论文部分内容阅读
[摘要]：本文通过一次变电站直流系统异常事件的处理及分析，简要的介绍了变电站直流系统的作用及其组成部分，对该次事件中直流系统存在的一些设计缺陷提出了一些整改意见。并给出了直流系统运行过程中的一些注意事项及常见直流异常的处理办法，对变电运行人员日常工作中的直流系统运维有一定的借鉴意义。
[关键词]：直流系统 异常处理 注意事项
中图分类号：C931.6 文献标识码：C 文章编号：1009-914X(2012)29- 0285 -02
1 变电站直流系统的作用及其组成部分
1.1 变电站直流系统的作用
变电站的直流系统是为各类设备、操作等提供直流电源的电源设备，是变电站的重要部分，主要用于自动装置、信号装置、开关控制、事故照明、系统监控等。变电站的直流系统是独立的操作电源，因此系统运行方式是不会影响直流系统的，即便是外部交流电突然中断，其后备电源——蓄电池也会继续供电，保证供电的持续稳定。
变电站直流系统的组成部分及作用
1.2.1直流系统结构
直流系统的主要设备放置于电池屏和直流屏（直流充电屏）内。电池屏放置阀控式密封铅酸蓄电池。直流屏主要是由机柜、整流模块、降压单元、监控模块、电池巡检单元、绝缘监测单元、开关量检测单元和一系列的交流输入、直流输出等配电单元。其结构图如图1所示：
1.2.2 蓄电池简介：
电池屏是一个可以摆放多节电池的机柜，目前使用比较多的电池是阀控式密封免维护铅酸电池。一般情况下，电池屏中的电池是由2～12V的电池以9节到108节以串联的方式组成，其对应电的电压输出也就是110V或220V。
蓄电池是变电站直流系统的重要组成部分，是直流系统中不可缺少的设备，它作为直流供电电源，主要担负着为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保继电保护、自动装置、通信设备的正常运行。蓄电池作为变电站的备用能源变电所的直流系统是继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证，其稳定运行对防止系统破坏性事故扩大和设备严重损坏至为重要。 如交流整流模块出现异常，不能直接供给直流系统，则蓄电池通过自身放电，提供直流电源给站内装置，直至交流模块恢复正常工作。
1.2.3 充电装置简介
充电装置主要是把交流电通过整流转换成直流电的一个单机模块，通常是以通过电流大小来标称（如2A模块、5A模块、10A模块、20A模块等），按设计理念的不同也可以分为：独立风道模块、风冷模块、自能风冷模块、自冷模块和自能自冷模块。
充电装置正常运行状态下提供给直流母线直流电压，同时对蓄电池进行浮充电，也可以通过参数设置对蓄电池进行核对性充放电、均衡充电等。
1.2.4 微机监控器简介
监控系统是对整个直流系统进行控制和管理的核心。主要功能是：长期自动对系统中各功能模块及蓄电池的状态和参数进行监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量得到的数据及运行状态及时进行处理，并以此为依据对系统进行控制，实现电源系统的全自动管理，保证其工作的连续性、可靠性和安全性。
1.2.5 直流系统绝缘监测单元简介
直流电源采用不接地系统,一旦发生接地,应尽快查找接地点,消除接地故障;否则,引起控制、保护系统继电器的误动作,使事故扩大。
直流系统绝缘监测单元是一种监视直流系统绝缘情况的装置，可实时监测线路对地漏电阻，此数值可根据具体情况设定。当线路对地绝缘降低到设定值时，系统就会发出告警信号。
1.2.6 降压单元简介
电力系统所需的直流电源都是由直流蓄电池系统提供的，而其母线的输出一般包括合闸母线和控制母线两个部分。合闸母线的电压即为充电装置输出电压值，合闸母线的电压高，其作用是为电磁操作机构提供操作电源，其工作时间短，负荷冲击大，但对电压范围要求较宽。控制母线的电压要比合闸母线的电压低，因为其特点是连续用电，用电量相对较小，但对电压稳定性要求较高，所以用来为继电保护装置、自动装置、事故照明等负荷提供电源。而充电装置在满足给蓄电池正常充电的情况下，其输出电压要高于控制母线电压，要满足控制母线能正常工作，必须把合闸母线电压降至一定范围，形成控制母线。
直流电源系统中调压装置主要有以下几种：（1）采用“手动直流电压调节器”的调压装置；（2）采用“电动直流电压调节器”的调压装置；（3）采用硅二极管降压方式的直流电压自动调节装置；（4）采用“晶体管直流开关电源”的直流调压装置；（5）采用高频斩波技术的无级调压装置。
现在变电站多采用“硅二极管降压方式”的直流电压自动调节装置。
1.2.7 直流系统负载简介
站內的直流负载主要可以分成三类:
①保护装置、测控装置和控制回路,它们之间的配合联系紧密,因此共同作为一类直流供应对象;
②后台计算机等设备,虽然一般采用交流220 V供电,但为改善交流电源供应的质量和可靠性,采用了UPS系统,而UPS需要将直流作为其能量输入的一个来源,因此,也将其作为一种直流负载对待;
③通信系统采用-48 V直流电源,与站内其它设备使用的±110 V电源不配套,因此,必须另起一套直流系统来保障对此类设备的供电。对于站内的这三类直流负载,分别采用了三组供电设备。
2 直流异常事件分析
2.1 事件发生及处理经过
2011年11月02日05时50分，天气晴。05：50，徐州监控中心通知：220kV甲变电站内，220kV甲倪2W77线、甲吴2W53线发931A装置闭锁，220kV甲变电站2200kV（母联开关除外）、110kV开关变位，上传数据不刷新。
2.2 故障原因分析
我们可以看出，虽然系统中存在交流切换装置，当其作用是：1路、2路400V电压进入切换装置后，正常时，1路（2路）电压工作，如1路（2路）失电后，其对应的电压继电器动作，自动投入2路（1路）电压，可以实现失电后自动切换，保证交流不断电。由于单个充电单元故障，跳开了交流切换装置输入至充电机的交流进线开关，使得1/2路交流电都无法进入充电机。 从这里我们可以看出，如果6个充电单元的任一个出现故障，造成的后果可能都是使得整个充电机失电。那有没有方法使得单一充电单元故障后，只是其本身自动退出运行，而不影响其他单元工作，从而保证整个充电机的正常运行呢？
在一些直流设备的厂家，如南京南瑞生产的直流充电单元中，每个模块相互独立，各自通过单元本身自带的小空开，可实现单个单元的带电投停。即如果1号充电单元内部故障，它本身的小空开将会跳闸，隔离它和整组充电机，保证其余5个单元的正常运行。
而该变电站采用的充电单元，没有此类的小空开，如何实现和南瑞生产的设备的类似功能呢？我们会同检修部门及生产厂家，经过研究后，发现可在直流充电屏后的端子排上，给各个充电单元装设单独的小空开，使其故障时，跳开本身空开，避免跳开至充电机的交流进线开关。
在此次异常的处理过程中，也暴露出了一个重要问题，即为何在直流系统失去交流进线后，在蓄电池已开始放电的整个过程中，如何没有相关的信号上传至调度监控部门？
后经我们研究及保护人员确认后，故障信息没有被及时发现的主要原因：直流系统的故障信息（“直流故障”、“直流异常”）目前通过直流硬接点送至公用测控装置遥信，同时用软报文传至后台，由于后台并不将该软报文上传调度/监控。故如果监控能收到的信号，必然是由直流系统硬接点发出的，而公用测控装置因直流电压过低无法正常工作，故硬接点信号也未能将故障信息正常上传至后台。如下图，如果我们能将虚线部分补充完整，即使硬件接点由于某种原因无法将故障信息上传，也能通过软件报文信号传至监控中心，实现了信号上传的双重化配置。那么此次事件就完全可以避免发生。
2.3 处理对策
针对此次事件的发生，变电运行部门会同检修部门一起商量今后的工作中，如何避免类似的事件发生。一致认为按照“双重化”的设计理念，保护上传信号也应该实行“双重化”，即“硬件接点+软件报文”。由于前期设计或者设备的种种原因，一些老的变电站虽然经过综合自动化改造，仍不具备信息上传的“双重化”。
1、为每个直流充电单元装设单独的小空开，确保单个单元故障不影响整组充电机运行。
2、完善故障信息上传手段。对所辖所有的站信息上传通道进行排查，配合检修人员增加有关信息上传、故障信息交叉互传等措施，进一步降低设备故障信息漏报几率。
3、加强运行巡视管理，落实责任状，提高巡视质量、确保巡视到位。加强对远動通讯屏及相应公共测控屏设备的检查力度，重视该类设备的日常运行。
4、加强对运行值班人员交直流系统相关知识的培训。
5、提醒监控中心加强对变电站交直流电压的日常监控。如每天监视一次交直流母线电压情况，就可以及早地发现很多异常情况。
6、交直流出现异常时，如相关保护发异常及闭锁信号，一定要及时停用母线上所连接的保护装置，停用故障蓄电池或充电模块后，切换到正常母线后，再恢复停用的保护装置。
2.4 其他异常处理
直流系统在运行过程中难免会出现一些异常情况，我们应该如何处理这些异常情况？下面我们将一些常见的异常逐一简要分析：
1、充电单元故障
如在日常运行巡视过程中或者地区监控中心通知直流系统存在故障。到现场查看分析故障，充电单元故障，一般可以从几个方面判断，如单个充电单元故障，因为每个充电单元上面都有运行指示灯，如果它正常运行，其运行指示灯会正常燃亮，如果它出现故障无法正常运行，则其运行指示灯会熄灭；另外可以从微机监控系统中的告警信息查询中，查找出某个充电单元是否故障的信息。
找出故障充电单元后，检查充电机输出电压、电流正常的情况，隔离故障模块。如有单独小空开的单元，直流拉开其空开；如无单独空开，对于大多数型号的充电单元来说，可以卸下其固定的螺丝，直接带电拔出其模块即可。
2、充电模块故障造成，交流总进线空开跳开，母线电压低尚未造成保护闭锁或装置故障：
1）拉开充电机输出开关，即将QS101从“至母线”位置且至“停用”位置
2）隔离故障模块或停用各模块的分路开关。隔离方法如上文所述。
3)试送交流进线开关。即合上QF1空开。
4）逐路试送各非故障模块的分路开关。
5）检查直流母线电压及充电电压是否正常。
3、充电机故障，且蓄电池过放电。
这种情况下，无法使用本组的充电机及蓄电池了，必须用另一正常母线来带两条母线的所有负荷。
1）如故障母线的电压已很低，两条母线电压差大于3V，则在并列以前，最好停用故障母线上所连接负荷，将相应保护改信号或者停用。
2）拉开充电机输出开关，即将QS101从“至母线”位置且至“停用”位置。
3）拉开蓄电池输出开关，即QF102 1组蓄电池开关。
4）合上母联开关，即QS3 Ⅰ段Ⅱ段直流母线联络开关。
5）待两条母线电压基本均衡后，再投入刚退出的保护。
3．结束语
直流系统虽然组成部件不多，当其对变电站的重要性不言而喻。本人通过经历过的一起直流异常事件处理，对直流系统的运行及操作有了一些新的认识，由于水平有限，难免有疏漏的地方，请各位专家多提宝贵意见，以便本人加深对直流系统的认识，提高自身的技能水平，在日常的运维工作中，保证安全运行。
参考文献:
[1] 蔡燕光。 浅谈变电站直流系统的运行和维护。中国高新技术企业，2011,07,120-121
[2] 方明明，苏传彤。变电站直流电源系统优化与实例计算。科技传播，2009，第4期，178
[3] 谢聪乾。变电站直流电源运行与维护的探讨。电力电网，2011，第4期，27-29
[4] 王永，变电站直流系统的运行分析和改进措施，电工技术应用，2007.
作者简介：丁林（1982-），男，四川绵阳人，研究方向：超高压变电站运维管理
崔丽平（1983-），女，山东潍坊人，研究方向：高校图文信息管理
[关键词]：直流系统 异常处理 注意事项
中图分类号：C931.6 文献标识码：C 文章编号：1009-914X(2012)29- 0285 -02
1 变电站直流系统的作用及其组成部分
1.1 变电站直流系统的作用
变电站的直流系统是为各类设备、操作等提供直流电源的电源设备，是变电站的重要部分，主要用于自动装置、信号装置、开关控制、事故照明、系统监控等。变电站的直流系统是独立的操作电源，因此系统运行方式是不会影响直流系统的，即便是外部交流电突然中断，其后备电源——蓄电池也会继续供电，保证供电的持续稳定。
变电站直流系统的组成部分及作用
1.2.1直流系统结构
直流系统的主要设备放置于电池屏和直流屏（直流充电屏）内。电池屏放置阀控式密封铅酸蓄电池。直流屏主要是由机柜、整流模块、降压单元、监控模块、电池巡检单元、绝缘监测单元、开关量检测单元和一系列的交流输入、直流输出等配电单元。其结构图如图1所示：
1.2.2 蓄电池简介：
电池屏是一个可以摆放多节电池的机柜，目前使用比较多的电池是阀控式密封免维护铅酸电池。一般情况下，电池屏中的电池是由2～12V的电池以9节到108节以串联的方式组成，其对应电的电压输出也就是110V或220V。
蓄电池是变电站直流系统的重要组成部分，是直流系统中不可缺少的设备，它作为直流供电电源，主要担负着为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保继电保护、自动装置、通信设备的正常运行。蓄电池作为变电站的备用能源变电所的直流系统是继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证，其稳定运行对防止系统破坏性事故扩大和设备严重损坏至为重要。 如交流整流模块出现异常，不能直接供给直流系统，则蓄电池通过自身放电，提供直流电源给站内装置，直至交流模块恢复正常工作。
1.2.3 充电装置简介
充电装置主要是把交流电通过整流转换成直流电的一个单机模块，通常是以通过电流大小来标称（如2A模块、5A模块、10A模块、20A模块等），按设计理念的不同也可以分为：独立风道模块、风冷模块、自能风冷模块、自冷模块和自能自冷模块。
充电装置正常运行状态下提供给直流母线直流电压，同时对蓄电池进行浮充电，也可以通过参数设置对蓄电池进行核对性充放电、均衡充电等。
1.2.4 微机监控器简介
监控系统是对整个直流系统进行控制和管理的核心。主要功能是：长期自动对系统中各功能模块及蓄电池的状态和参数进行监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量得到的数据及运行状态及时进行处理，并以此为依据对系统进行控制，实现电源系统的全自动管理，保证其工作的连续性、可靠性和安全性。
1.2.5 直流系统绝缘监测单元简介
直流电源采用不接地系统,一旦发生接地,应尽快查找接地点,消除接地故障;否则,引起控制、保护系统继电器的误动作,使事故扩大。
直流系统绝缘监测单元是一种监视直流系统绝缘情况的装置，可实时监测线路对地漏电阻，此数值可根据具体情况设定。当线路对地绝缘降低到设定值时，系统就会发出告警信号。
1.2.6 降压单元简介
电力系统所需的直流电源都是由直流蓄电池系统提供的，而其母线的输出一般包括合闸母线和控制母线两个部分。合闸母线的电压即为充电装置输出电压值，合闸母线的电压高，其作用是为电磁操作机构提供操作电源，其工作时间短，负荷冲击大，但对电压范围要求较宽。控制母线的电压要比合闸母线的电压低，因为其特点是连续用电，用电量相对较小，但对电压稳定性要求较高，所以用来为继电保护装置、自动装置、事故照明等负荷提供电源。而充电装置在满足给蓄电池正常充电的情况下，其输出电压要高于控制母线电压，要满足控制母线能正常工作，必须把合闸母线电压降至一定范围，形成控制母线。
直流电源系统中调压装置主要有以下几种：（1）采用“手动直流电压调节器”的调压装置；（2）采用“电动直流电压调节器”的调压装置；（3）采用硅二极管降压方式的直流电压自动调节装置；（4）采用“晶体管直流开关电源”的直流调压装置；（5）采用高频斩波技术的无级调压装置。
现在变电站多采用“硅二极管降压方式”的直流电压自动调节装置。
1.2.7 直流系统负载简介
站內的直流负载主要可以分成三类:
①保护装置、测控装置和控制回路,它们之间的配合联系紧密,因此共同作为一类直流供应对象;
②后台计算机等设备,虽然一般采用交流220 V供电,但为改善交流电源供应的质量和可靠性,采用了UPS系统,而UPS需要将直流作为其能量输入的一个来源,因此,也将其作为一种直流负载对待;
③通信系统采用-48 V直流电源,与站内其它设备使用的±110 V电源不配套,因此,必须另起一套直流系统来保障对此类设备的供电。对于站内的这三类直流负载,分别采用了三组供电设备。
2 直流异常事件分析
2.1 事件发生及处理经过
2011年11月02日05时50分，天气晴。05：50，徐州监控中心通知：220kV甲变电站内，220kV甲倪2W77线、甲吴2W53线发931A装置闭锁，220kV甲变电站2200kV（母联开关除外）、110kV开关变位，上传数据不刷新。
2.2 故障原因分析
我们可以看出，虽然系统中存在交流切换装置，当其作用是：1路、2路400V电压进入切换装置后，正常时，1路（2路）电压工作，如1路（2路）失电后，其对应的电压继电器动作，自动投入2路（1路）电压，可以实现失电后自动切换，保证交流不断电。由于单个充电单元故障，跳开了交流切换装置输入至充电机的交流进线开关，使得1/2路交流电都无法进入充电机。 从这里我们可以看出，如果6个充电单元的任一个出现故障，造成的后果可能都是使得整个充电机失电。那有没有方法使得单一充电单元故障后，只是其本身自动退出运行，而不影响其他单元工作，从而保证整个充电机的正常运行呢？
在一些直流设备的厂家，如南京南瑞生产的直流充电单元中，每个模块相互独立，各自通过单元本身自带的小空开，可实现单个单元的带电投停。即如果1号充电单元内部故障，它本身的小空开将会跳闸，隔离它和整组充电机，保证其余5个单元的正常运行。
而该变电站采用的充电单元，没有此类的小空开，如何实现和南瑞生产的设备的类似功能呢？我们会同检修部门及生产厂家，经过研究后，发现可在直流充电屏后的端子排上，给各个充电单元装设单独的小空开，使其故障时，跳开本身空开，避免跳开至充电机的交流进线开关。
在此次异常的处理过程中，也暴露出了一个重要问题，即为何在直流系统失去交流进线后，在蓄电池已开始放电的整个过程中，如何没有相关的信号上传至调度监控部门？
后经我们研究及保护人员确认后，故障信息没有被及时发现的主要原因：直流系统的故障信息（“直流故障”、“直流异常”）目前通过直流硬接点送至公用测控装置遥信，同时用软报文传至后台，由于后台并不将该软报文上传调度/监控。故如果监控能收到的信号，必然是由直流系统硬接点发出的，而公用测控装置因直流电压过低无法正常工作，故硬接点信号也未能将故障信息正常上传至后台。如下图，如果我们能将虚线部分补充完整，即使硬件接点由于某种原因无法将故障信息上传，也能通过软件报文信号传至监控中心，实现了信号上传的双重化配置。那么此次事件就完全可以避免发生。
2.3 处理对策
针对此次事件的发生，变电运行部门会同检修部门一起商量今后的工作中，如何避免类似的事件发生。一致认为按照“双重化”的设计理念，保护上传信号也应该实行“双重化”，即“硬件接点+软件报文”。由于前期设计或者设备的种种原因，一些老的变电站虽然经过综合自动化改造，仍不具备信息上传的“双重化”。
1、为每个直流充电单元装设单独的小空开，确保单个单元故障不影响整组充电机运行。
2、完善故障信息上传手段。对所辖所有的站信息上传通道进行排查，配合检修人员增加有关信息上传、故障信息交叉互传等措施，进一步降低设备故障信息漏报几率。
3、加强运行巡视管理，落实责任状，提高巡视质量、确保巡视到位。加强对远動通讯屏及相应公共测控屏设备的检查力度，重视该类设备的日常运行。
4、加强对运行值班人员交直流系统相关知识的培训。
5、提醒监控中心加强对变电站交直流电压的日常监控。如每天监视一次交直流母线电压情况，就可以及早地发现很多异常情况。
6、交直流出现异常时，如相关保护发异常及闭锁信号，一定要及时停用母线上所连接的保护装置，停用故障蓄电池或充电模块后，切换到正常母线后，再恢复停用的保护装置。
2.4 其他异常处理
直流系统在运行过程中难免会出现一些异常情况，我们应该如何处理这些异常情况？下面我们将一些常见的异常逐一简要分析：
1、充电单元故障
如在日常运行巡视过程中或者地区监控中心通知直流系统存在故障。到现场查看分析故障，充电单元故障，一般可以从几个方面判断，如单个充电单元故障，因为每个充电单元上面都有运行指示灯，如果它正常运行，其运行指示灯会正常燃亮，如果它出现故障无法正常运行，则其运行指示灯会熄灭；另外可以从微机监控系统中的告警信息查询中，查找出某个充电单元是否故障的信息。
找出故障充电单元后，检查充电机输出电压、电流正常的情况，隔离故障模块。如有单独小空开的单元，直流拉开其空开；如无单独空开，对于大多数型号的充电单元来说，可以卸下其固定的螺丝，直接带电拔出其模块即可。
2、充电模块故障造成，交流总进线空开跳开，母线电压低尚未造成保护闭锁或装置故障：
1）拉开充电机输出开关，即将QS101从“至母线”位置且至“停用”位置
2）隔离故障模块或停用各模块的分路开关。隔离方法如上文所述。
3)试送交流进线开关。即合上QF1空开。
4）逐路试送各非故障模块的分路开关。
5）检查直流母线电压及充电电压是否正常。
3、充电机故障，且蓄电池过放电。
这种情况下，无法使用本组的充电机及蓄电池了，必须用另一正常母线来带两条母线的所有负荷。
1）如故障母线的电压已很低，两条母线电压差大于3V，则在并列以前，最好停用故障母线上所连接负荷，将相应保护改信号或者停用。
2）拉开充电机输出开关，即将QS101从“至母线”位置且至“停用”位置。
3）拉开蓄电池输出开关，即QF102 1组蓄电池开关。
4）合上母联开关，即QS3 Ⅰ段Ⅱ段直流母线联络开关。
5）待两条母线电压基本均衡后，再投入刚退出的保护。
3．结束语
直流系统虽然组成部件不多，当其对变电站的重要性不言而喻。本人通过经历过的一起直流异常事件处理，对直流系统的运行及操作有了一些新的认识，由于水平有限，难免有疏漏的地方，请各位专家多提宝贵意见，以便本人加深对直流系统的认识，提高自身的技能水平，在日常的运维工作中，保证安全运行。
参考文献:
[1] 蔡燕光。 浅谈变电站直流系统的运行和维护。中国高新技术企业，2011,07,120-121
[2] 方明明，苏传彤。变电站直流电源系统优化与实例计算。科技传播，2009，第4期，178
[3] 谢聪乾。变电站直流电源运行与维护的探讨。电力电网，2011，第4期，27-29
[4] 王永，变电站直流系统的运行分析和改进措施，电工技术应用，2007.
作者简介：丁林（1982-），男，四川绵阳人，研究方向：超高压变电站运维管理
崔丽平（1983-），女，山东潍坊人，研究方向：高校图文信息管理