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1、变电站直流电源系统缺陷分析及运维建议摘要：本文统计了 206 套变电站直流电源系统在一段时期内发生的缺陷情况 从缺陷发生部位、缺陷类型等角度对直流电源设备缺陷进行了分析，通过以上数 据再结合设备运行年限等因素详细分析了直流系统缺陷发生的规律，并有针对性 的提出了一系列直流电源系统的运维建议。关键词：直流电源系统，蓄电池0 引言变电站直流电源系统是继电保护、自动化、通信设备等设备的电源，也是变 电站的应急备用电源，它的正常稳定运行是保障变电站可靠运行、继电保护装置 准确动作的重要保证。本文统计了一年内广州南部片区 206 套变电站直流电源系统运行中发生的缺 陷情况，按照缺陷发生部位、设备运行年限
2、等特征对直流电源系统缺陷进行了分 析，在文章结尾提出了变电站直流电源设备的运维建议。1 运行情况概述本文统计分析的 206 套直流电源系统运行于广州电网南部片区，其中 45.6% 为 220V 系统，54.4%为 110V 系统，4 套运行于 500kV 变电站，36 套运行于 220kV 变电站，166 套运行于 110kV 变电站。统计期间记录显示，这一时期共发生直流电源系统缺陷 93 起，紧急缺陷 4 起，重大缺陷 14起，一般缺陷 75 起。2 缺陷部位统计分析直流充电屏包括充电模块、监控模块、通信模块、熔断器、防雷器、母线电 压表、充电电流表、操作刀闸、蓄电池巡检仪等。直流馈线屏包括
3、绝缘监测装置、 直流空开、指示灯等部件。分析 93 起缺陷的发生部位，充电模块故障占比 49.5%，蓄电池缺陷比 28.0% 绝缘监测装置占比 11.8%，蓄电池巡检仪占比 4.3，电压表等表计故障占比 2.2% 监控器缺陷占比 2.2%，硅链缺陷占比 2.2%。2.1 充电模块故障分析 46 起充电模块缺陷，其中 37 起表现为充电模块故障告警，现场测量无 电压或电流输出，需要拆除模块更换内部元器件，此类缺陷在充电模块缺陷中占 比 80.4%，占整个直流系统缺陷的 41.58%。充放电模块故障一般是由于模块内部 元器件损坏造成，损坏后模块多数情况进行返厂检修处理。损坏后模块本身会有 故障，直
4、流屏监控器也会监测到，并向后台报送直流系统故障信息。其余 9 起充电模块缺陷则是由于充电模块散热风扇损坏引起，此类缺陷一般 由变电站值班人员巡视时发现。2.2 蓄电池缺陷统计范围的蓄电池组全部采用单只蓄电池串联成组的方式，通常，一组 220V 蓄电池由 108 只 2V 蓄电池串联而成，一组 110V 蓄电池由 54 只蓄电池串联而成分析 206 组阀控密封式铅酸蓄电池在一年内的 26 起缺陷原因，其中13起是由于部分蓄电池电导值低引起，占蓄电池组缺陷的 50%，在直流 电源系统专项维护时发现，表现为个体蓄电池电导值对比其他蓄电池有较为明显 的降低。通常情况下，一组蓄电池的数量有冗余配置，处理
5、方法是将缺陷蓄电池 直接退出运行，以确保在运整组蓄电池的均一性。在无冗余配置的情况下，只能 通过整组更换的方式来处理。蓄电池容量低的情况发生了 7 起，占蓄电池缺陷的 26.9%，此缺陷在蓄电池 组核容时发现，按照南方电网缺陷定级标准，蓄电池容量低于 80%时即判定为不 合格。与电导值较高缺陷类似，在蓄电池组拥有冗余配置时，可通过直接退出容 量不合格蓄电池的方式，确保整租串联蓄电池的容量合格；若无冗余，则需要整 组更换。蓄电池电压低与蓄电池外壳变形的缺陷各发生 3 起，都是在日常巡视中发现 电压低说明蓄电池内部状态恶化，均一性变差，此 2 种缺陷的处理方式与前 2种 相同。2.3 绝缘监测装置
6、缺陷绝缘监测装置的功能是监测各直流负荷回路的绝缘状态，是否有直流接地情 况发生。由于其作用关键，绝缘监测装置功能故障一般是按照重大缺陷处理流程 来处理。统计周期内共发生 11 起此类缺陷，占总缺陷数量的11.8%。绝缘监测装 置功能故障的原因较多，多由于内部元器件故障引起，也有软件程序错误的例子， 通常需要返厂检修。2.4 巡检仪缺陷蓄电池巡检仪是蓄电池的在线监测系统，用于监视蓄电池组各单节蓄电池电 压状态，近些年新的巡检仪还具备蓄电池内阻监视功能。此类缺陷通常是由于巡 检仪电压监视测量回路电阻值变化引起。2.5 监控器缺陷监控器既可以控制也可以监视直流电源系统各个部件的工作状态，同时把状 态
7、信息传送给站内监控后台。一旦监控器发生缺陷后，就不能将监控器的实时运 行状态传输给监控后台，此类缺陷严重影响设备正常运行，级别较高，发生后应 立即处理。2.6 表计缺陷表计指直流电源系统上的电压表、电流表、回路带电指示灯等指示表计，一 般对设备正常运行影响不大，按照一般缺陷的处理周期处理。2.7 硅链缺陷硅链是直流电源系统的电压调节装置，用于调节控制母线电压，起到调压器 的功能。硅链发生缺陷后，应及时整体更换，更换工作量较大，需提前做好现场 勘查和方案编制，确保更换的安全、顺利。3 其他因素的影响3.1 设备运行环境一般情况下直流电源系统的直流充电屏及馈线屏均运行在变电站继电保护室 并安装有空
8、调，运行环境较好，但由于部分厂家直流充电屏通风散热设计不合理 常发生部分重要部件过热误发告警的情况。按照铅酸蓄电池的特性，理想的运行环境为25C,目前所有蓄电池室内装有空调正是确保蓄电池保持良好运行状态的必要措施。3.2 运行年限缺陷发生率=统计周期内此类设备一定年限缺陷总数/设备运行年限分析缺陷发生情况随蓄电池组投运年限的变化，可以看出，投运3年内的蓄 电池组无缺陷发生，6年以内的蓄电池组运行仍较为稳定，7 年以后，缺陷发生 率明显提高。超10年的蓄电池组缺陷发生率达到100%，虽然运行10年以上的蓄 电池组数量较少，但仍需警惕。表 1 蓄电池和直流屏随投运年限的缺陷率1-3年4-6年7-9
9、年10年以蓄电池0%10.6%37.0%100%分析缺陷发生情况随直流屏运行年限的变化，可以看出，投运 3 年的的直流 屏运行情况较为稳定，4-9 年时缺陷发生率基本维持在一个较为稳定的区间，10 年以上的缺陷率明显上升。4 运维建议4.1 运维建议对于蓄电池组。一是将蓄电池置于空调室内，确保其运行环境稳定，对蓄电 池性能稳定、运行工况稳定具有关键作用；二是除正常周期性巡视检查外，应至 少每半年测量一次蓄电池电导值，并将数据保存，便于对比。由于充电模块缺陷发生较多，对于这种高损耗部件，在直流屏运维中应重点 关注，一是应每半年开展一次维护除尘；二是一旦发现充电模块风扇故障，应及 时处理，避免造成
10、充电模块本身损坏。4.2 技改修理建议从缺陷统计分析情况来看，蓄电池在运行 7 年以后，缺陷发生率明显提高， 损坏的密封阀控式铅酸蓄电池组基本不具备修复价值，因此，应提前做好技改规 划，在蓄电池投运超过 10 年前完成更换。直流屏内包含有大量电子元件，其设计寿命为 12 年，本文前述的分析也基 本符合此种情况，因此建议对的直流屏按照 12 年的技改生命周期进行技改，可 结合变电站综自改造项目实施。参考文献1. 李坚编变电运行及生产管理技术问答M.北京：中国电力出版社,2008.2. 李淮海，张玉林，孙向东，等.智能交直流一体化站用电源系统的研究与 应用J.华东电力,2011 (06) :919-922.3. 中国南方电网有限责任公司.Q/CSG1206007-2017电力设备检修试验规程 Z.中国电力出版社,2017年12月.
变电站直流电源系统缺陷分析及运维建议
