变电站直流系统原理及失地处理方法

吴锡波

摘要：直流系统广泛应用于水力、火力发电厂、各类变电站和其它使用直流设备的用户，为信号设备、保护、自动装置、事故照明及断路器分、合闸操作提供直流电源，它也同样广泛的应用于通信部门、计算机房、医院、矿井、宾馆以及高层建筑的可靠应急电源，用途十分广泛。变电站的心脏是直流系统，对直流系统进行科学维护是变电站的核心工作，直流系统的可靠与否，对我们变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证。

关键词：直流;电源;变电站

本文主要介绍直流系统的作用及基本原理，在变电站建造时直流系统验收过程中应注意的相关规范与标准，直流系统接地的处理方法几个方面，最后通过两个变电站直流故障处理实例来分析直流系统故障处理步骤。

1直流系统的作用及原理

直流系统是变电站非常重要的组成部分，它的主要任务就是给继电保护装置、断路器操作、各类信号回路提供电源。直流系统的正常运行与否，关系到继电保护及断路器能否正确动作，会影响到整个变电站乃至整个电网的安全运行。直流系统是一个独立供电系统，在外部交流电中断的情况下，可以由蓄电池继续提供直流电源，保障重要设备供电不中断。

1.1交流配电单元

为了提高直流系统的供电可靠性，直流系统由两路交流电源分别供电，互为备用，两路380V市电交流电源输入经过配电单元切换后，给充电模块提供一路380V交流电，另外一路作为备用电源。交流配电单元的作用就是当运行的交流电源故障时能自动切换到备用交流电源，保证交流供电不中断。

1.2充电模块

将380V交流电整流成240V直流电的一种换流设备，实现负荷正常供电的同时向蓄电池充电，是提供直流电源的主要设备。

1.3蓄电池组

用电气方式连接起来的多个单体蓄电池，能将所获得的电能以化学能的形式贮存，交流失电后将化学能转变为电能的一种电化学装置。 在正常运行时，充电装置的直流输出端始终并接着蓄电池和负载，以恒压充电方式工作。充电装置在承担经常性负荷的同时向蓄电池补充电，以补偿蓄电池的自放电，使蓄电池组以满容量的状态处于备用。在事故情况下，交流供电中断后，充电装置停止运行，由蓄电池给负载供电。

1.4监控系统

完成整个系统的数据采集、显示，进行系统状态的监测和控制，实现系统的“四遥”功能。

1.5直流绝缘监测原理

如图2，正常运行时，正极负极对地都是110V，平时我们常用万用表测量是否有接地现象。当发生接地时（图3），相当于在正极和地之间并接了一个电阻，此时正对地电压降低，负对地电压升高。

此时正极对地电压为：

负极对地电压为：

监测装置通过比较计算显示其对地电阻Rj，当Rj超过定值时，装置发出接地告警。

2直流系统验收相关规定

调继〔2020〕56号 国网福建电力调控中心关于福建电网站用直流电源系统验收运维及检修补充要求的通知

1.新投运变电站的蓄电池组容量试验应有验收人员旁站监督，经3次充放电仍达不到100%额定容量的应整组更换。試验后3个月内未投运，应在变电站投运前按上述标准重新进行容量试验。

2.严禁蓄电池组脱离直流母线。单组蓄电池退出时，应先接入临时蓄电池组。单只蓄电池退出时，应先采取临时跨接措施。

3.蓄电池室室内作业期间，通风设备应全程开启。

4.蓄电池组发生事故放电，恢复正常后应及时用充电装置对蓄电池组补充充电，人员在确认蓄电池组恢复正常浮充状态后方可离开。

5.新更换的高频开关模块应准确调校输出电压，确认与其他运行模块输出电压一致后方可投入运行。

6.直流系统投运前应出具，蓄电池报告，充电装置检验报告，直流绝缘监测装置检验报告。

3直流系统接地的处理方法

3.1直流系统接地概念

当直流系统的正极或负极与大地之间的绝缘水平降低到某一整定值或低于某一规定值时，统称为直流系统接地

3.2直流系统接地故障的危害

1.正极接地：当直流系统正极接地时，将会有可能造成保护误动， 正极对地电压降低或者为零，负极对地电压升高。

2.负极接地：当直流系统负极接地时，将会有可能造成保护拒动，负极对地电压降低或者为零，正极对地电压升高。

3.如下图4，当A点、B点两点接地，相当于将6、7接点短接，从而使YT误动作跳闸，会引起开关误动作;当B点、E点两点接地，相当于B、E短接，会引起的开关拒动。

3.3直流系统接地查找原则

一般根据运行方式、操作情况、气候影响来判断可能接地的地点，先用便携式直流接地查找仪器查找，如未检测出来在采取拉路寻找分路处理的方法，以先信号和照明部分后操作部分，先室外部分后室内部分，先负荷后电源为原则。

3.4直流系统接地查找方法

1.分清接地故障的极性，分析故障发生的可能原因

2.若站内二次回路有工作或有设备检修试验，应立即停止，检查工作现场，拉开其工作电源，看接地信号是否消除

3.使用便携式直流接地检测仪。检测每个支路接地电阻，确定支路后再查找具体接地点。

4.如未检测出或因高阻接地无法检测出，再采取拉路寻找，分路处理。根据现场标识和图纸，找出总路空开下级串接的所有空开，按照先信号后控制，先户外后室内的原则排出拉路顺序，做好记录。对于保护及控制回路，因其直接影响电力系统安全，拉路时间控制在3秒内。

4直流系统接地案例

4.1案例一

下图5为某变电站发生直流系统故障告警后，主站遥测系统直流母线电压曲线图。通过电压曲线初步判断缺陷问题

从图5中可以看出直流母线电压13：00左右从227.5V瞬间降低到215V左右，并随着时间推移，电压逐步降低。这样我们可以肯定的是现在直流母线由蓄电池输出电源，充电机故障或者交流输入无电压。初步判断后可以看出故障的紧急性及相关备品备件的准备。现场检查为直流充电模块内部短路故障（模块未配单独空开），导致两路交流进线相继跳闸，模块失去交流电源，直流系统由蓄电池输出。16：10故障点隔离完成后，恢复直流系统的正常运行，电压恢复正常。

4.2案例2

下图6为某变电站发生直流系统接地告警，主站遥测系统负母对地电压曲线图

从图中可以看出，负母对地电压在123V至126V之间波动，说明正对地绝缘降低，发生高阻接地。现场检查为某间隔地刀机构箱内密封不严，锈蚀严重，绝缘不合格。对站内其他同型号地刀机构进行排查处理。10点00分处理完后负对地电压恢复正常。

5小结

直流系统是变电站非常重要的组成部分，对于直流系统的异常或者缺陷应及时处理，我们可以利用调度系统调取相关信号及波形进行初步分析，查看变电站后台数据，结合一些相关告警信号以及站内现场工作情况进行分析，不要盲目的进行拉路法进行故障查找，从而提高缺陷的定性及处理效率。

参考文献

[1]直流系统故障对继电保护装置的影响及防范措施[J]，王合平

[2]变电站直流监控系统的研究与设计[J]，苏勇

[3]对220kV变电站直流系统故障的研究 [J]，曹洋

[4]浅析110kV变电站直流系统及接地故障分析[J]，马文海