变电站直流电源系统典型故障分析与处理分析

发表时间：2016-12-01T13:26:59.317Z 来源：《电力设备》2016年第18期 作者： 栗超

[导读] 本文结合工作经验，先对直流电源系统的组成作了简要概述，然后对于直流电源设备的典型故障作了论述。

(国网天津城东供电公司 天津市河东区 300250)

摘要：本文结合工作经验，先对直流电源系统的组成作了简要概述，然后对于直流电源设备的典型故障作了论述，最后对于直流电源系统异常分析与处理进行了详细的论述。

关键词：直流电源系统；变电站；典型故障；故障处理

1直流电源系统的组成

充电装置将交流电整流成直流电的一种换流设备，其主要功能是实现正常负荷供电及蓄电池的均/浮充功能。监控系统包括微机监控单元和绝缘监察单元。微机监控单元具有监视功能、自诊断功能、显示和控制功能。负责对系统中各个功能单元（如电压电流采集单元、充电模块、绝缘监测、电池巡检等）运行状态与数据的采集、显示，把系统中各种运行参数与状态获取到，参照测量的数据与运行状态做出相应处理，进行控制系统，全自动管理电源系统。馈线屏是提供多路直流支路供设备、装置使用的配电装置。 2变电站直流系统故障造成的危害

在变电站的运行过程中，直流系统对用电负荷要求较为严格，同时要求非常高的供电可靠性。若是在监控系统、控制回路或者信号回路出现直流电源供应不足的情况，运行人员就无法对监控系统进行良好的控制，缺少足够的信息来源，无法对设备所处状态和系统潮流等予以明确，更谈不上对设备的正确操作了。如果在自动装置、继电保护、开关分合闸回路中发生变电站的直流系统故障，就有可能发生意外跳闸或者开关拒动情况，造成系统性故障。变电站出现直流系统事故之后，相关工作人员应及时的查找故障并分析原因，采取针对性的措施进行解决。但是在进行直流故障查找过程中可能会引发别的二次回路故障，进一步扩大事故的影响范围。比如，在2002年，某变电站就出现过这样的问题，在对主变保护二次回路接地进行查找的过程中，主变温度保护出现误跳闸的情况，因那时整个系统只有一条线路与邻省电王相连，导致2个省网都发生了事故。 3直流电源设备的典型故障

变电站的直流电源设备，一经投入运行就永久工作，不能像变电站变压器、继电保护等那样的电气设备可以安排停电进行检修。直流屏上设备有缺陷需要处理，都是在带电状态下进行的，其操作风险非常大，因此要熟悉直流电源设备的典型故障及其成因，以便快速、有效地处理故障，降低工作人员的危险系数，保障变电站安全、稳定地运行。

蓄电池组由于构造及对环境要求的特殊性，其典型故障及成因大致可分为下列五点：（1）故障类型绝缘下降蓄电池反极蓄电池极板故障壳体异常极柱、螺丝、连接条爬酸或腐蚀容量下降；（2）故障成因电解液溢出极板硫化极板弯曲充电电流过大安装不当内部自然放电；（3）室内通风不良、潮湿容量不一致极板硫化内部短路室内潮湿正负极板故障；（4）极板短路或开路温度过高电解液溢出极性颠倒；（5）充电电流过大。高频开关电源整流模块的主要优点是稳压稳流精度高、体积小、重量轻、效率高、输出纹波及谐波失真小等，基于它的这些优点，人们开始用它来逐步取代可控硅整流充电装置，当前高频开关电源整流模块在各电压等级的变电站已得到广泛运用。 4直流电源系统异常分析与处理 4.1直流接地

4.1.1引起直流接地的原因主要有：（1）持续的阴雨天气，潮湿的空气使户外电缆芯破损处或者胶布包扎处绝缘降低，引起直流接地；（2）由于转动部件挤压、磨损致使二次线绝缘皮损坏，造成接地；（3）接线松动脱落引起接地；（4）装置内元件损坏引起接地；（5）误接线引起接地；（6）小动物如老鼠等破坏引起接地。

3.1.2直流接地的处理方法。检查是否有交流电源串入，查找串入点并隔离。 寻找接地点的一般原则：

第一，绝缘监测装置告警，实测有接地并显示哪一路接地。检查装置，断开对应的空气断路器，若故障消除，则是外接回路有接地，然后查外接回路接地点并排除。第二，绝缘监测装置告警，若装置未显示出哪一路接地应采取下列方法：（1）拔掉绝缘监测装置所有接线，接地消除则可判定是装置故障，若拔掉装置所有接地线接地现象仍存在，则需判断是否柜内有故障；（2）对直流母线上允许短时停电的直流负荷馈线，采用短时停电法寻找；（3）在某些现场由于无表计可观察，可用内阻大于2000Ω/V的电压表检查；（4）对于不允许短时停电的重要直流负荷，可采用专业符合法查找接地点。

4.2直流环网故障原理。直流环网故障可用下图表示，其中节点1、节点2及左侧的两个R所组成的回路构成第一组独立的直流系统；节点3、节点4及右侧的两个R所组成的回路构成第二组独立的直流系统。则由节点电压方程可以得出：

则当两组直流系统完全隔离时，即：Rx→＋∞时，由式（1）～式（5）知： U1＝U3＝＋Un/2＝＋110V U2＝U4＝－Un/2＝＋110V Ix＝0

即两组直流系统之间没有电的联系。

而当两组直流系统完全接触时，即：Rx＝0时：由式(1)～式(5)知：

U1＝＋220V,此时U1上升为正的全电压；U2＝U3＝0V,相当于两组分别直接接地;U4＝－220V，U4下降为负的全电压；Ix＝Un/R，Ix完全取决于采样电阻R的大小；当R＝80k?时，Ix＝2.75mA。

4.3直流环网的处理步骤。（1）断开Ⅱ母线绝缘监察装置接地点，合上分段开关，将Ⅱ母线上负荷倒至Ⅰ母线，拉开分段开关；（2）测量Ⅰ母线对地电压，正极对地为＋110V，负极对地为－110V，Ⅱ母线对地电压为正极对地为0V，负极对地为0V；（3）将直流负荷依次倒至Ⅱ母（倒前合分段开关，倒后拉分段开关），并检测Ⅱ母对地电压，当正对地或负对地电压有电压指示时，表明该负荷与Ⅰ母之间有直流混线；（4）确定出混线的直流负荷后，可采用“拉路法”，进一步查找，直至查出混线原因。 5直流故障的预防策略

5.1严格控制设计以及施工内容

（1）要想预防直流系统故障应从变电站的设计及施工入手，以免直流混接或者交直流混接的情况。同时，采取合理措施，确保直流回路继电器和交流继电器、小开关、接触器等设备距离足够，以免因于交流回路在电压切换过程中电弧的作用造成交流电压进入到直流电路。（2）在进行新建变电站或者老旧变电站改扩建过程中要增强现场的监督，防止由于野蛮操作造成电缆的磨损、挤压以及扭伤等等。尤其是在布设电缆过程中，严格禁止直接在地上或者金属支架上拖拽。在施工完成后要对电缆的完整性进行检查，确保其完好。（3）要对二次回路作业进行严格检查，对于退出运行的或者比较多余的电缆接头进行良好的包扎。在完成工作后要及时清理施工现场，避免螺丝、垫圈等杂物遗留在电箱内。 5.2加大运维管理力度

加强变电站运维管理，尤其是要对薄弱环节予以高度重视，从管理上减少直流系统故障的发生。同时做好户外端子箱等设备的防霉防潮工作，确保其具有良好的密封性，并且要定期对其进行清理，保证其干燥清洁。要在室外的端子箱等箱体中设置驱潮器，通过自动方式或者手动方式保证箱体的干燥。在对设备进行定期巡查时要检查驱潮器的工作情况，确保其工作状态正常。 结束语

本文综合论述了直流电源系统的组成单元及其在变电站运行中的作用，着重论述了直流电源设备的典型故障及成因，并强调了直流接地和直流环网的危害及处理方法，为直流系统的日常维护和现场检修起到一定的参考作用。参考文献

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