停止直流输出，此时直流电源系统完全靠蓄电池供电，直流电源系统将发生较大的波动，应启动一段录波看其波动情况如何。反过来，当直流电源系统发生异常也可判断与交流电源系统是否有关。交流的判别需监测三相交流输入电压的幅值、负序、零序，以保证正确地进行启动录波。
对变电站直流电源系统的分析，提出了研制变电站直流电源系统故障信息采集装置的思路。能够对监测点进行全工况的信息采集和记录，且是该系统有别于其他直流电源系统监控产品的创新，从而填补了国内对变电站直流电源系统的故障信息采集的空白。
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论文作者:刘小燕
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/22
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