《220kv变电站直流系统》.docx

1、220kv变电站直流系统220kv 变电站直流系统1.什么是变电站的直流系统2.变电站直流系统的配置与维护3.直流系统接地故障探讨4.怎样提高变电站直流系统供电可靠性5.如何有效利用其资源1.什么是变电站的直流系统变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分 配的场所。变电站内的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和 电气设备的远距离操作 ,一般都采取直流电源 ,所以直流电源的输出质 量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电。 变电站的直流 系统被人们称为变电站的“心脏” ,可见它在变电站中是多么的重要。 直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明 等提供可

2、靠的直流电源。 它还为操作提供可靠的操作电源。 直流系统 的可靠与否， 对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。(1)220kv变电站直流母线基本要求：蓄电池组、充电机和直流母线 1设立两组蓄电池，每组蓄电池容量均按单组电池可为整个变电站 直流系统供电考虑。2.设两个工作整流装置和一个备用整流装置，供充电及浮充之用，备 用整流装置可在任一台工作整流装置故障退出工作时， 切换替代其工 作。3直流屏上设两段直流母线，两段直流母线之间有分段开关。正常 情况下，两段直流母线分列运行， 两组蓄电池和两个整流装置分别接 于一段直流母线上。4具有电磁合闸机构断路器的变电站，直流屏上

3、还应设置两段合闸母线5.220kV系统设两面直流分电屏。分电屏I内设1组控制小母线（KMI） 、1组保护小母线（BM I）;分电屏H内设1组控制小母线（KMII） 1组保护小母线（BM n）o6. 110kV系统设1面直流分电屏，屏内设1组控制小母线（KM ）、1 组保护小母线（ BM）。7.10kV/35kV 系统的继电保护屏集中安装在控制室或保护小间的情 况下，在控制室或保护小间设 1 面直流分电屏。8.信号系统用电源从直流馈线屏独立引出。9.中央信号系统的事故信号系统、 预告信号系统直流电源分开设置10.每组信号系统直流电源经独立的两组馈线、可由两组直流系统 的两段直流母线任意一段供电。

4、11.断路器控制回路断线信号、事故信号系统失电信号接入预告信 号系统；预告信号系统失电信号接入控制系统的有关监视回路。12.事故音响小母线的各分路启动电源应取自事故信号系统电源； 预告信号小母线的各分路启动电源应取自预告信号系统电源。13.公用测控、网络柜、远动柜、保护故障信息管理柜、调度数据网和UPS的直流电源从直流馈线屏直接馈出。（ 2）、直流系统运行一般规定：（1）、220KV变电站一般采用单母线分段接线方式，110KV变电站一般 采用单母线接线方式。 直流成环回路两个供电开关只允许合一个， 因 为母联开关在断开时， 若两个开关全在合位就充当母联开关， 其开关 容量小，线型面积小，又不符

5、合分段运行的规定。直流成环回路分段 开关的物理位置要清楚， 需要成环时应先合上母联开关再断开直流屏 上的另一个馈线开关。(2)、每段直流馈线母线不能没有蓄电池供电。(3)、充电机不能并列运行。(4)、正常情况下，母联开关应在断开位置。(5)、绝缘检查装置、电压检查装置始终在运行状态。(6)、投入充电机时先从交流再到直流。停电时顺序相反。(7)、母线并列时首先断开一台充电机，投入母联开关，在断开检修 蓄电池。(8)、母线由并列转入分段时首先合上检修蓄电池，断开母联开关， 再投入充电机。2.变电站直流系统的配置与维护A :配置220kV变电站直流系统设计依据是 DL / T5044 95火力发电

6、厂、变电所直流系统设计技术规定 ，本规定适用于采用固定型防酸 式铅蓄电池。一、要求220kV变电站具备高可靠性直流电源的原因：11 部分变电站建设规模为主变容量 3X 150MVA 或 3X180MVA， 且为枢纽站。12 220kV 变电站主保护亦实现双重化，采用两套不同原理、不同厂家装置；断路器跳闸回路双重化；且均要求取自不同直流电源。13 线路的两套纵联差动保护、主变压器的主保护和后备保护均 分别由独立的直流熔断器供电。14 所有独立的保护装置都必须设有直流电源故障的自动告警回 路。15 变电站综合自动化水平提高，监控系统高可靠运行要求。二、 目前单组蓄电池运行、维护存在的主要问题：21

7、 事实证明：要掌握蓄电池运行状态，做到心中有底、运行可 靠，必须进行全容量核对试验；然而直流系统配置一组蓄电池，给运 行维护造成了极大困难。22 现有 220kV 变电站蓄电池只对蓄电池组进行部分容量试验， 检测出损坏严重的蓄电池； 因进行全容量试验工作繁琐因难， 部分单 位回避容量试验，而不能完全掌握蓄电池的实际运行状态。23 就对各发供电单位已运行的各型式蓄电池统计表明，使用寿 命一般为 7 年到 10 年；且这期间尚需对个别落后电池维护处理才能 够保证整组蓄电池使用年限。 对于仅一组蓄电池而言， 整个更换期间 同样要承担风险运行。24 蓄电池组由 106只-108只（无端电池）或 118

8、只一 12O 只（有端 电池）单体电池串联组成，若其中一只电池容量下降后，则表现为内 阻增大、严重者相当于开路也就是说：一只电池损坏，祸及整组电 池不能发挥作用。 目前检测的最佳方法是将浮充机停运， 直流负荷由 蓄电池组供电；对于仅有一组蓄电他的直流系统，若存在有开路情况则造成全站失去直流。25 整流设备的好坏也影响蓄电池的寿命。新近入网交流整流设 备，虽然具有充电、均衡充电、浮充电自动转换功能，但功能还不完 善。如浮充电缺少温度补偿，温度低时充电容量不足、温度高时容易 过充电，造成电池漏液鼓肚现象，缺乏单体电池端电压测量，当有 2 3 只电池充容量不足不能发现时就影响整组电池寿命。26 近

9、23 年间投运的变电站蓄电池大多采用全密封阀控式铅酸 电池，因不能象原固定防酸式铅酸蓄电池正常远行中能够通过测单体 电池电压、量其比重、观其外观而综合分析判断电池运行状态。其日 常仅能靠测量单体电池进行监视，运行状态好坏难以充分把握。27 对蓄电池容量的在线监测现在仍是一大难题。 对阀控式全密封 蓄电池能否依据某指标数据判断或多项指标数据综合判断运行状 态尚处于探索时期。3220kV 变电站直流系统配置两组电池的必要性及优点31 正在编写制订的阀控式铅酸蓄电池运行、维护导则国家 标准，明确要求蓄电池必须进行容量试验。32 220kv 变电站内通信用直流系统按有关规定均配置二组 48V 蓄电池。

10、而 220kV 变电站控制、保护、信号、安全自动装置等负荷同 样需要高可靠的直流系统。3. 3 由于单组蓄电池不能很好的满足 22kV 变电站运行可靠性要 求，且运行维护困难 ,故此 220kV 变电站直流系统配置两组蓄电池是 必要的3. 4 220kV变电站直流系统配置两组蓄电池，完全满足运行要求， 并符合部局有关继电保护反措对直流供电的要求， 采用该系统对增加 控制保护设备运行的可靠性有较重要的意义。35 220kV 变电站配置两组全容量蓄电池组或两组半容量蓄电池 组后，从简化母线结构、减少设备造价、节约能源、避免降压装置故 障开路造成母线失压， 扩大为电网稳定事故和更大设备事故出发， 可

11、 考虑直流动力，控制母线合一，去掉端电池及调压装置，使直流系统 进一步简化、可靠。4220kV变电站直流系统配置两组蓄电池方案41 为了保证两组蓄电池能够独立工作，相互间不影响，保持自 身特性，采取不完全并联运行方式，即两组蓄电池充、放电独立，相 互间不互充放。42 根据变电站的建设规模、负荷地位和负荷水平，可选择采用 下列不同的配置方案：421 采用两组全容量蓄电池组、三台充电机、直流负荷母线分 段接线。此方案是完备的方案，在各种运行方式下，能够保证提供可 靠直流电源。422 采用两组全容量蓄电池组、二台充电机、直流负荷母线分 段接线。423 为进一步降低工程费用，可采用两组半容量蓄电池不完

12、全 并联运行，配置二台充电机，直流母线分段。5结束语：直流系统是变电站二次设备的生命线， 直流系统故障就有可能影 响到电网稳定和设备安全。 根据现在 220kV 变电站对直流电源可靠性 要求进一步提高，及蓄电池运行、维护的需要，并考虑220kV变电站 直流系统网络与蓄电池直流电源可靠性匹配要求， 220kV变电站直流系统应配置两组蓄电池， 虽在经济上多投入， 但其运行可靠性却得到 了大幅度提高，且运行方式灵活、维护简便。B潍护电力直流系统的维护现状 :现在的变电站一般都是无人值守的 ,智能高频开关直流电源系统 可通过监控串口与变电站后台的监控实现通讯 ,可在调度端实现对直 流系统的“三遥” .

13、 运行人员或专职直流维护人员定期对直流设备进 行一般性的清扫、日常检查等工作 .对充电设备只进行巡检 ,对蓄电池 组进行日常维护和年度放电核对容量 .。.220KV 设两组蓄电池 ,110KV 一般装设一组蓄电池 ,在有条件时 220KV最好装设两组蓄电池，因为220KV的继电保护装置是双重化的 从电流互感器二次侧到断路器跳闸线圈都是双重化 ,因此,直流系统也宜相应的设置两组 ,分别对两套保护及跳闸线圈供电 ,以利系统安全运 行 .。在正常运行情况下 ,变电站的二次设备只需由充电模块来供电就 行了.现有的变电站 ,断路器一般有电磁合闸方式和储能合闸方式两种 在电磁式断路器进行合闸操作时 ,要求

14、直流电源能提供瞬时的合闸电 流（20200ms内提供数百安培的大电流），显然仅由充电模块来供电是 远远不够的 ,这时蓄电池组就发挥了重要的作用 ,它能无间断地提供大 电流 ,保证断路器的正常合闸 ,这也是直流系统为什么要有合闸母线的 原因了 .在储能合闸方式下 ,合闸电流远小于充电模块的额定输出电流 , 不用蓄电池来合闸 .现在新建的变电站一般都是这种储能式的断路器 , 这时直流系统也就可以不要合闸母线。当电网发生事故时 ,必然使交流输入电压下降 ,当充电模块不能正 常工作时 ,蓄电池无间断的向直流母线送电 ,毫不影响直流电源屏的对 外功能 ,保证二次设备和断路器的正确动作 ,确保电网的安全运

15、行 .而作 为最后保障的蓄电池 ,如果其容量的不足将会产生严重后果 .所以 ,蓄电 池的重要性就可想而之了 ,其维护一直是最为重要的问题 .。电池巡检仪作为在线监测装置 ,可实时发现落后或故障电池 ,并 可检测电池组的温度是否处于正常范围内 ,但直流系统工作时输出电 流较小 ,电池容量的不足或漏液、破损很难通过电池巡检仪发现 ,而电池内阻和电池容量的在线测试 ,准确度依旧不高 ,其测量精度和可靠程 度通常只用于定性分析 .所以还是需要运行人员或专职直流维护人员 对蓄电池进行定期巡视。由于电池品牌、型号及电池状况的不同 ,应根据实际情况通过监 控模块重新调整电池充电参数 ,以保证电池处于良好工作

16、状态 .蓄电池 寿命一般为 8 10 年左右 ,影响蓄电池寿命的主要因素有 :1、过放电 ;2、 充电压设置不合理 ,充电电流过大或过小 ; 3、充电设备的性能超标 ;4、 温度。所以 ,我们不但要定期对蓄电池组做放电实验 ,还要定期测试充电设备的稳压精度、稳流精度及纹波系数、充电机效率等性能参数3.直流系统接地故障探讨直流电源作为电力系统的重要组成部分，为一些重要常规负荷、 继电保护及自动装置、 远动通讯装置提供不间断供电电源， 并提供事 故照明电源。直流系统发生一点接地，不会产生短路电流，则可继续 运行。但是必须及时查找接地点并尽快消除接地故障， 否则当发生另 一点接地时，就有可能引起信号

17、装置、继电保护及自动装置、断路器 的误动作或拒绝动作，有可能造成直流电源短路，引起熔断器熔断， 或快分电源开关断开， 使设备失去操作电源， 引发电力系统严重故障 乃至事故。因此， 不允许直流系统在一点接地情况下长时间运行，必 须加强在线监测， 迅速查找并排除接地故障， 杜绝因直流系统接地而 引起的电力系统故障 1、直流系统接地查找一般原则（1）、“直流接地”信号发出后，可通过直流屏监控器和绝缘检查装 置找出接地支路号及接地状态， 支路号的排列大都是按直流馈线屏馈 线开关从上至下或从左到右的顺序， 绝缘检查装置还可以显示接地电 阻（接地电阻小于 15-20 千欧时报警），判断接地程度，可通过绝缘

18、 检查开关判断正对地、负对地电压，判断接地程度。有时绝缘检查装 置判断不出支路只报“直流母线接地” ，此时有可能直流母线接地， 也可能是支路接地。（2）、直流接地信号发出后，必须停止二次回路上的工作，值班员应详细询问情况，及时纠正修试人员的不规范行为。（3）、利用万用表测量正对地、负对地电压，核对绝缘检查装置的准 确性。万用表必须是高内阻的， 2000欧/ 伏，否则会造成另一点接地。（4）、试拉变电站事故照明回路。（5）、试拉检修间直流电源回路。（6）、试拉 380 伏配电直流电源回路。（7）、试拉通讯远动电源回路。（8）、解列蓄电池。（9）、解列充电机。（10）、1段母线负荷倒至 2段母线，

19、判断 1 段母线是否接地。（11）、使用接地查找仪对控制、保护、信号回路逐一查找。2造成变电站直流系统接地的几种原因：（1）雷雨季节，室外端子箱或机构箱内潮湿积水导致直流二次回路 中的正电源或负电源对地绝缘电阻下降， 严重者可能到零， 从而形成 接地。（2）部分型号手车开关的可动部分与固定部分的连接插头或插座缺 少可靠的绝缘隔离措施， 手车来回移动导致其中导线破损， 从而使直 流回路与开关金属部分相接触，从而导致接地。（3）部分直流系统已运行多年，二次设备绝缘老化、破损，极易出 现接地现象。（4）因施工工艺不严格，造成直流回路出现裸线、线头接触柜体等， 引起接地3查找接地故障的基本原则和方法：

20、 （1）一般处理原则：根据现场运行方式、操作情况、气候影响来判 断可能接地的地点，按照先室外后室内，先合闸后控制，由总电源到 分路电源，逐步缩小范围的原则，采取拉路寻找、处理的方法。应注 意：切断各专用直流回路的时间不要过长（一般不超过 3 秒钟），不 论回路接地与否均应合上。（2）具体处理方法：首先，了解现场直流电源系统构成情况，通过 直流系统绝缘监测装置或接地试验按钮初步判断是直流正极接地还 是负极接地（以下假设绝缘监测可靠，并假设正接地） 。然后，瞬时 切除所有合闸电源开关，如接地信号消失，说明接地点在合闸回路， 应对站内合闸回路用同样方法拉合负荷开关或解除正电源端， 进行分 路检查、判

21、断；如监测装置仍报接地，则说明接地点在控制、信号等 回路，则应进一步用同样方法检查直流屏、 蓄电池柜及站内各保护屏、 控制屏、信号屏及其控制回路。 查明接地点属于哪一输出电源回路后， 应迅速拉合接地回路的直流负荷开关或拔插回路内的正电源保险， 并 根据绝缘监测装置报警情况判断接地点在开关（保险）之前或之后。 判断清楚后，根据查出的范围，迅速解除范围内相关设备的正极端子， 观察报警信号， 判断接地点是否在这一部分设备内。 然后继续按照以 上原则和方法，逐步缩小查找范围，直至找出接地点。4总结： 造成变电站直流系统接地的因素较多， 为了较好的解决这一问题， 在 日常运行维护中还应视具体情况采取不同

22、措施：（1）严格二次设备施工工艺，发挥主观能动性，减少接地故障的发 生概率。如对室外端子箱、 机构箱等加强密封，加装防潮除湿设备或 材料；对手车开关的活动部位采取措施提高其绝缘性能， 如用绝缘材 料包裹其线头部分等，避免因其随手车活动引起接地；对绝缘老化， 已不能满足对地绝缘电阻要求的控制电缆及有关二次设备及时更换。（2）加强断路器、隔离开关、手车等一次设备的运行维护管理。严 格断路器、 隔离开关等具有机械传动部分设备的操作规程， 避免因操 作不合理造成接地故障。（3）查找处理接地故障时严格遵守相关电气设备检修运行规程要求， 并结合现场实际条件进行。 禁止单人工作， 禁止直流电源长时间停止 运

23、行（尤其在天气条件不允许的情况下） ，拆除、恢复各端子、各开 关的时间应尽可能短。4.怎样提高变电站直流系统供电可靠性1 概述 ：供电公司 220KV 及以下变电所的直流供电系统为环状系统， 若一个元件故障可能会引起整个系统的瘫痪，达不到电力系统的 安全稳定的要求。而近两年来，随着电力系统的飞速发展，保护 设备的增多，对直流系统可靠性和稳定性的要求越来越高，直流 系统故障将严重影响到系统的安全稳定运行。针对这一问题我们 进行了大量的调查与分析， 并发现 220KV 及以下变电所的直流供 电系统存在：直流系统接线方式不合理；保护直流回路用交流断 路器；蓄电池和充电装置数量都不符合要求。2直流系统

24、供电现状：直流系统事故后果严重，严重的可造成变电所直流系统全部 停电，造成一次设备处在没有保护和监视的不可控状态，不能反 应一次设备的故障，极易造成一次设备事故范围的扩大，造成区 域电网的大面积停电事故；经过调查发现，该局的变电所普遍采用环状供电方式。 八讥何二丁环状供电方式示意图环状供电方式是指将两个独立的直流供电系统在其下一级直流支路 中连接，当分支直流元件故障时，非故障母线将断开供电回路，这样 扩大了直流故障范围。严重时会使整个变电所处于无直流状态下， 对 系统正常运行造成重大的安全威胁。同时我们对保护直流回路用的断 路器情况进行了统计（见表1）。表1各电压等级变电所保护用直流断路器配置

25、情况调查表现犧崟刖 -110KV撚以上哑电所凰* F上变电所孑的in占俣阶額的1/3且汛系邂中占保險总墩的31/3交流断路器作为直流电路的保护元件具有局限性。由于交流电流的电弧容易熄灭，故其断路器的动静触点之间的开距小， 不能达到拉弧 作用，而直流瞬动电流是交流瞬动电流的 1. 42倍，因此在直流回 路中断路器不能可靠断开，并且致使交流断路器损坏，从而造成直流 系统事故进一步扩大；通过上表我们看到直流系统中采用交流断路器 的二次设备占总设备数的2/3。我们对2000年以来出现的直流供电系统的缺陷进行了分析，发现主要存在以下三个方面的问题：1、 直流供电支路故障造成变电所直流供电系统全部停电。2

26、、 直流回路开关损坏严重。3、 蓄电池和充电装置数量都不符合要求。3完善直流系统供电方式：3.1采取辐射状供电方式，增加蓄电池和充电装置数据3.1.1 220KV及以上变电所应满足两组蓄电池，且两套直流电源系统 完全独立，并设两段独立的保护电源小母线。3.1.2各级直流母线分段开关正常运行时应断开。3.1.3控制直流母线分为两段，且控制直流母联开关正常运行时应断开。3.1.4 220KV设备双套保护装置的保护电源应取自不同的独立直流电 源系统，接在不同的保护电源小母线。3.1.5如果断路器只有一组跳闸线圈，失灵保护装置电源和具有远跳功 能装置的电源应与相对应的断路器操作电源取自不同的直流电源系

27、 统。3.2采用专用的直流断路器 根据保险配置情况选购 GM型（两段保护）、GMB型（三段保护）系列直流断路器，并进行直流断路器的安秒特性及动作电流的检验， 并绘制出三段式保护直流断路器保护特性曲线：始动作值Icu-断路器极限短路分断能力Iop2-断路器延时动作电流lopl-短路瞬时断路器动作电流通过试验发现G系列直流断路器作为替代直流回路中的交流断路器，具有良好的三段保护功能。过载长延时保护：能在故障电流较小时，根据电流的大小进行反延时动作，能防止线路电缆发热进而造成绝缘破坏和起火。短路短延保护：能够防止越级动作带来的事故扩大， 保证故障电流仅 仅由距离故障点最近的断路器来切除，还可作为下一

28、级保护的后备保 护、 I讷华谕I昨閱屛la电临幵去 卩匕邑壞幵去220KV变电所直流系统图短路瞬时保护：能够在故障电流较大时瞬时切除故障回路， 避免对设 备及线路的动稳定性带来较大的危害。结束语：为防止和杜绝变电所直流系统事故，确保电网的安全稳定运行，我们对变电所的直流系统的不足做了进一步完善， 消除了造成直流系 统故障的安全隐患，进一步减小了变电所发生直流系统事故的可能 性，在保证直流系统安全稳定运行的同时也保证了继电保护及自动装 置的可靠运行。5.如何有效利用其资源变电所直流系统为继电保护以及开关机构提供保护、 信号、动力 能源；变电所UPS为远动、通讯、微机监控装置提供不间断的电源。 多

29、年来，根据各变电所直流设备运行现状， 发现从设计、规划、审批、 运行、维护等环节存在管理弊端，不同程度地造成设备重复投资、资 源浪费等现象。近年来，随着两网改造，设备更新升级，变电所的继电保护及其 自动化使得当地监控、信息数据采集、计量等专业相互渗透。对于变 电所直流系统，如在变电所直流系统电源保证安全可靠性的前提下， 即直流系统蓄电池容量和绝缘水平满足运行参数要求，变电所 UPS 实现集中配置（废除UPS自带蓄电池配置）是可行的。1变电所交、直流电源运行（1）所用电 380/220V 低压系统：变电所所用电 380/220V 系统电源的质量、 可靠性较差。 主要表现为：1交流失电 （全所失电

30、、互投时间间隔长、暂态停电 ）；2欠压、过压（一般变电所自备电源较高，末端所电压不易调节，闪变）；3电压短时波动 （如电气化铁路干扰，谐波畸变，电压聚降、瞬变 ）；4电压三相不平衡 （所内负载不平衡，中性线断 ）；5二次设备共模、差模超标（接地和泄露电流）等故障。 对于变电所的综合自动化装置、计算机监控、远动装置、信息数据采 集、微机保护、 脉冲式电能表等采用静态电路，设备对电压质量及供 电连续性要求较高。 一旦计算机失电造成死机、 远动信息数据采集失 电造成丢失数据、 电源产生的问题等导致设备误操作将造成更大的损 失。鉴于以上原因，许多变电所配置了 UPS 电源，但多见于分散配置， 各成一体

31、。(2)变电所 UPS 不间断电源：变电所 UPS 不间断电源，供给远动自动化、信息数据采集、微 机监控、电力通讯等电源。在许多变电所内，由于 UPS 维护不善造 成蓄电池容量不足，交流断电后，由于电压过低而自动关机，使得设 备电源中断，不能正常工作。(3)变电所直流系统： 变电所直流系统作为操作电源， 供给断路器分合闸及二次回路的 仪器仪表、继电保护、控制、事故照明及自动装置电源。近年来，接受以往事故教训，专业人员在研讨继电保护反措和 直流系统反措中， 均提出了双重化配置要求， 对 220kV 变电所的直流 系统进行了 32配置(三台充电机、两组蓄电池 )单母分段互联式接线 改造。对继电保护实现独立保护、 独立电源，主保护的线路、 变压器、 母线双重化保护专用供电，实现保护装置跳闸线圈双重化，控制、保 护电源分开。由两套独立 (可相互备用 )直流系统供电。2改造目标 ：通过对变电所直流系统实施技术改造， 要求变电所直流系统的管理水平、运行维护和设备健康水平均达到 100。同时，还要使变电 所直流系统资源得以充分有效利用。(1)目标制定： 加强变电所直流系统运行维护管理。2对直流系统为 UPS 提供电源可行性、安全性进行评估、计算，并付诸实施。应用后充分体现了 UPS使用直流系统供电的优点。