牵引变电所直流电源故障检修方案设计Word文件下载.docx
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随着计算机控制技术的发展，牵引变电所直流电源控制技术本来是用磁放大型、相控型逐步发展到当前广泛使用的高频开关电源型，原来的蓄电池使用的是锅镍蓄电池、铅酸蓄电池也逐渐发展到运用阀控式铅酸蓄电池。
保护电气由小型断路器替换了熔断器，或两种东西同时存在。
正是由于这一历史发展轨迹，目前全国的牵引变电所直流电源中，可谓产品、型号多而复杂。
此外，在牵引变电所中因为直流电源设备规模小，投资少，往往注重点不在直流电源上面。
由于上述因素，目前国家牵引变电所直流电源在设计、选型和维护等方面均存在一些问题。
本文结合所学的专业知识，通过盘查和查询牵引变电所直流电源近况的材料，对牵引变电所直流电源存在的问题进行了解，并提出合理的处理意见。
第1章直流电源的组成及各元件的作用
目前电力系统中直流电源装置广泛采用微机控制型高频开关直流电源。
高频开关直流电源是作为开关站、配电所、变电站、电厂等供、配电系统中提供不间断直流电源的装置,在高频开关直流电源中,直流电源作为控制和关闭装置提供工作电源，开关电源，主要是提供应急照明和电源控制。
当前关闭电源或控制电源都是用一条母线，所以需要将母线电压调整在额定电压的5%左右，高频开关就是为了母线电压而设计的。
1.1直流电源系统的构成
直流电源系统主要由两大部份构成,一个是直流充电屏,简称直流屏,另一个是蓄电池屏。
直流屏主要由机柜、电压显示、交流配电、直流馈电、电流显示等组成。
电池屏是指多个电池柜体存储在电池屏幕电池组一般由2-12v多电池串联的110V或220V的直流输出电压。
目前大部分新建牵引变电所直流电源使用的蓄电池主要是阀控式密封免维护铅酸蓄电池。
图1.1直流电源系统主要组成图
图1.2直流电源系统的构成
1.2直流电源各元件的作用
（1）充电模块:
能提供牵引变电所直流负载的电源。
平常充电模块给直流负载供电时，还会向自放电的蓄电池补充流失的电源，让蓄电池永远处于满电状态。
（2）蓄电池:
是牵引变电所直流电源的备用电源。
正常情况下，牵引变电所的直
流负载是由充电模块提供供电的并无备用，如果充电模块故障那么将由蓄电池给直流负载提供电源。
正常情况下牵引变电所蓄电池配置的容量为300Ah如果以每小时30A的电流放电，将拥有充足的时间进行故常处理。
图1.3蓄电池放电过程
（3）绝缘监察装置:
是检查直流电源阳极和阴极电源对地绝缘情况的一套装置。
当直流阳极或阴极绝缘下降时，某极对地电压达到设定的设定值是，绝缘监测装置发出通知信号，便于值班人员检查问题状况。
图1.4直流电源检测装置
（4）电压监测装置：
一套用于监测直流母线电压的装置。
当直流母线电压高于250V或低于170V设定的正常值时，电压监测装置发出"
高.直流电压”或"
低.直流电压”警告信号，便于值班人员调整直流母线电压。
（5）直流母线:
汇集和分配直流电是直流母线的功能。
充电装置将输出的直流电汇集到直流母线，再通过直流母线将电能分配到各个直流负载中去。
（6）闪光装置:
是反映断路器与控制开关所对应位置的一种信号装置。
当断路器位置与控制开关不合时，将会闪出红色或绿色的灯光，便于运行值班人员准确的做出判断。
（7）降压模块:
当前使用普遍的是降压硅链，用于降压稳压，调节母线电压在正常值内。
当主电压变化时，降压硅链将会自动调整输出电压，以确保稳定的输出电压。
降压硅链有s级降压和七级降压，电压调节点3.5v当主点压上升或下降3.5v时降压硅链自动调整主电压的稳定性。
第2章直流电源故障处理方案与检修
2.1直流电源常见的故障处理
为了使牵引变电所直流电源长期安全稳定运行，除了良好的设计和选用合适的设备外，日常的细心检查离不开值班人员的操作和维护。
以下主要针对直流电源日常巡检维护及常见故障及故障排除做简要介绍。
2.1.1直流电源消失
现象：
直流电源控制、合闸电压表指示为零；
直流电源发告警信号；
综自系统发告警信号。
图2.1直流电源消失
原因：
直流电源故障一般是由直流电路暂态短路引起的，可能是人为因素时的检修或故障检测，一般情况下可以快速识别、排除故障并恢复正常直流电源。
因为直流电源的消失会致使控制系统和保护系统的故障，一旦发现供电设备短路或接地，变电所的开关将无法正常跳闸，情况十分严重，所以必须加紧时间抢修，快速的恢复设备供电，保证设备的安全。
处理措施：
直流电源消失分为两种情况：
（1）内部故障：
直流电源故障时，因检查是否为直流屏内部故障（如图2.2），
图2.2直流屏内部
如果没法掌管合闸空气开关时，当即断开整流模块，将所有设备全部断开运行，使蓄电池能够立即控制合闸回路进行短时间供电，并立刻组织职工人员搜索、排查内部故障问题，并向上级部门汇报当前情况。
图2.3职工人员排查
（2）外部故障：
操作直流屏控制电源输出空气开关跳闸，造成所有控制电源消失。
此时，应立即断开所有控制、保护屏供电的直流电源的空气开关（图2.3），后关闭直流屏控制电源馈线总开关，再分别关闭已断开的控制电源开关。
当直流开关关闭到某个开关时，可以确认屏幕的直流负载电路故障。
此刻，根据上述程序恢复其他屏直流电源，将故障断路器或保护装置退出操作，放入备用设备，再完成故障处理。
图2.4直流电源空气开关
及时防范：
运行值班人员在巡检时要仔细检查直流屏的电压、电流数据指示是不是处于不正常状态，监控面板有无告警指示信息;
检查蓄电池有没有漏油或者某地方接线松动，然后再在监控面板上调出“查询模式”检查设备目前有没有故障问题，检查母线和支线绝缘是否良好，蓄电池组整体电压及单体电池电压有无下降迹象。
对上述检查做了详细的记录，并对以前的检查记录做了详细的比较，发现异常情况要立即检查并及时上报。
严格执行牵引变电所三项规定，即定期检查、定期清洗和紧固、定期检测。
图2.5运行值班人员巡检
2.1.2直流电源系统接地故障
2012年1.3月，受“梅雨天气”和“回南天气”的影响，达州供电段500v牵引变电所直流电源系统接地故障频发，给设备安全运行带来极大隐患。
为避免直流接地造成装置误动或拒动事件的发生，继保分部组织大面积排查，有效隔离接地点，消除隐患，过程如下:
（1）#2直流电源系统正极接地报警;
（2）直流绝缘监测装置显示#2直流电源系统正、负母线存在高阻接地（200k.700kΩ）现象，绝缘电阻值随着气候的变化而动态变化;
（3）#1直流电源系统正常。
图2.6直流电源正极接地
由于断路器跳闸线圈均接负极电源，当发生系统正极接地时，正极经过大地，构成回路。
如图（2.6）所示，当图中的A点和B点同时接地，相当于A、B两点通过大地相连接起来，中间继电器2J1动作生成断路器的跳闸。
同理，当图中的A点和C点同时接地，和图中的A点、D点同时接地均可能生成断路器的跳闸。
1.排查方法
排除直流接地故障，关键是接地故障定位。
直流接地故障时，一般存在设备金属接地（直接接地），这种情况的检测相对容易。
然而，该方法的难点在于设备中的非金属（高阻）接地。
这类接地的成因是由于直流电源系统所处环境潮湿，从而使设备的元器件电缆老化、破损导致其绝缘性能下降引起。
并且，随着暴露的环境的变化，设备绝缘参数不是一个恒定的数值，因此该类情况较为复杂，需要依照现场情况具体分析。
接地故障定位原则:
优先考虑户外设备绝缘降低的可能性，先信号电源、刀闸操作电源，后装置电源、控制电源;
先双电源供电回路，后单电源供电回路。
2.借助辅助手段，初步判断有接地支路
（1）借助绝缘监测装置
根据情况，直流电源系统的绝缘监测装置目前为标准配置，其附带的功能可实现直流电源系统对地绝缘情况在线监测。
可显示绝缘7kΩ以下的直流回路编号。
但对高阻接地无能为力。
借助绝缘监测装置，只能初步判断接地支路，然后再逐级排查。
图2.7绝缘检测装置
（2）转移负荷：
转移负荷法适用于双电源供电的负荷。
图2.8转移负荷现场
操作方法:
将全部双电源供电的负荷全部转移到同一段直流母线上，记录接地状况，再全部转移到另一段直流母线上，对比两次接地情况，可判断双电源负荷是否存在接地。
如存在接地，则将双电源供电负荷逐一转移到另一段直流母线上，逐一观察接地状况，如接地信号随着负荷的转移而转移，则接地点在该回路上，如没有变化，则该回路没有接地点。
通过转移负荷，可以确定双电源供电的负荷是否存在接地点，但无法定位具体接地点。
3.拉回路法
直流接地回路一旦从直流系统中脱离运行，直流母线的正负极对地电压就会出现平衡。
所以人们通常从直流接地回路瞬间停电，确定直流接地点是否发生在该回路，这就是所谓的“拉回路法”。
直流系统是个不间断电源，基于它的特殊性，人们不能随意停电。
近年来随计算机的大量使用，微机保护同样也不允许人们随意断开直流电源。
现场排除故障中，经常发生非正常的闭环回路，采用双电源供电回路，以及变电站在现场施工、扩建、修试过程中遗留了直流负载的信号回路、控制回路和保护回路之间没有区分等等，使直流接地故障查找难度更加困难。
“拉回路法”往往造成了控制回路或保护回路跳闸等事故。
图2.9拉回路法
①对于双电源供电的负荷，通过转移负荷，已经明确接地支路，拉回路法主要用于定位故障点。
②对于单电源供电的负荷，当拉开某一回路时，如接地信号消失，并且各极对地电压恢复正常，则说明接地点在该回路上，需通过兆欧表逐段排查;
如接地信号没有变化，则说明接地点不在该回路上。
4.排查结果
综合利用上述提及方法的交叉使用，已查明5OOkV变电站目前有三处地方存在接地故障或绝缘不满足要求的情况，其分别为:
刀闸控制回路热藕继电器、刀闸控制回路马达电源空气开关和35kV开关CTSF6压力表，以上三处故障原因均判定为“家族性缺陷”。
接地点一:
刀闸控制回路热藕继电器。
（1）原因分析:
热藕继电器（型号为3UA59,1开1闭），西门子公司产品，如图（2.10）
图2.10热耦继电器
在上述热耦继电器图中（上图2.2圆框内），（95.96）为常闭辅助节点（图2.2左方框），用于接地刀闸控制回路;
解开辅助节点二次接线，（97.98）为常开辅助节点（上图右方框），用于过载发信号。
通过兆欧表检测，95,96,97,98节点对地电阻均正常，但96节点对97节点间电阻约为0，呈导通状态。
图（2.11）为刀闸控制回路:
该站刀闸控制电源为交流电源。
图2.11刀闸控制回路图
热藕继电器（95.96）辅助节点用于刀闸控制回路，过载时断开刀闸控制回路，电源为交流系统（接地系统），其中96节点接于N极;
（97.98辅助节点用于过载发信，
电源为直流电源系统（不接地系统），由于热藕继电器辅助节点间的绝缘不满足要求，导致交流系统的N极窜到直流电源系统，造成接地。
图2.12调整前热耦继电器内部结构图
圆框内为档板，正常状态，档板打在右侧，常闭辅助接点导通。
继电器动作后，档板由右侧打到左侧，常开辅助接点导通。
后将继电器返厂解体检测，据西门子公司报告，档板有受潮痕迹，长期运行造成接点间绝缘下降，同时经解体检查发现有击穿现象。
西门子公司根据解体检测结果，对继电器的选型进行了更改，调整了继电器内部结构，调整后的内部结构如下图
图2.13调整后内耦继电器内部结构图
辅助接点由竖放调整为平放，且在不改变原继电器大小的情况下，接点间空间距离大大增大，防止绝缘下降能力大大提局。
该继电器广泛应用于500kV变电站500kV,220kV,35kV刀闸机构箱内，经检测，大部分继电器接点间绝缘有不同程度的下降，涉及数量150个。
（2）应对措施:
①解开变电站内所有刀闸热藕继电器过载发信辅助接点二次接线，屏蔽过载发信信号。
②联系西门子公司提供的替代继电器到货后，实施更换。
③配合西门子公司调整刀闸机构箱通气孔尺寸，直径由目前的4mm调整位14mm（内孔为1Omm）增加空气流通。
接地点二:
刀闸控制回路马达电源空气开关。
马达电源空气开关（型号为3VU1340.1MJ00，西门子公司产品，如图（2.14）：
图2.14马达电源空气开关
在图（2.14）中，圆框为空气开关辅助接点，用于信号回路。
经检测，对地绝缘不满足要求（约为0.3MΩ），辅助接点锈迹斑斑，但接点间绝缘满足要求，主要因受潮引起。
目前继电器已返厂解体检测。
该继电器广泛应用于500kV变电站站500kV,220kV刀闸机构箱内，经检测，大部分继电器辅助接点对地绝缘（小于5MΩ）有不同程度的下降。
（2）应对措施:
①解开马达电源空气开关发信辅助接点二次接线，屏蔽发信信号。
②对辅助接点对地绝缘小于5MΩ的继电器予以更换。
③考虑增加箱体内加热器功率，同时调整刀闸机构箱通气孔尺寸，在切实做好防潮封堵的同时，对入侵箱体内的潮气进行流通疏散。
接地点三:
35kV开关CTSF6压力表。
（1）原因分析:
35kV开关CTSF6压力表为室外设备，如图（2.15）:
图2.15SF6压力表正面图
打开SF6压力表接线柱，发现接线柱出现严重的铜绿，有受潮迹象，如图2.16:
图2.16SF6压力表底座接线图
经检测，站内有多个35kV开关CTSF6压力表接线柱绝缘（小于1M）有不同程度的下降。
另外，#3变高5011开关CTC相SF6压力表存在同样情况。
①对开关CTSF6压力表接线柱绝缘小于1M的，解开发信回路二次接线。
②检修专业对35kV间隔CTSF6压力表、#3变高5011CTC相SF6压力表进行跟踪，联系厂家并提出处理意见。
③SF6压力表等户外表计本体及接头处为直流接地故障多发部位，做好表计本体及接头处的封堵，并加装防雨罩。
5.如何防范直流电源接地的发生
对本课题调研中所遇直流接地情况进行总结发现，发生接地故障的原因以端子箱、压力表进水、电缆表皮破损，在空气潮湿时引起直流接地最为常见。
防范措施包括:
（1）结合设备停电定检，建立间隔的直流回路绝缘数据库，加强绝缘管理。
充分利用设备停电定检机会，利用兆欧表对直流回路绝缘进行检查，对直流回路的绝缘性能进行分类登记，针对绝缘较差的回路待空气潮湿时实施重点关注，有效防范直流接地故障的发生，同时对设备绝缘条件的登记备案有利于提高接地故障排查的效率。
对继保分部进行落实，并在定检作业表单明确。
（2）
图2.17户外端子箱
在设备验收和停电定检时，对室外容易发生直流接地的端子箱、瓦斯接线盒和刀闸辅助接点接线盒等设备部位做好防潮封堵、防雨措施。
对户外端子箱、汇控柜、机构箱和箱体的加热设施进行选型和布局，对箱体
的防潮封堵和通风孔的设置等措
施可对防止箱体内二次元器件的老化从而导致绝缘下降起尤其重要的作用。
结合设备停电，检查瓦斯接线盒、CT接线盒、压力表、刀闸辅助接点接线盒里的运行工况，落实封堵和防雨措施，对可能导致绝缘下降的各因素进行清理。
继保分部和检修分部落实，在设备验收和停电定检作业表单中明确。
（3）梅雨季节及暴雨后加强设备巡视，检查箱体内部设备运行工况。
梅雨季节及暴雨后对户外端子箱、汇控柜、机构箱的箱体内部是否存在漏水、渗水痕迹的情况进行查明。
该项目应主要检查:
1.箱体内继电器是否存在发霉现象，箱体内部是否腐蚀生锈、箱门关闭是否严密，门锁是否完好;
2.通风防潮，重点检查开关机构箱、汇控柜、端子箱箱体是否存在全封闭情况，上部是否有通畅的通风口，通风口是否存在堵塞或进水的。
3.箱体内部温度、湿度控制器设置是否符合厂家要求，加热器是否正常投入运行，加热器外部输入交流电源是否正常等;
4.为防止因为箱体内部运行环境的改变造成直流接地，运行分部应结合设备巡视开展。
（4）加强设计图纸环节管理，尽量避免交直流回路混放同一电器元件内。
特别注意对于户外常规敞开式布置（AIS）的隔离开关、接地刀闸交流电源空开告警回路中，由于AIS设备布置，隔离开关、接地刀闸的电机电源只是在操作短时投入，正常运行时该空开是在断开状态的。
此处建议不应再接入隔离开关的操作电源空开或热耦继电器的辅助触点以免设备正常运行时该信号长期发出，起不到监视信号的作用。
生技分部落实，在《设计图审查要点库》添加该项内容。
（5）加强对施工环节的监管，严格规范控制电缆的电缆头制作，避免其受损引起故障。
首先应严格要求施工队对控制电缆的电缆头制作要规范，严禁在电缆头处焊接屏蔽接地线时电烙铁温度过高造成控制电缆的外皮的高温损伤;
其次，接线工作完成后投入控制、保护信号电源前必须进行周密的绝缘检查，符合要求才能投入电源;
更重要的是，班组人员不定期对施工队工作情况进行检查、抽查及时纠正不正确工作行为。
继保分部落实，在工程管理作业表单中明确。
结论
牵引变电所直流电源在电力系统中具有非常重要的作用，随着国网公司同业对标的开展和建设坚强电网的需要，牵引变电所直流电源系统正受到日益重视。
本章
近年来，国家电网公司和省电力公司专用牵引变电所直流发电系统发布了大量的规则、规格和应对措施要求，对直流电源系统接地故障和消失的成因、种类、危害进行了探讨和分析，归纳了目前普遍使用的直流系统接地故障的查找方法，形成了一套行之有效的适宜的查找思路，并在实际工作中得到很好的验证。
熟练掌握快速查找和处理直流接地故障的经验方法，有利于及时处理故障，以保证设备的安全运行，确保电网稳定运行。
为我们解决直流电源系统存在的问题和进步其运行可靠性提供了强有力的支持。
变电站直流牵引的安全稳定运行，第一步就是配置稳定的直流设备，然后改进牵引变电所直流供电运行程序和应急预案，采取预防措施，还要有一群专业素质高的运行值班人员进行日常维护和检查，并严格执行变电站“三定”制度。
致谢
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