直流系统是变电站中不可缺少的重要组成部分, 是变电站的二次能源, 为变电站所有开关操作箱、保护装置、测控装置、自动装置、通信装置、故障录波器等装置直流电源。也是后台、监控系统、远动、综合自动化、通信系统、ERTU等装置的UPS直流电源。是一种广泛意义上的UPS (不间断电源) , 也是事故照明或事故照明逆变电源。因此, 直流系统的可靠与否, 对变电站的安全可靠运行起着至关重要的作用, 是变电站安全运行的基本保证。
变电站直流系统通常由四个部分组成:交流配电单元、直流充电单元、直流馈线单元、蓄电池单元。
(1) 交流配电单元主要包含两路交流输入电源, 分别引自380VⅠ、Ⅱ交流低压母线。正常情况下两路交流输入电源一用一备, 通过接触器或监控器实现主备功能的自动切换, 当主供电源停电时, 能自动投入备用电源。在交流线路上设有C和D两级防雷装置, 有效地防止过电压冲击, 保障充电模块正常工作。C级防雷器 (FS) 和D级防雷器有告警接点, 当防雷器出现故障时, 告警接点断开, 产生告警信号。
(2) 直流充电单元主要包含高频整流模块、中央监控器等。充电母线上接有5~8块高频整流模块, 其中3~5个模块给合闸母线供电, 另外2~3个模块给控制母线供电。这是直流系统最核心的部位, 将输入的交流电源整流成直流电源进行输出。高频整流模块的基本原理是: (1) 将输入的工频交流电经整流滤波后得到直流电压, 再通过功率变换器变换成高频脉冲电压, 经高频变压器和整流滤波电路最后转换为稳定的直流输出电压。 (2) 采用脉冲宽度调制 (PWM) 电路来控制大功率开关器件 (功率晶体管、MOS管、IGB T等) 的导通和截止时间, 可以得到很高的稳压和稳流精度及很短的动态响应时间。 (3) 应用了软开关技术和无源功率功率因数校正 (PFC) 技术, 所以开机浪涌基本消除, 功率因数大幅提高。 (4) 采用低差自主均流技术, 使各模块间均衡输出。高频整流模块一般采用N+1冗余配置, 即每套直流系统有单个高频模块故障时, 不会影响直流系统输出能力, 如图1。
(3) 直流馈线屏主要包含控制母线及合闸母线、降压硅链、绝缘监测仪、各直流馈线输出开关, Ⅰ、Ⅱ段控母及合母分段开关等。220k V变电站直流系统为220 V电压等级, 110k V及以下变电站直流系统为110V电压等级, 合母电压高于控母电压10V~20V, 合闸母线与控制母线通过降压硅链连接, 合闸母线通过降压硅链给控制母线供电。降压硅链是由多只大功率硅整流二极管串接而成, 利用PN结基本恒定的正向压降来产生调整电压, 通过改变串入线路的PN结数量来获得一定的压降, 达到电压调节的目的。
(4) 蓄电池屏包含蓄电池组、蓄电池监测仪等。蓄电池组经蓄电池总熔丝, 并经蓄电池总开关接在合闸母线上, 正常运行时由整流模块的直流输出提供各种直流负荷, 并经合母对蓄电池进行充电 (浮充、均充) 。当交流输入故障时, 蓄电池向合闸母线供电并经硅链向控制母线供电, 保持直流系统持续供电。同时, 蓄电池组上装有蓄电池监测仪, 对蓄电池电压、充放电电流等进行实时监测。直流系统中央监控器可对电力直流电源的各个部分电气运行参数进行实时监测, 遇到故障等异常情况, 发出声光报警, 并通过多种数字通讯手段, 将故障信息上报监控后台。监控系统的另一大作用是智能化的蓄电池充放电管理, 根据电池组的容量状态调节整流模块的输出电压和限流值, 使电池组容量充满。并延长电池组的使用寿命;此外还可实现两路交流输入电源的切换控制功能, 保证一路交流电失效时, 另一路交流电能及时供应, 保证直流电源的可靠工作。绝缘监测仪接在控母及各馈线绝缘监测元件上, 实现对所有直流馈线的绝缘检测。可反映各直流回路的接地情况的。
目前普遍采用的是固定型阀控密封铅酸蓄电池, 220k V变电站要求蓄电池容量40 0Ah, 如我局2 20 k V大陆变使用的G FM-400 2V 400AH型蓄电池浮充电压为2.25V, 10 h充电终止电压1.8V。
(1) 恒流限压充电:采用0.1C10电流进行恒流充电, 当蓄电池组端电压上升到 (2.30~2.40) V×N限压值时, 自动转为恒压充电。
(2) 恒压限流充电:在 (2.30~2.40) V×N的恒压充电下, 充电电流逐渐减少, 当充电电流减少至0.01C10电流时, 充电装置的倒计时开始起动, 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方式运行。
(3) 浮充电:蓄电池正常运行时, 为补充因电池自放电或不同电池之间的放电引起的电容量损失而进行的充电, 浮充电压一般在2.23V~2.27V。
直流系统通常在三种情况下启动上述充电流程。
(1) 初充电 (反复进行3次) 。
(2) 在正常运行浮充状态下每隔1~3个月, 可设置蓄电池智能充电程序自动进入该流程。
(3) 当交流失压, 恢复后装置 (容量损失超过20%或交流失压时间大于一定值) 判断充电电流大于均充触发值时, 进入上述流程。
(1) 阀控蓄电池组正常应以浮充电方式运行, 浮充电压值一般宜控制在2.25V×N (25℃时) ;均衡充电电压宜控制为 (2.30~2.4) V×N。
(2) 运行中的阀控蓄电池组主要监视蓄电池组的端电压值、浮充电流值、每只单体蓄电池的电压值、运行环境温度、蓄电池组及直流母线的对地电阻值和绝缘状态等。
(3) 阀控蓄电池在运行中电压偏差值及放电终止电压值应符合表1规定。
(4) 核对性充放电:蓄电池长期处于限压限流的浮充电运行方式或只限压不限流的运行方式, 无法判断蓄电池的现有容量、内部是否失水或干枯。通过核对性放电, 可以发现蓄电池容量缺陷。新安装的阀控蓄电池在验收时应进行核对性充放电, 以后每2年至3年应进行一次核对性充放电。
变电所直流系统异常情况大体可以分为两类:一是直流接地故障;二是直流系统设备故障。
(1) 直流接地产生的原因主要有: (1) 接线端子等安装不当; (2) 潮湿或雨水侵入; (3) 小动物破坏; (4) 挤压磨损或其他外力破坏; (5) 绝缘老化。
(2) 直流接地故障处理。
存在一点接地的直流系统, 供电可靠性大大降低, 因为在接地点未消除时再发生第二点接地, 极易引起直流短路和开关误动、拒动, 所以直流一点接地时, 设备虽可以继续运行, 但接地点必须尽快查到, 立即消除或隔离。对于查找直流接地我们采用相对有效的方法是拉路试探法。即分别对每路空气开关或熔断器拉闸停电, 通过拉路寻找, 可将接地点限定在某个空开控制的直流回路中。直流接地故障拉路法一般寻找顺序:按照先信号后控制、先室外后室内的原则。事故照明回路、直流信号回路;处于热备用、冷备用的设备;检修试验或基建刚投入的设备;检查直流盘、充电设备和蓄电池;检查35k V、110k V、220k V线路控制回路;母线、主变保护控制回路;电压切换回路。 (一般由专业人员进行)
(3) 寻找直流接地的注意事项。
寻找直流接地, 若需切断调度管辖设备的直流电源时, 应征得调度许可后方可进行。
用拔熔丝法拉回路时, 应先拔正极熔丝, 后拔负极熔丝。放上时顺序相反, 并且断开直流回路时间越短越好, 不论该回路接地与否均应予以恢复。在寻找接地时, 应使用高内阻的电压表;在寻找和处理直流故障时, 必须两人以上进行;在寻找接地时, 防止直流短路。当直流系统一点接地时, 禁止在二次回路上工作。直流设备故障时, 应及时检修或更换。
摘要：直流系统是变电站中不可缺少的重要组成部分, 本文主要探讨了变电站直流系统的构成及维护, 对变电站的安全可靠运行起着至关重要的作用, 有一定的理论和实践意义。
关键词：变电站,直流系统
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