浅谈直流系统的运行与维护

[摘要]介绍GZDW型智能高频开关直流电源系统组成及工作原理和它的运行与维护；在运行与维护中常见故障的处置。
1、引言
　　在变电站中，直流电源是焦点，为断路器分合闸及二次回路中的仪表、继电庇护和事故照明等提供直流电源，它的重要性就可想而知了，它就相当因而变电站整个二次系统的心脏，为二次系统的正常运行提供动力。可是很多二次技术人员都只对变电站的庇护回路及控制回路等比力重视而对为继电庇护回路提供能的直流系统的重要性就轻忽了。日常平凡维护一般只是进行一些简单的蓄电池电压测试和尽缘监视等。这就使直流系统往往运行在不成控的状态，这是相当危险的。下面简单谈一下直流系统的组成及工作原理和它的运行与维护。2、典型GZDW直流系统的组成及工作原理
　　直流系统主要由充电模块、控制单元、直流馈电单元（合闸回路、控制回路、庇护回路、旌旗灯号回路、公用回路和事故照明回路等）、降压单元、尽缘监测、蓄电池组等组成。其中主要的装备就是充电模块和蓄电池组。近年来，随着电力技术的成长，高频开关模块型充电装配已慢慢取代相控型充电装配，而阀控式密封铅酸蓄电池已慢慢取代固定型铅酸蓄电池。
　　电力系统现在使用的高频开关电源整流系统比力老式直流系统的年夜区分是模块化设置装备摆设，好比GZDW型智能高频开关直流电源系统凭据功能可划分为高频开关整流模块、监控模块、配电监控模块、调压硅链模块、尽缘监测模块、交流配电单元、蓄电池监测仪、蓄电池组、馈电单元几部门。图1系统原理框图图1系统原理框图　　下面简单分析各个部门的工作原理和功能。
　　交流配电单元:直流系统一般都有两路交流电输进，正常时交流电输进切换开关置于“自动”位置，1路工作，2路备用，交流电经交流输进空气开关、交流接触器、避雷器等送至各个充电模块。
　　高频开关充电模块：三相三线交流电380VAC经三相整流桥整流后酿成脉动的直流，在滤波电容和电感组成的LC滤波电路的作用下，输出约520VDC（2.34X220）左右的直流电压，再逆变为高频电压并整流为40KHZ的高频脉宽调制脉冲电压波，后经太高频整流，滤波后变为220VDC的直流电压，经隔离二极管隔离后输出，一方面给蓄电池充电，另外一方面给直流负载提供正常工作电流。充电模块内部有监控板能监视、控制模块运行情况。由于充电模块自己具有CPU，充电模块也能够脱离监控模块自力运行。
　　调压硅链模块：充电模块在蓄电池浮充时输出一般约为240VDC左右（2.0~2.25X2V为单体的电池个数），在蓄电池均充时一般约为250VDC左右（2.3~2.35X2V为单体的电池个数）送至合闸母线，蓄电池则经蓄电池总保险送至合闸母线，正常时调压硅链的控制开关置于“自动”位置，经硅链自动降压后输出稳定的220VDC，送至控制母线，以上两部门配合组成直流输出系统。当自动调压模块控制电路发生故障时，可以经由过程手动调整，使其输出在合理范围内。调压硅链模块现实分五组，每组由10个硅二极管组成，每组可降0.7X10=7V，五组总共可降5X7V=35V电压。调压硅链模块设计余度较年夜，其输出电流可短时间超越额定值的2～3倍而不至于烧毁硅链。调压硅链模块要是断开，整个控制母线就无电压，也就是整个二次装备无直流电源。现在有种接线方式是在控制母线也挂一个充电模块，设置为手动状态，输出电压调为220V，作为调压硅链模块坏时的备用。
　　配电监控模块：主要是对交流输进和直流输出的监控，可检测三订交流输进电压，蓄电池组端口电压，蓄电池充/放电电流，合闸母线电压，控制母线电压，负载总电流；而且实现空气开关跳闸，防雷器损坏，蓄电池组电压太高/太低，蓄电池组充电过流，蓄电池组熔丝断，合闸母线过/欠压，控制母线过/欠压，各输出支路断路等故障告警。
　　尽缘监测模块：用于监控直流系统电压及其尽缘情况，在直流系统泛起尽缘强度下降（220V直流电压系统通常是低于25KW，110V直流电压系统通常是低于7KW）等异常情况下，发作声光告警，并能找出对应的支路号和对应的电阻值。
　　监控模块：用于对充电模块的监控板、配电监控模块、尽缘监测模块等下级智能监控模块实施数据搜集并加以显示；也可凭据系统的各类设置参数进行告警处置、历史数据经管等；同时对这些处置成效加以判断，凭据分歧的情况进行电池经管，输出控制和故障回叫等操作；此外还包括LCD、键盘等人机界面装备；可实现与后台机的通讯，将数据上传。
　　蓄电池组：作为全站直流系统的后备电源，在充电模块遏制工作时，蓄电池无中断的向直流母线送电；此外，在电磁式断路器进行合闸操作时，合闸电流年夜于100A，此时蓄电池成为合闸电源。
　　GZDW型智能高频开关直流电源系统自动控制的正常运行法式进程为：
　　充电装配正常时浮充电运行，凭据需要设按时间（通常是3个月）采用1.0I10充电电流进行恒流充电，当蓄电池组端电压上升到限压值时（2.3~2.35X2V为单体的电池个数），自动转为电压为（2.3~2.35X2V为单体的电池个数）的恒压充电，1.0I10充电电流逐渐减小，当充电电流减小至0.03~0.05I10电流值时充电装配倒计时起头启动，当整定的倒计时竣事时，充电装配将自动转为正常的浮充电运行，这就完成一个轮回，使蓄电池具有满容状态，确保直流电源运行的平安靠得住。
　　正常浮充运行1~3个月恒流充电电压升至整定值恒压充电电流减小至整定值正常浮充运行3、直流系统的运行与维护
　　现在电力系统的变电站一般都是无人值守的，GZDW型智能高频开关直流电源系统可经由过程监控串口与变电站后台的监控实现通讯，可在调剂端实现对直流系统的“三远”。但仍是需要定期进行一般性的清扫、日常检查等工作。一般220KV及以上变电站依照天天一次，110KV变电站依照一周两次进行周期巡视。
　　在下列情况时要增强巡视：
　1、新投运的装备；
　2、在高温季节、高峰负荷时代和电磁式开关动作频仍时；
　3、在雷雨季节有雷电发生后；
　4、在直流系统或蓄电池的工况不良时；
　5、特殊用电时代。
　　由于直流电压为220VDC，在日常维护中，即使无交流电源接进，系统也处于带电状态。斟酌到220V电源对操作人员及装备平安均有一定的危险性，直流回路怕正极和负极间短路，工作时应戴尽缘手套，使用尽缘工具，必需避免麻木年夜意所酿成的人身或系统事故。　3.1直流屏室和蓄电池室的经管
　　基本要求：保障室内情况的温度、相对湿度、洁净度、静电干扰、噪声、强电电磁干扰等要素合适机房内电源装备和控制装备的要求，保障装备的性能的稳定、运行靠得住、生产平安，保障控制装备的正常供电和蓄电池的应急放电；保障装备的机械性能无缺，装备电气性能合适尺度要求，装备运行稳定靠得住，与装备相关的技术资料、原始记实齐全。
蓄电池组室应安装空调保证温度应在25°C左右，温度对蓄电池的寿命影响较年夜，若在35°C及以上的延续温度下运行，预期寿命削减一半。温渡过低，充电时发生氢气使内压增高，电解液削减，蓄电池寿命也将缩短。
　3.2充电装配的运行及维护
　　运行人员或职直流维护人员应对充电装备进行以下的巡视检查：三订交流输进电压是否平衡或缺相，运行噪声有无异常，各庇护旌旗灯号是否正常，直流输出电压值（合母、控母）和电流值是否准确，各充电模块的输出电流是否均流，正负母线对地的尽缘是否秀，装配通讯是否正常等。
　　运行人员或职直流维护人员出格要注重充电模块自动均充是否准时定期，均充时的充电电流和充电电压是否准确；雷电发生后应实时检查直流装配的防雷装配和充电装配工作是否正常；每月对充电装配作一次清洁除尘工作。
充电装配内部故障时，应实时把故障充电装配取下退出运行，这就是模块化设置装备摆设的益处，在设计上采用N 1的方式，少一个充电装配不影响运行，应实时把坏的充电装配返厂家修理，这时代增强对直流装配的巡视。
　3.3蓄电池的运行及维护
　　500KV变电站一般装设两组蓄电池，可互为备用。220KV、110KV一般装设一组蓄电池，其其实有条件时220KV好装设两组蓄电池，因220KV的继电庇护装配是两重化的，从电流互感器二次侧到断路器跳闸线圈都是两重化，是以，直流系统也宜响应的设置两组，划分对两套庇护及跳闸线圈供电，以利系统平安运行。
　　在正常运行情况下，变电站的二次装备只需由充电模块来供电就行了。现有的变电站，断路器一般有电磁合闸方式和储能合闸方式两种。在电磁式断路器进行合闸操作时，要求直流电源能提供瞬时的合闸电流（20~200ms内提供数百安培的年夜电流），显然仅由充电模块来供电是远远不够的，这时候蓄电池组就阐扬了重要的作用，它能无中断地提供年夜电流，保证断路器的正常合闸，这也是直流系统为什么要有合闸母线的缘由了。在储能合闸方式下，合闸电流远小于充电模块的额定输出电流，不用蓄电池来合闸。现在新建的变电站一般都是这类储能式的断路器，这时候直流系统也就能够不要合闸母线。
　　当电网事故，必然使交流输进电压下降，当充电模块不能正常工作时，蓄电池无中断的向直流母线送电，绝不影响直流电源屏的对外功能，保证二次装备和断路器的准确动作，确保电网的平安运行。而作为后保障的蓄电池，若是其容的不足将会发生严重后果。所以，蓄电池的重要性就就可想而之了，其维护、在线监测一直是年夜家为关心的问题。
　　电池巡检仪作为在线监测装配，可实时发现落后或故障电池，并可检测电池组的温度是否处于正常范围内，但直流系统工作时输出电流较小，电池容的不足或漏液、破损很难经由过程电池巡检仪发现，而电池内阻和电池容的在线测试，准确度照旧不高，其丈精度和靠得住水平凡是只用于定性分析。所以仍是需要运行人员或职直流维护人员对蓄电池进行巡视。
　　巡视项目以下：检查蓄电池毗连片有无松动和侵蚀现象，壳体有无渗漏和变形，是否清洁；极柱与平安阀周围是否有酸雾溢出；尽缘电阻是否下降；蓄电池温度是否正常25°C左右；测试单只蓄电池电压和内阻（通常是几~十几mΩ）是否正常。
　　好能每半月进行一次断开直流系统交流输进电源，让蓄电池来供电，10分钟后测试合母电压（也就是蓄电池组端电压）和控母电压及直流电流是否正常。以此来保证作为后保障的蓄电池工作正常。
　　还要注重对备用弃捐的蓄电池的维护，因蓄电池要自放电而削减容，运用便携式充机电每3个月进行一次弥补充电。
　　由于电池品牌、型号及电池状态的分歧，应凭据现实情况经由过程监控模块重新调整电池充电参数，以保证电池处于秀工作状态。蓄电池寿命通常是10年左右，影响蓄电池寿命的主要身分有：1、过放电2、放电电流过年夜或太小，一般运用I10（蓄电池的额定容/10）的放电电流3、浮充电压设置不合理4、充电电流过年夜或太小，一般运用I10（蓄电池的额定容/10）的充电电流5、充电装备的性能6、温度。
　　凡是以尺度温度25°C下10h放电率（I10）的容为蓄电池的额定容。核对性放电用I10的放电电流放电5小时，2V的蓄电池端电压不低于2V则蓄电池容及格。全核对性放电用I10的放电电流放电10小时，2V的蓄电池端电压不低于1.8V则蓄电池容及格。新安装的蓄电池在弥补电后，应进行全核对性放电实验，以考核电池容。变电站只有一组蓄电池时，在运行中一般用核对性放电来考核蓄电池的容是否及格，周期可为1-2-2-1方式。即新投运1年内进行一次，尔后每2年进行一次，运行5年后每一年进行一次。
　　在核对性放电中需要注重以下几点：
　1、为了确保直流系统运行的平安靠得住，蓄电池不能退出运行，当有单只蓄电池端电压低于2V或蓄电池组端电压降至2XN（2V为单体的电池个数）时应立即遏制放电进行弥补充电。
　2、放电器电流=I10-全站直流负载电流，这样总的放电电流才是I10。
　3、变电站内有电磁式断路器退出它的重合闸或备自投装配，而且这时代不要合电磁式断路器。
　4、当有单只蓄电池端电压低于2V，其内阻年夜于正常时，说明这只蓄电池的容已不足，不能正常运行。由于蓄电池组都是串联的，这只蓄电池的内阻增年夜，它内阻的分压就年夜，当年夜到一定的值时，就会蓄电池组不能输出。这时候需要立即把它取下退出运行。怎样取下呢？不能直接把该蓄电池的连线断开，这样整个蓄电池组就退出运行了，这长短常危险。我向年夜家推荐一种方式，就是事前准备好一个年夜功率的二极管，二极管的P极与该蓄电池的负极连线的另外一端毗连好，二极管的N极与该蓄电池的正极连线的另外一端毗连好，这样该蓄电池就被二极管短接，再断开该蓄电池的连线，取下蓄电池，把连线接好，取下二极管即可，这样就不会影响蓄电池组正常运行。这时候还需要重新调整监控模块的蓄电池充电参数，由于少了一个蓄电池充电参数响应的也要变小，否则对剩下蓄电池就会泛起过充。单体蓄电池是2V的少只数为103只，单体蓄电池是12V的少只数为17只。4常见系统故障的缘由及处置
　　直流系统的故障有很多，就纷歧一列出了，只举几个常见的故障。
　4.1阀控蓄电池的故障和处置
　　1）阀控蓄电池壳体鼓胀变形
　　酿成的缘由有：充电电流过年夜，充电电压跨越了2.4VXN(2V为单体的电池个数)；蓄电池内部有短路或局部放电等造成温升超标；阀控失灵使蓄电池不能实现高压排气，内部压力超标等。处置方式：进行核对性放电，容达不到额定值80以上的蓄电池应进行更换；运行中削减充电电流，下降充电电压，检查平安阀体是否堵死。
　　2）浮充电时，蓄电池电压误差较年夜（年夜于平均值±0.05V）
　　酿成的缘由：蓄电池制造进程涣散性年夜；寄存时间长，又没按划定弥补电。处置方式：问题，应更换不及格产物；寄存问题，应按要求进行全容频频充放2~3次，使蓄电池恢复容，削减电压的误差值。
　　3）运行中浮充电压正常，但一放电，电压很快下降到终止电压值
　　酿成的缘由：蓄电池内部失水干，电解物资变。处置方式是更换蓄电池。
　　4）核对性放电时，蓄电池放不出额定容
　　酿成的缘由：蓄电池持久欠充电，单体蓄电池电压浮充时低于2.23~2.28V，造成极板硫酸盐化；深度放电频仍（如每月一次）；蓄电池放电后没有立即充电，极板硫酸盐化。处置方式：浮充电压运行时，单体蓄电池电压应连结在2.23~2.28V；避免深度放电；对核对性放电达不到额定容的蓄电池，应进行3次核对性放电，若容仍达不到额定容的80以上，应更换蓄电池组。
　4.2系统监控故障和处置
　GZDW系统监控模块焦点由486CPU的工控主板组成，监控模块作为系统数据存储处置的中心，聚集了系统所需的全数数据和信息。凡是造成监控诉警的主要缘由有：
　　（1）系统硬件、软件故障；（2）毛病的系统设置；（3）用户端发生的告警信息。
　　日常维护中年夜部门告警信息都可经由过程监控器的响应记实进行查询。系统电气故障应更换响应器件，用户端故障则由各制造商作出响应处置。受直流系统的工作情况和操作进程影响，少数情况下外界干扰或监控内部硬件“瞬间故障”可能造成系统误告警或监控死机现象。泛起没法自动恢复的软件故障可经由过程系统菜单中所提供的“初始化”功能对监控器进行重新设置，需注重的是初始化后系统参数必需重新输进。所以系统调试开通后，户应记实下所需的参数设置。如“初始化”没法破除系统故障，则必需将其退出运行，由厂方人员进行检查修复。
　　监控系统另外一类常见故障是通讯故障，GZDW系统采用的是RS422串行隔离通讯口进行内部通讯。RS422采用全双工平行驱动和差分输进方式进行数据传送，系统抑制共模干扰能力强、通讯速度高，各监控单元旌旗灯号可实时传输。由于系统采用询问方式进行通讯，当整流模块或检测装配内部故障时，工控机未能按时收到其反馈信息。监控法式会作出短时间的期待，通讯速度会有所下降。如接连3次未能收到协议划定花式的反锅诈，工控机将显示响应单元通讯不顺畅。造成通讯不顺畅通无阻缘由较多，经常使用解决方式为：
　　（1）检核对应装备是否已开机工作，通讯线是否联接好，若否，则开启响应装备，联接好通讯线；（2）检查主监控“系统设置装备摆设”和“装备设置装备摆设”各参数设置是否与现实情况一致。若否，则参照基本操作修改响应参数设置；（3）若是是整流模块通讯不顺畅，则在上述根蒂根基上再检查各整流模块地址号是否有堆叠，和地址号与主监控“装备设置装备摆设”中模块号设置是否一致。若否，应参照基本操作重新设置地址号及模块号。
　
　4.3直流系统尽缘故障和处置
　　直流系统的正、负母线尽缘电阻均不能低于划定门限值，当任何一点泛起接地故障时将会打乱变电站的整个正常运行秩序，造成控制、旌旗灯号、庇护的严重紊乱，必需迅速破除故障，以免泛起两点同时接地短路而酿成的直流系统熔断器熔断及使断路器泛起误动、拒动等。
　　GZDW系统尽缘监测有母线监察和支路放哨两种方式。母线监测式仅监测母排同庇护地间尽缘电阻的变化情况。支路放哨则可同时监测母排和各支路的尽缘状态，并作出响应告警。
发生尽缘告警的主要缘由有以下：其分路出线受潮、破损或负载装备安装毛病；GZDW系统在运输、开箱、安装进程中泛起的导电异物等。
　　查找直流接地故障的一般顺序：
　　（1）分清接地故障的极性，粗约分析故障发生的缘由：长时阴雨天气，会使直流系统尽缘受潮，室外端子箱、机构箱、接线盒是否因密封不良进水等；站内二次回路上有无人员在工作、是否与工作有关。
　　（2）将直流系统分成几个不相联系的部门，即用分网法缩小查找范围。
　　（3）对于不太重要的直流负荷及不能转移的分路，哄骗“瞬停法”（一般不应跨越3s），各站应凭据本站情况在现场运规中制定拉路顺序；对于较重要的直流负荷，用转移负荷法，查找该分路所带回路有无接地。
　　（4）若是接地址是在GZDW系统内，可以采用逐段破除来确认告警具体位置。具体方式是：依次抽出充电模块；断开各功能单元和母线间的熔断器毗连；断开蓄电池接进开关。分段、分步丈故障母线同庇护地间的电压状态。凡是，GZDW系统出厂后发生电气故障可能性较小，在找出“故障段”后，其故障点多可经由过程目测直接发现。
　　（5）肯定接地址所在部位后，再慢慢缩小范围认真查找，直到查出接地址并消除为止。
在现实工作中，由于直流输出凡是未便全数同时断开，一般采用断开一回路，判断故障是否消失，若告警照旧，合上此输出馈路，再断开另外一回路，重复以上进程来判断接地址。由于站内负载间可能存在环路电阻R,当R小于尽缘电阻告警门限值或多路同时告警的时辰，此种方式容易得犯错误的成效。逐路开断后毛病认为接地址位于GZDW系统内部，所以在情况不明时，必需同时断开全数馈电回路来进行判断。5竣事语
　　应当说直流系统相对继电庇护是比力简单的，只要我们从上到下重视它，认真学习和执行电力系统关于直流系统的规程划定，是完全可以做到平安运行的。
参考文献：[1]　孙成宝、徐海明等，直流装备检修，北京，中国电力出书社，2003年。

　　作者简介：王政（1977-），男，本科，工程师，四川乐山电局，从事继电庇护工作。