浅析变电站直流电源故障及处理措施

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　　摘要：直流系统为变电站的设备提供控制和操作电源, 可靠的直流系统是变电站安全、稳定运行的必要条件。本文就实际工作中遇到的问题进行论述，以供参考。
　　关键词：直流电故障 处理措施
　　随着电力事业的发展，电力系统变电站综合自动化系统、微机保护系统的广泛采用、变电站无人值班方式的逐步实行，由此对变电站直流电源的可靠性提出了更高的要求。
　　1 直流电源模块故障
　　 某变电站发生直流系统故障，当监控端发出“直流屏模块故障、直流屏系统故障总信号”经过一段时间后发出“直流屏电池欠压”。接通知后到现场检查，发现控制模块、充电模块显示屏无显示，模块风扇停止，模块处于失电状态。经查看各模块交流输入正常，监控系统显示模块故障。现场直流由蓄电池供给，情况十分危急。联系检修人员经更换损坏的直流模块后，直流系统恢复正常。事后分析当时该地区正发生雷雨天气，而该站又没在模块输入进线处装设C级、D级避雷器，从而使得直流模块被雷击而损坏。在安装调试时还发现当并列的电源模块间输出电压相差较大时，输出电流将会不平衡。故障分析时检查换下来的模块单元，还发现模块滤网及风扇积满灰尘。
　　 通过当时的故障处理，以及对故障模块的检查并结合其他站的模块故障，经过分析总结，找出造成变电站内直流模块故障及异常的原因。
　　1．1 直流模块故障的分析
　　(1)直流模块由于长期重负荷运行、甚至过载而损坏。
　　变电站直流模块在设计时容量配置采用的是N+I的标准，在一台模块故障时仍能保持其他模块正常运行，因此在正常情况下模块一般不会过载。由于目前半导体功率器件和磁性材料等部件性能的原因，单个直流电源模块的最大输出功率无法满足有些变电站的总功率要求，直流电源模块的并联是不可避免的，否则无法
　　满足现在变电站对直流供电模块功率的要求。
　　 尽管每个直流电源模块单元具有输出自动均流功能，但是并联运行的各个模块特性的不一致导致各模块负荷电流存在不均衡情况。有些模块可能承担更多的电流，极端情况下甚至过载，而有些模块运行于轻载状态，甚至基本上是空载运行。由于存在部分模块分担负荷多、部分模块分担负荷少这一情况，其结果必然加大了分担负荷多的模块损坏的可能性，也缩短了分担负荷多模块的正常使用寿命，降低了系统的可靠性。通过检查并列直流模块的负荷情况，发现各模块输出电压的差异将导致负荷分配的不平衡。当其中一个控制模块输出直流电压高于其他模块5 V以上时，此模块将承受直流负载的大部分负荷。此直流模块所分担的负荷往往超出单个直流模块所能承受的最高负荷，从而导致直流模块的过载损坏。
　　(2)直流模块交流进线处未安装避雷器，或避雷器的安装不符合防雷要求。一些老站在早期综合自动化改造时，设计不是太规范，有的未安装避雷器，造成雷电侵入交流电缆经交流回路进入直流模块造成模块损坏。而一些已安装了，C级、D级避雷器的变电站其避雷器之间的电缆距离过短使得雷击过电压无法衰减至模块可承受的电压值，远远大于模块过压保护值，造成了直流模块损坏。避雷器分为间隙类、放电管类、压敏电阻类、抑制二极管类、压敏电阻一气体放电管组合类、硅化类等。目前避雷器常用的有氧化锌压敏电阻和气体放电管2种。氧化锌压敏电阻避雷器分为单片压敏电阻避雷器和多片压敏电阻避雷器，是限压型保护器件，平时呈现高阻状态，一旦有脉冲电压，立即将电压限制到一定值，其阻抗突变为低阻状态。与气体放电管比较，它最大的优点是当它吸收脉冲电压时因残压高于工作电压，不会造成电源的瞬间短路，同时动作时间比放电管短。气体放电管避雷器分为开放式放电管避雷器和密闭式气体放电管避雷器。气体放电管避雷器虽然具有很强的承受大能量冲击的能力，但存使用时，由于气体放电管在放电时残压极低，近似于短路状态，对系统的影响较大。模块进线处安装压敏电阻避雷器已能满足防雷保护的要求。为了减小对系统的影响一般采用压敏电阻避雷器，作为C级、D级避雷器。采用c级、D级多级保护时，存在着一个前级保护和后级保护如何配合的问题。c级、D级避雷器这两级避雷器之间为了能够满足配合要求，必须保持足够的距离，以利于两级避雷器之间的配合。保证C级避雷器先于D级避雷器动作，泄放部分雷电的能量，限制残压，之后再由D级避雷器动作进一步泄放雷电的能量，限制残雎，从而使进入直流模块的电压限制在模块能够承受的范围以内，保护直流模块不受损坏。
　　1．2 直流模块发生异常原因
　　 风冷型模块长期运行后积攒灰尘过多，影响散热。风冷型直流模块通过风扇的转动散出模块内部由于元件工作所产生的大量热量。模块具有过温保护功能，当模块的进风口被堵住或环境温度过高导致模块内部的温度超过设定值时，模块会过温保护，模块无电压输出。当异常条件清除、模块内部的温度恢复正常后，模块将自动恢复为正常工作。因此当模块由于长期运行进出风口积聚大量灰尘造成散热不良时会使温度过高，过温保护动作模块不在输出，必然加重其他正常模块的负荷供给。随着负荷的加重增加模块异常的机率。即使温度没有超过设定值时，长期的高温也会影响模块的正常使用寿命。
　　2 直流电源模块故障的处理
　　(1)模块过负荷损坏其主要原因是并列模块问的负荷电流不平衡造成的，为了保证模块间的均流，在安装调试时通过调节各模块的输出电压，使其输出电压基本达到一致，实现各模块问的负荷分配的平衡。在验收时应该严格把关保证各模块输出电流的平衡。在平时巡视时应注意查看各模块的电流是否在允许的偏差范围内(自主均流法的模块问输出电流不平衡度±3％ 。)，如超出范围及时检查模块并查找原因，杜绝并列模块间的负荷电流不平衡度超出允许的范围的情况发生，从而防止直流电源模块因负荷电流不平衡而造成损坏。
　　(2)交流进线处加装合格的C级和D级两级避雷器，加装的C级、D级避雷器之间应保持5m 以上距离，以利于限制雷电波的残压，有效地防止过电压的冲击，保障电源系统正常工作。在满足防雷要求的情况下，选用性能更加优良的氧化锌压敏电阻避雷器。加装氧化锌压敏电5H避雷器时前端要串接相应容量的断路器(可
　　发出遥信信号)来提高直流系统可靠性。
　　断路器的作用：在避雷器损坏时，方便更换；在避雷器发生老化时，避免发生对地故障。避雷器损坏，避雷器与母线问的断路器跳闸后就可以及时发信，为及时发现异常和缩短故障处理时间提供便利。巡视时要注意查看避雷器是否完好有无异常，接地引线是否完好接地。
　　(3)巡视时注意直流电源模块的散热情况，如发现散热不正常，温度过高及时检查并查找原因。经常对直流电源模块进行除尘工作。如发现直流电源模块长期运行以致于积聚灰尘过多的必须立即进行除尘，保持模块进出风口的通畅，保证直流电源模块的散热正常，防止由于滤网及风扇积灰，导致散热不良引起直流电源模块的损坏。同时也要保持直流屏的通风散热。注意直流屏安装场所的环境温度，温度过高时及时开启空调。通过以上措施保证直流模块有良好的运行环境。
　　3 结语
　　随着安全稳定电网的需要, 变电站直流系统日益受到重视。近几年对各公司针对对变电站直流电源系统下达了不少规程、规范和反措要求, 为我们解决直流系统存在的问题和提高其运行可靠性提供了强有力的支持。
　　[参考文献]
　　[1]张胜发，向龙，姚国顺．模块化直流电源并联均流控制方法[J]．电源世界，2007(8)
　　[2]伍杰．电力直流操纵电源系统监控模块的研制[J]．控制工程，2005(1)

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