变电站直流电源系统的组成及运行维护

变电站直流电源系统的组成及运行维护,安全在我心中，质量在我手中；努力超越，追求超越,一、概述,在变电站中，直流电源是核心，（举个简单的例子比如人身，我们人身的血液，它在我们身体里不断的流动，为我们输送养分提供动力身体健康。如果血液不流动了那怎么样？同样道理直流系统它与人身的输血系统一样，为变电站的可靠、稳定、安全的运行起到重要的地位。试想下假如变电站失去了直流电源，将产生什么样的后果？）为断路器分合闸及二次回路中的仪表、继电保护和事故照明等提供直流电源，它的重要性就可想而知了，它就相当于是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。但是从2007年直流班组与保护班合并后，很多原来的直流检修工作人员改变了工种从事其他工作，而继保技术人员都只对变电站的保护回路及控制回路等比较重视而对为继电保护回路提供能量的直流系统的重要性就忽视了。平时维护一般只是进行一些简单的蓄电池电压测试和绝缘监视等。这就使直流系统往往运行在不可控的状态，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、直流电源系统的组成,直流电源系统的主回路由交流配电单元、充电装置、蓄电池组、降压装置和用于电能分配的母线和馈线几部分组成。由监控装置、绝缘监测装置、蓄电池组电压巡检装置组成的监控系统，作为二次回路，为直流系统的正常运行提供保证,3、典型GZDW直流系统的组成及工作原理,直流系统主要由交流配电、充电模块、控制单元、直流馈电单元（合闸回路、控制回路、保护回路、信号回路、公用回路以及事故照明回路等）、降压单元、绝缘监测、蓄电池组等组成。其中最主要的设备就是交流配电、充电模块和蓄电池组。近年来，随着电力技术的发展，高频开关模块型充电装置已逐步取代相控型充电装置，而阀控式密封铅酸蓄电池已逐步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较老式直流系统的最大区别是模块化配置，比如GZDW型智能高频开关直流电源系统根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、绝缘监测模块、交流配电单元、蓄电池监测仪、蓄电池组、馈电单元几部分。下面简单分析各个部分的工作原理和功能。交流配电单元:直流系统一般都有两路交流电输入，正常时交流电输入切换开关置于“自动”位置，1路工作，2路备用，交流电经交流输入空气开关、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变成脉动的直流，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，最后经过高频整流，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。由于充电模块本身具有CPU，充电模块也可以脱离监控模块独立运行。,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（2.02.25X2V为单体的电池个数），在蓄电池均充时一般约为250VDC左右（2.32.35X2V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，以上两部分共同组成直流输出系统。当自动调压模块控制电路发生故障时，可以通过手动调整，使其输出在合理范围内。调压硅链模块实际分五组，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大，其输出电流可短时间超出额定值的23倍而不至于立刻烧毁硅链。调压硅链模块要是断开，整个控制母线就无电压，也就是整个二次设备无直流电源。,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：主要是对交流输入和直流输出的监控，可检测三相交流输入电压，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；并且实现空气开关跳闸，防雷器损坏，蓄电池组电压过高/过低，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。绝缘监测模块：用于监控直流系统电压及其绝缘情况，在直流系统出现绝缘强度降低（220V直流电压系统一般为低于25K，110V直流电压系统一般为低于7K）等异常情况下，发出声光告警，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、绝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；也可根据系统的各种设置参数进行告警处理、历史数据管理等；同时对这些处理结果加以判断，根据不同的情况进行电池管理，输出控制和故障回叫等操作；,此外还包括LCD、键盘等人机界面设备；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，在充电模块停止工作时，蓄电池无间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，合闸电流大于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程序过程为：充电装置正常时浮充电运行，根据需要设定时间（一般为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（2.32.35X2V为单体的电池个数），自动转为电压为（2.32.35X2V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0.030.05I10电流值时充电装置倒计时开始启动，当整定的倒计时结束时，充电装置将自动转为正常的浮充电运行，这就完成一个循环，使蓄电池随时具有满容量状态，确保直流电源运行的安全可靠。,正常浮充运行13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通过监控串口与变电站后台的监控实现通讯，可在调度端实现对直流系统的“三遥”。但还是需要定期进行一般性的清扫、日常检查等工作。一般220KV及以上变电站按照每天一次，110KV变电站按照一周两次进行周期巡视。在下列情况时要加强巡视：1、新投运的设备；2、在高温季节、高峰负荷期间和电磁式开关动作频繁时；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、特殊用电期间。,由于直流电压为220VDC，在日常维护中，即使无交流电源接入，系统也处于带电状况。考虑到220V电源对操作人员及设备安全均有一定的危险性，直流回路最怕正极和负极间短路，工作时应戴绝缘手套，使用绝缘工具，必须防止麻痹大意所造成的人身或系统事故。3.1直流屏室和蓄电池室的管理基本要求：保障室内环境的温度、相对湿度、洁净度、静电干扰、噪声、强电电磁干扰等要素符合机房内电源设备和控制设备的要求，保障设备的性能的稳定、运行可靠、生产安全，保障控制设备的正常供电和蓄电池的应急放电；保障设备的机械性能完好，设备电气性能符合标准要求，设备运行稳定可靠，与设备相关的技术资料、原始记录齐全。蓄电池组室应安装空调保证温度应在25C左右，温度对蓄电池的寿命影响较大，若在35C及以上的持续温度下运行，预期寿命减少一半。温度过低，充电时产生氢气使内压增高，电解液减少，蓄电池寿命也将缩短。,4、充电装置的运行及维护,运行人员或专职直流维护人员应对充电设备进行如下的巡视检查：三相交流输入电压是否平衡或缺相，运行噪声有无异常，各保护信号是否正常，直流输出电压值（合母、控母）和电流值是否正确，各充电模块的输出电流是否均流，正负母线对地的绝缘是否良好，装置通讯是否正常等。运行人员或专职直流维护人员特别要注意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正确；雷电发生后应及时检查直流装置的防雷装置和充电装置工作是否正常；每月对充电装置作一次清洁除尘工作。充电装置内部故障时，应及时把故障充电装置取下退出运行，这就是模块化配置的好处，在设计上采用N+1的方式，少一个充电装置不影响运行，应及时把坏的充电装置返厂家修理，这期间加强对直流装置的巡视。,一、巡视,1.巡视分类分为日常巡视和特殊巡视2.巡视周期日常巡视与变电站内其它运行电气设备日常巡视周期一致，日常巡视应每周至少一次。特殊巡视按照各局变电运行管理标准执行。3.巡视要求3.1巡视过程中运行人员应填写巡视记录。3.2巡视过程中发现的缺陷应按缺陷管理的要求及时处理上报。3.3巡视用测量仪表的量程和精度应符合要求。,充电装置的运行及维护具体措施有：,4.日常巡视项目,检查光字牌，确认是否有告警指示,检查所有表计，查看指示值是否在正常范围内，对重要数据做好记录,4.1表计显示、告警信号灯状态检查,注：重要数据有蓄电池电压、浮充电流和直流母线电压,4.2系统监控单元检查,4.3调压功能检查,调压开关,降压硅链,继电器,4.4高频充电模块检查,核对“空开投退表”确认所有馈线开关状态与表格一致,4.5馈电开关工作位置及信号灯检查,检查所有“合位”的空开所对应的指示灯应该点亮,注：至少每年一次,4.6标识检查直流电源设备标识清晰，无脱落,在绝缘监测仪菜单中检查直流正、负母线对地的绝缘状况,4.7直流系统绝缘状况检查,要求正、负母线对地电阻应符合附1的要求,附1：正、负母线对地电阻、对地电压要求表,4.8蓄电池检查,附2：蓄电池电压允许偏差表,1.年度检查周期直流屏年度检查为1年一次；投运6年内的蓄电池组年度检查为1年一次，投运6年及6年以上的蓄电池组为6个月一次；各供电局可结合设备运行情况缩减其检查周期。,二、年度检查（专项维护、部份检查）,2.直流屏年度检查项目,3.蓄电池组年度检查项目,三、定期检验,定期检验周期直流屏应每23年进行一次定期检验；投运6年内的蓄电池组定期检验为每23年一次，投运6年及6年以上的蓄电池组为1年一次各供电局可结合设备运行情况缩减其检查周期。,2.直流屏定期检验项目,附3保护报警及三遥功能检验,附4控制程序试验,附5稳压功能检查,在做稳压功能检查的同时，用高精度多用数字表（如Fluke8840A）的交流毫伏档测量充电机直流输出中的交流分量有效值，计算纹波系数。计算公式：,式中：pp纹波电压峰值系数，Upp纹波电压峰峰值，Udc直流电压平均值,附6纹波系数检查,附7并机均流功能检查,附8稳流功能检查,附9降压硅链电压调整功能检查,5、系统监控故障和处理,GZDW系统监控模块核心由486CPU的工控主板组成，监控模块作为系统数据存储处理的中心，汇集了系统所需的全部数据和信息。通常造成监控告警的主要原因有：（1）系统硬件、软件故障；（2）错误的系统设置；（3）用户端产生的告警信息。日常维护中大部分告警信息都可通过监控器的相应记录进行查询。系统电气故障应更换相应器件，用户端故障则由各制造商作出相应处理。受直流系统的工作环境和操作过程影响，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。出现无法自动恢复的软件故障可通过系统菜单中所提供的“初始化”功能对监控器进行重新设置，需注意的是初始化后系统参数必须重新输入。所以系统调试开通后，户应记录下所需的参数设置。如“初始化”无法排除系统故障，则必须将其退出运行，由厂方专业人员进行检查修复。,监控系统另一类常见故障是通信故障，GZDW系统采用的是RS422串行隔离通信口进行内部通信。RS422采用全双工平行驱动和差分输入方式进行数据传送，系统抑制共模干扰能力强、通讯速率高，各监控单元信号可实时传输。由于系统采用询问方式进行通信，当整流模块或检测装置内部故障时，工控机未能按时收到其反馈信息。监控程序会作出短时间的等待，通信速度会有所降低。如连续3次未能收到协议规定格式的反锅诈，工控机将显示相应单元通信不畅。造成通讯不畅通无阻原因较多，常用解决方法为：（1）检查对应设备是否已开机工作，通讯线是否联接好，若否，则开启相应设备，联接好通讯线；（2）检查主监控“系统配置”和“设备配置”各参数设置是否与实际情况一致。若否，则参照基本操作修改相应参数设置；（3）如果是整流模块通讯不畅，则在上述基础上再检查各整流模块地址号是否有重叠，以及地址号与主监控“设备配置”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。,6、直流系统绝缘故障和处理,直流系统的正、负母线绝缘电阻均不能低于规定门限值，当任何一点出现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、信号、保护的严重紊乱，必须迅速排除故障，以免出现两点同时接地短路而造成的直流系统熔断器熔断及使断路器出现误动、拒动等。GZDW系统绝缘监测有母线监察和支路巡查两种方式。母线监测式仅监测母排同保护地间绝缘电阻的变化情况。支路巡查则可同时监测母排和各支路的绝缘状况，并作出相应告警。发生绝缘告警的主要原因有以下：其分路出线受潮、破损或负载设备安装错误；GZDW系统在运输、开箱、安装过程中出现的导电异物等。,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原因：长时阴雨天气，会使直流系统绝缘受潮，室外端子箱、机构箱、接线盒是否因密