摘要：直流系统是变电站正常运行的关键，其性能确定了整个电力系统的运行可靠性，直流系统的稳定性保障一直是电力系统高度重视的问题。本文通过一起事故实例分析，在直流系统现有的问题进行分析，应该如何保证直流系统的连续稳定运行。
关键词：变电站；直流系统；充电模块；交流输入
0引言
变电站的直流系统，是保证变电站安全可靠地输送电能的一个必不可少的环节。直流系统主要为变电站内的一、二次设备提供可靠、稳定的电源。其作用主要为：1、为一次设备提供可靠的控制电源。在变电站的一次设备的操作，均需要通过后台监控机发送分合相关信号至动力系统才能完成一次分合闸操作，而分合闸信号正常发出与否则由直流系统的能否正常运行决定。2、为二次设备提供可靠的运行电压。变电站的二次设备能否正常运行，在事故异常的时候起到关键作用，迅速隔离相关故障，而二次设备的正常运行全由直流系统提供保障。因此，直流系统的正常运行对于变电站来说是至关重要。而如何保证直流系统的正常运行与否，对于确保直流系统的输入电压稳定极为重要。
现有的直流系统输入分为两大类，第一类是交流通过逆变至直流，第二类是直流蓄电池。现通过一个事故案例解剖分析，梳理这两大类直流输入有何不足及应对措施。
1事故发生简况及分析
某年某月某日，某变电站110kV某甲线、某乙线相继发生C相接地故障，最终导致站内两段380V交流母线电压降低，两个直流系统的充电机整流模块均闭锁。同时该站#2蓄电池组失效，导致直流系统II段母线失电，造成相关保护、控制回路失电，最终全站失压。
图1为直流系统接线示意图，从图1中可看出，直流系统输入分为交流逆变和蓄电池，而正常运行状态下，由交流逆变为主要输入，蓄电池为备用输入。当交流逆变存在异常时，由蓄电池不间断瞬间介入为直流系统供电。
图1 直流系统接线示意图
图2为直流系统交流输入示意图，从该图可以两段交流母线通过电压识别判断，哪段母线率先有电压，即由哪段母线为直流系统充电。
图2 直流系统交流输入示意图
结合事故情况和直流系统的简况，可以得出以下问题：
1、直流蓄电池缺乏维护
2、直流系统交流输入不完善
而对于问题1，直流蓄电池维护已有比较完善的相关制度论述，在此就不再细说，因此，接下来主要针对直流系统交流输入问题进行探讨。
2直流系统交流输入问题分析
2.1充电模块的选取及布局
当前变电站流行的直流系统充电模块均采用三相四线制，从其排布可以看出，三相交流输入经过充电模块整流后输出到相应的母线，另外所有输出均以并接方式共同为直流母线供电。
根据上述事故，若此时交流母线某一相缺少，则会导致所有充电模块停止工作，此时最终导致直流母线失压。
根据规范，直流系统充电模块可采用单相220V的输入格式，但必须满足表1的技术参数。
表1 线路N-2切负荷策略的动作逻辑
可知，只要充电模块输出满足表1要求即可。即，直流系统的充电模块可采用220V输入模式，
此时若发生交流380V母线单相失压或两相失压，总能保证最少有一个充电模块正常工作。
在满足日常负荷电流的情况下，对单独一相交流持续半个小时供电实验，相关实验数据如表2、表3、表4所示：
表2稳压精度情况表
表3稳流精度情况表
表4波纹系数情况表
从表中数据可知，在只有一相交流正常供电的情况下，不考虑负荷电流的前提，220V输入的充电模块基本可满足直流系统的正常使用。而在三相电流正常的情况下，通过实验数据可得波纹系数可下降至0.013%及即可保证直流系统稳定运行。
另外，根据相关数据，正常情况下，一段直流母线负载电流约为40~60A左右。在确保经济效益和供电效率的情况下，直流充电模块额定电流为20A的，建议每相配置2个直流模块；直流充电模块额定电流为30A的建议配置1或2个直流模块；直流充电模块额定电流为40A的建议配置2个直流模块。
2.2电压切换装置存在的问题及优化建议
根据图2可知，现行的交流输入方式有三个：1、自动，直流系统根据交流有压检查模块，先检查到哪段交流输入有点，即采用哪段交流输入，直到该输入无压后自动切换去另一路有压的交流输入。2、固定一段，直流系统固定采用交流输入一段，无论交流输入一段有电与否，均为固定采用交流输入一段。3、固定二段，直流系统固定采用交流输入二段，无论交流输入二段有电与否，均为固定采用交流输入二段。
正常运行时，交流输入方式均采用自动模式。即有可能出现以下情况，存在两段直流母线均采用同一段的交流输入。在不考虑蓄电池的情况下，交流母线切换过程中，约有1.8秒左右短暂失压，即此时会存在短时所有设备无保护运行。
110kV及以上主设备的保护均配置两套，两套保护分别采用不同的直流母线。为保证最少有一套保护装置能够正常运行，因此须保证不会出现两段直流母线同时出现交流输入切换的情况。
站用变停送电操作、直流系统月底维护等日常工作，会使得某段交流输入短时失电，而由于直流系统的交流输入方式采用自动形式，最终导致两段母线均采用同一的交流输入。
为避免上述情况，可采用以下措施：
1、优化直流系统的交流输入方式配置情况。
除现有的交流输入方式外，应增加多两个方式，自动取一段和自动取二段。自动取一段，直流系统的交流输入优先取交流输入一段，当交流输入一段无压时，可自动切换至交流输入二段，而当交流输入一段再次有压时，自动切换至交流输入一段。自动取二段，直流系统的交流输入优先取交流输入二段，当交流输入二段无压时，可自动切换至交流输入一段，当交流输入二段再次有压时，自动切换至交流输入二段。
2、优化日常工作流程。
变电运行开展日常工作，均根据作业指导书或操作票上步骤或措施开展，因此在该作业指导书或操作票最后添加调整直流系统交流输入即可。
3、优化充电模块的取电方式。
充电模块的取电是根据电压切换装置选择，则电压切换装置选用了交流输入一段，充电模块只能采用交流输入一段；电压切换装置选用了交流输入二段，充电模块只能采用交流输入二段。
因此，避免出现这种情况，充电模块取电不再经过电压切换装置，而是平均采用两段交流输入。即，当有六个充电模块，#1、#3、#5充电模块采用交流输入一，#2、#4、#6充电模块采用交流输入二。
而上述三种方式，由于方式1、方式3无需人员过多干预，可由系统自动实现，可靠性高。但方式3与现有方式具有较大区别，对于现有的系统需要整改较多。而方式2只是优化工作流程，但未能从根源上杜绝直流系统的存在问题。因此在实际执行中，建议采用方式1.
3 分析结论
根据上述分析可知，为进一步强化现行的直流系统的抗异常能力，在现有的规章制度下，需要增加以下规则；
1、建议新投变电站均采用220V交流输入的充电模块，避免由于单相失压导致所有充电模块出现失压闭锁的情况。
2、建议新增直流系统的交流输入方式，可优先采用交流输入一段和优先采用交流输入二段的形式。
参考文献：
[1]东莞供电局变电站运行规程
[2]白忠敏 於崇干 刘百震《电力工程直流系统设计手册》 中国电力出版社
[3]小型电力工程直流系统设计规程（DL/T 5120-2000）中华人民共和国国家经济贸易委员会
作者简介：
冯庆宏
1）1984年 男 技师 从事变电运行工作
2）研究方向：变电运行安全技术
3）现供职广东电网有限责任公司东莞供电局
论文作者:冯庆宏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
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