摘要：随着经济的不断发展，社会在不断的进步，针对一起１１０ｋＶ变电站直流全失事故，对１１０ｋＶ变电站直流系统的两种主要接线方式进行了介绍和对比，提出了１１０ｋＶ变电站直流系统应采用单系统１０８接线方式的建议。
关键词：直流全失；１１０ｋＶ变电站；单系统１０８接线方式
引言
变电站直流系统是为变电站内信号设备、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重要设备，是整个变电站的“心脏”。作为变电站的独立电源，变电站直流系统不受发电机、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保证后备电源———蓄电池继续提供直流电源。变电站直流系统的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性和安全性。本文就一起１１０ｋＶ变电站直流全失事故进行分析，并提出相关建议。
1事故经过及原因分析
某１１０ｋＶ变电站直流系统接线方式如图１所示。３８０Ｖ交流电源通过５个充电模块（ＭＫ１～ＭＫ５）整流为２４２Ｖ直流电源送到合闸母线（＋ＷＯ），再通过硅链降压装置降压为２２０Ｖ直流电源送到控制母线（＋ＷＣ），最后送给馈线输出（负荷）。－ＷＣ为直流系统负母线。蓄电池组为２Ｖ３００Ａ•ｈ的阀控式密封铅酸蓄电池，共１０８节。２０１６年３月２５日，该站发出告警信号，现场查看后确认为站内直流电源消失。检查后发现硅链降压装置下方的合闸母线与控制母线的连接端子排烧毁。由图１可知，该站直流系统接线方式中控制母线只是通过硅链降压装置对合闸母线电压进行降压处理，所以该连接端子排处烧毁后造成控制母线失压，从而引起了全站直流负荷丢失。
图1某110kV变电站直流系统接线方式图
查明现场情况后当即采用了图２所示的紧急处理措施：将合闸母线电缆与控制母线电缆使用“铜鼻子”压接在一起，并做好绝缘处理。此紧急处理措施是通过将合闸母线与控制母线硬连接在一起给控制母线充电，然后将充电模块的电压降低，来进行临时供电的。
图2紧急处理措施图
事故处理完成后，调取现场故障信息和监控视屏录像，首先排除了人为造成事故的原因。其次，端子排烧毁的位置是合闸母线、控制母线与硅链降压装置的连接处，该处仅有正电没有负电，因此排除了短路引起事故的原因。最后，通过观察现场端子排烧毁情况可知该起事故是电缆在接入端子排时因螺丝未拧紧而接触不良，造成连接处局部放电，持续发热，最终导致端子排因热击穿而烧毁，从而造成控制母线失压，引发了此次直流事故。虽然端子排的烧毁是该起事故的直接原因，但是通过分析图１可发现该站直流系统的控制母线电压仅有硅链降压装置一个来源，没有控制模块，也没有紧急联络空开，并且硅链降压装置本身就是一个不可靠元件，极易发生开路事故，一旦硅链降压装置发生故障，控制母线就会失压，进而造成全站直流负荷丢失。由此可知，图１的直流系统接线方式存在重大安全隐患，也是造成该起事故的根本原因。
2直流系统主要接线方式
目前该１１０ｋＶ变电站直流系统根据正极母线是否分为合闸母线与控制母线，主要有以下两种接线方式。第一种接线方式是单系统１０４接线方式（以下简称１０４接线方式），如图３所示。使用５个充电模块直接对直流母线充电，并由直流母线直接对负荷供电，不再将正极母线区分为合闸母线与控制母线，取消硅链降压装置。其母线浮充电压为２３１．９Ｖ，母线均充电压为２４２．３２Ｖ，由１０４节蓄电池构成蓄电池组，直接接入直流母线。
图3单系统104接线方式图
这种接线方式与２２０ｋＶ变电站的直流系统有所不同。２２０ｋＶ变电站直流系统接线方式虽然不将正极母线区分为合闸母线与控制母线，也无硅链降压装置，也由１０４节蓄电池构成蓄电池组，但是２２０ｋＶ变电站是双套直流系统。正常运行情况下，充电模块从站用电屏处获得交流电源，经整流后为直流母线供电和对蓄电池组进行充电，此时全站直流负荷均由充电模块提供。当站用变故障失去交流电源供给或全部充电模块发生故障时，由蓄电池组反向为直流母线供电，此时全站直流负荷电源均由蓄电池组提供。第二种接线方式是单系统１０８接线方式（以下简称１０８接线方式），如图４所示。使用３个充电模块为合闸母线（＋ＷＯ）供电，２个控制模块为控制母线（＋ＷＣ）供电，采用硅链降压装置连接合闸母线与控制母线，合闸母线电压为２４２Ｖ，控制母线电压为２２０Ｖ。由１０８节蓄电池构成蓄电池组，接入合闸母线。由于硅链降压装置属于半导体器件，过载能力较差，在短路电流的冲击下易断裂，因此加装了硅链开路保护器。正常运行情况下，充电模块从站用电屏处获得交流电源，经整流后为合闸母线供电，再由合闸母线对蓄电池组进行充电。控制模块从站用电屏处获得交流电源，经整流后为控制母线供电，同时合闸母线通过硅链降压装置也为控制母线供电，全站直流负荷均由控制母线提供。当站用变故障失去交流电源供给或模块发生故障时，由蓄电池反向为合闸母线供电，再通过硅链降压装置对控制母线供电，此时全站直流负荷电源均由蓄电池组提供。以上两种接线方式对于直流系统无论是正常运行还是故障情况，均能保证站内直流负荷电源的正常供应。
图4单系统108接线方式图
3接线方式建议
虽然以上两种接线方式均能保证站内直流负荷电源的正常供应，但是对于１１０ｋＶ变电站，１０８接线方式比１０４接线方式拥有更加明显的优越性。（１）在日常运维过程中，进行蓄电池组核对性放电试验时，由于需要全停充电模块，１０４接线方式只能让蓄电池组在承担日常直流负荷的情况下进行放电试验，因此一旦蓄电池组出现问题就会造成全站直流消失，如果此时再有故障发生，那么将会造断路器无法动作的成严重后果。而１０８接线方式在全停充电模块后，还可由控制模块给直流负荷供电，与蓄电池组一起构成“双保险”，更加安全可靠。（２）采用１０４接线方式时，均充状态下只能采用２．３３Ｖ的蓄电池单体均充电压，如果采用２．３５Ｖ的蓄电池单体均充电压，那么母线电压将会超过２４２Ｖ的保护装置最高运行电压，易造成保护装置电源模块损坏。但是，如果采用２．３３Ｖ的蓄电池单体均充电压，那么对每个单体蓄电池又会产生“充不足”的不良影响。（３）１０８接线方式的蓄电池组由１０８节电池构成，而１０４接线方式的蓄电池组由１０４节电池构成，明显１０８接线方式蓄电池组的容量相较于１０４接线方式更为充足。而且，在蓄电池组中一两节电池有问题的情况下，如果跨接跳过有问题的电池，那么１０８接线方式的蓄电池组剩余电池更多，更加稳定可靠。由以上对比可知，１０４接线方式并不适用于１１０ｋＶ变电站的单套直流系统，主要适用于２２０ｋＶ变电站的双套直流系统。但是，由于目前在直流系统设计规程里没有专门针对变电站的直流系统接线方式设计方案，部分１１０ｋＶ变电站的直流系统仍设计为１０４接线方式，因此建议将１１０ｋＶ变电站１０４接线方式直流系统都改造为１０８接线方式。该站直流系统采取１０８接线方式（如图５所示）后，运行至今再未发生过类似事故。
结语
综上所述，图１所示的非典型接线方式存在重大的安全隐患，并且通过对１１０ｋＶ变电站直流系统的两种主要接线方式对比可知１０８接线方式对于直流系统的日常运行与维护更加安全可靠。为此，建议采用图１所示的非典型接线方式运行的１１０ｋＶ变电站直流系统都改造为１０８接线方式，且采用１０４接线方式运行的１１０ｋＶ变电站直流系统都改造为更加安全可靠的１０８接线方式。
参考文献：
[1]陈庆军．直流设备检修［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１０．
论文作者:迪力夏提•艾买尔,热孜牙•艾尔肯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
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