直流系统接地故障探测仪ST.53 ZDT

裴建波++贾可君++姚婷++田贵

[摘 要]直流系统作为变电站的重要组成部分，为变电站的控制、保护、信号、事故照明等提供直流电源。如果变电站的直流系统出现两点接地、断线等故障，有可能引起继电保护装置误动、拒动等，造成系统故障甚至引发事故；同样，由于误操作等人为原因也可引起直流系统故障，影响变电站设备安全稳定运行。变电站直流系统运行的可靠性直接关系着整个变电站一二次设备的运行可靠性水平

[关键词]变电站；直流系统；可靠性；分析

中图分类号：TM732；TM63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0032-01

1 导言

直流电源是电力系统中非常重要的部分，在整体系统运行中，承担着重要的任务，直流电在系统中的作用较特殊，主要是为系统相关设备供电，特别是能直接对重要设备、继电保护、通信装置供电，保证供电24小时连续性，当系统出现问题时，检修照明也来自于直流电源的供给，直流电源在电力系统具有巨大的重要性。只有确保直流系统稳定运行，才能从根本上维护电力系统变电站稳定有效运行，这是前提与保障。如果维护不当，则会导致变电站直流系统出现故障，故障的发生将会引起信号相关装置、继电保护设备以及断路器，出现误动作，使整体供电系统出现指令性错误，这种故障的直接后果不但能使直流电源短路，更主要的是直流系统电源熔断器会发生熔断现象，能够使施工设备瞬间失去操作电源，电力系统出现大面积崩溃，严重的还会导致恶性事故的发生，造成人身安全事故。只有全面强化研究能力，形成预见性处置方法，不断解决直流电源存在的问题，才能保证持续性供电。

2 变电站直流系统组成和原理

变电站直流系统基于变电站的单母线分段，实现双电双充运行方式，主要采用阀控铅酸蓄电池。由高频开关电源整流模块、微机绝缘监测设备、蓄电池组等组成，并且直流系统在实际应用中主要采用模块式管理方式，由监控系统实时测量和采集各个功能模块的运行参数，自动调节直流系统运行方式，实现直流系统的科学管理和有效控制。由于直流系统结构的稳定性和独立性，通常情况下，直流系统不会受到变电站运行方式的影响，当外部交流电出现运行故障无法提供正常稳定供电时，直流系统将可利用内部的蓄电池向变电站设备提供直流电源，确保其正常运行。

直流电源在整个变电站操作系统中有着相当重要的意义，是独立系统，与其他电路不兼容，在变电站运行供电网络中有着较大范围的分布，通过直流电源，可以向各种设备提供电力供应，是一个可独立操作的电源设备，具体可以为开关的日常控制、出现事故时的照明、信号设备启动以及系统监控监测等设备提供电源，这种独立运行的方式，脱离系统控制与制约，有着非常重要的作用。利用网络监控，使蓄电池各功能模块状态与参数一目了然，通过测试结果，对直流系统运行情况进行有效控制，形成全自动处理模式，有效避免了直流系统运行接地故障的发生。直流系统有不同的作用与功能，按使用功能可划分为直流电源、电源充电设备和直流负荷三大块，不同的模块在运行中起着不同的功用。

3 变电站直流系统的常见问题

3.1 直流系统接线问题

由于变电站系统存在环网结构，在接线方面，开关熔丝上下级之间的配合存在一定难度，环网结构导致变电站系统线路设计比较复杂，一旦直流系统发生运行故障，故障点位置排查难度较大，特别是对于一些绝缘水平较低的变电站，这种问题更加突出。对于变电站直流系统的开关熔丝上下级配合问题，若直流系统发生短路故障或者过流故障，空气开关和直流回路熔断器可以实现有效保护，将及时隔离或者断开变电站供电馈线回路的故障元件。

3.2 绝缘检测装置问题

变电站系统中常见的绝缘检测装置故障包括插件烧毁、装置死机、插件损坏等，当前的直流系统网络拓扑结构在一定程度上影响了绝缘检测装置的运行，并且母线和下一级回路相连接组成环网结构，变电站现场的绝缘检测装置应用主要基于辐射型检测原理，造成绝缘检测装置发生报警信号，但是不能正确选线。

3.3 充电问题

充电机是变电站直流系统的重要组成部分，在变电站运行过程中，工作人员往往忽视充电机的运行维护保养，使得充电机电压整定不合理，并且受到变电站系统相控电源的影响，造成充电机产生较大损耗，内部元器件温度持续升高，甚至烧坏充电机，影响充电机的使用寿命和变电站直流系统的运行状态。

3.4 蓄电池问题

市场上有多种种类和类型的蓄电装置，不同生产厂家生产的蓄电池在使用性能、运行参数等方面都存在差异，由于蓄电池的规格和种类不同，变电站直流系统应用的蓄电池运行维护应具有针对性，但是很多变电站直流系统的蓄电池缺乏日常的维护保养，导致蓄电池使用寿命和相关功能指标发生变化，造成蓄电池运行状态出现明显波动，极大地提高了电池组或者蓄电池故障发生率，严重影响变电站的安全、稳定运行。

4 变电站直流系统可靠性评估

4.1 可靠性指标对比

采用对其变电站直流系统进行可靠性评估。其中，直流系统的电压等级为110V，假设屏柜转移到备用供电路径的时间为tq=1.5h。元件参数借鉴IEEE RBTS可靠性标准网络给的参数、IEEE 2007年对电力系统元件可靠性的统计数据，以及美国军用手册MIL-HDBK-217F中统计的数据。此外通过研究分析的结果可知，“一电一充”型直流系统相比于“二电二充”型系统平均停电频率较高，系统平均停电持续时间较长，系统平均可用率较低，系统缺供电量较少。主要是因为，一般情况下，“二电二充”型两段母线之间相互无影响；屏柜供电路径发生故障时，可迅速切换到另一组充电模块和蓄电池。从而可有效降低屏柜的停电频率和停电持续时间，提高供电可用率。可见，“二电二充”型系统虽然比“一电一充”型系统投资大，但是能有效提高直流系统的可靠性。

4.2 开关设备的影响

如果变电站直流系统中装设有直流断路器，那么系统内发生故障时，可以通过相关的上级断路器来开断故障。不妨将研究的隔离开关都换成直流断路器，其他元件参数可采用相应的分析的数据，断路器的可靠性参数借鉴交流断路器的相关参数，故障率为0.006次/a，修复时间为4h。该情况下，进而可以得出变电站直流系统的可靠性指标。主要是因为，系统中没有直流断路器时，直流系统上任一元件发生故障，都需要整个网络停电后重启以隔离故障，必然导致所有屏柜的年停电频率和时间增长。因此，直流断路器对于提高直流系统的可靠性有着重要的作用

5 结论

总而言之，变电站直流电源系统非常重要，能够全面保证电网安全、稳定、连续运行，需要通过监控系统对直流电源系统运行加强控制与维护管理，对问题及时排除处理，保证变电站直流电源系统运行质量。

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