第1期2019年1月
No.1 Jan. 2019
现代科学仪器
Modern Scientific Instruments
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变电站直流系统的运行与维护措施探究
杨晓滨1 杨晓琼1 雷淳聪2
（1.国网山东省电力公司检修公司 山东济南 250118；2.广州市仟顺电子设备有限公司 广东广州）
摘 要 变电站是改变电压等级的重要场所，变电站中一次电力设备基本都采用直流电源系统供电，因此对直流系统蓄电池组的研究势在必行。目前，对变电站直流系统蓄电池组的运行状态和维护措施分析很少，为此文章对直流系统蓄电池的构成进行研究，并根据其构成对直流系统蓄电池的常见故障进行研究，提出蓄电池组具体的维护措施，最终将维护措施结合实际变电站的运行检修进行了应用，提高变电站直流系统的稳定性，降低了变电站设备故障率。
关键词 变电站直流系统；直流系统蓄电池组；蓄电池组常见故障；维护措施中图分类号 TM332 文献标识码 A
Research on operation and maintenance of battery pack in DC system of substation
Yang Xiaobin1, Yang Xiaoqiong1, Lei Chuncong2
（1. State Grid Shandong Electric Maintenance Company,Jinan Shandong, 250118, China; 2. Guangzhou Qianshun Electronic CO., LTD. Guangzhou, Guangdong 51000, China）
Abstract The substation is an important place to change the voltage class, and the primary power equipment in the substation is supplied with the DC power supply system basically, so the research on the battery pack of the DC system is imperative. At present, the analysis of the running state and maintenance measures of the battery pack of the DC system of the substation is very small, this paper studies the structure of the direct current system storage battery, and studies the common faults of the direct current system storage battery according to the configuration, and puts forward the specific maintenance measures of the storage battery pack. Finally, the maintenance measures are applied to the operation and maintenance of the substation, so that the stability of the DC system of the transformer substation is improved, and the failure rate of the substation equipment is reduced.
Key words DC system of transformer station; battery pack of DC system; common faults of storage battery; maintenance measures
随着我国“西电东输”特高压工程的不断推进，国家电网建设技术不断提升，国家建成了1000kV、500KV等不同等级的电力输电网络，并通过各级变电站进行电压等级转换，变电站成为现代电网的核心节点。变电站中存在着大量的一次电力设备，为使这些电力设备正常工作，通常采用直流系统对其控制供电，因此直流系统正成为变电站的核心组成部分。
在变电站正常运行过程中，若变电站直流系统发生故障，会使变电站中的电力设备出现不稳定故障，甚至出现短路电流使电力设备被永久烧毁的问题，严
重影响变电站运行的安全与稳定性，为正常的输变电生产活动带来巨大隐患[1]。为此，张勇研究了变电站直流系统运行维护及对策，分析了直流系统运行维护技术[2]；岳亮研究了变电站直流系统运行维护问题分析[3]，对直流系统常见故障进行了分析；但上述研究对直流系统蓄电池组的运行与维护研究只停留在定期巡检的维护方式，增加了变电站运行风险。针对此，本文在前人研究基础上对直流系统蓄电池组的维护措施进行了更深入的探讨，以期为变电站直流系统的研究提供理论支持。
收稿日期：2018-12-26
作者简介：杨晓滨（1980.10-），男，汉，山东济南人，工程硕士，高级工程师，研究方向：电气工程。
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1 直流系统蓄电池组概述
直流系统的蓄电池组系统不仅包含蓄电池模块，通常情况下还包含馈电保护模块和电压管理模块，下文将对上述模块具体分析。
1.1 蓄电池模块
变电站直流系统采用蓄电池组系统进行电荷的存储与输出，变电站直流系统正常工作时蓄电池模块处于接收交流电荷的浮充电状态，当交流电荷停止供电，蓄电池模块输出直流电荷使直流系统正常工作，蓄电池组系统是变电站直流系统稳定运行的重要组成部分[4]。蓄电池模块是由若干个2V-12V的单个蓄电池串联组成的，不同输出电压的蓄电池模块则由不同数量的蓄电池组成，一般包括蓄电池数量范围为9节到108节。目前构成蓄电池模块的电池类型有很多种，包括：铅酸电池、镐镍电池和密封阀控式铅酸电池等。我国变电站直流系统的蓄电池组通常采用密封阀控式铅酸电池进行串联组合，这种电池具有体积小、污染小、便于安装、稳定性好和寿命时间长等优点。目前在特高压输变电工程中，特别是500kV以上等级的变电站中，要专门为直流系统的蓄电池组设置的蓄电池室以提高整个电网系统的稳定性；而220kV及以下电网等级的变电站中则不需要设置蓄电池室。
1.2 馈电保护模块
为保证变电站直流系统的运行，蓄电池组系统中还设有馈电保护模块，该模块包括多种型号的直流断路器。通过馈电保护模块可快速切断直流电弧，并且该单元的断路器脱扣动作的安秒特性比很高，对蓄电池组短路电流起到限流保护的作用，提高了直流系统运行稳定性。
1.3 电压管理模块
根据上文可知变电站直流系统电源是通过蓄电池组系统进行电荷供电，目前，变电站直流系统电源的额定电压主要分为两种，即110V和220V。在进行额定电压选择时不仅要考虑该变电站的电压等级指标，同时还要考虑被控制对象的远近程度、控制回路的线缆长度和经济投资等多方面因素，因此蓄电池组系统中还包含电压管理模块用于控制输出电压。
通常来说电压等级为220kV或以下等级的变电
站整体规模较小，被控制对象距离控制中心较近，控制回路的电缆线路总长度较短，为控制经济成本，因此适合采用额定电压为110V的直流系统。在220kV以上等级如500kV变电站中，电力设备较多且各设备之间距离较远，导致被控制电力设备距离控制中心距离较远；同时由于电力设备的增多，控制回路的电缆线路变得更为复杂，总长度变得更长，因此需采用额定电压为220V的直流系统才能满足变电站稳定运行需求。
若500kV变电站中电力设备种类过多，则需采用多个电源进行供电，此时可将电源进行分散安装，大大降低了控制回路电缆线路的总长度，为使经济成本得到控制，宜采用多个额定电压为110V的电源进行供电。
2 蓄电池组常见故障
2.1 接地故障
输电网需满足长时间稳定运行的需求，因此使变电站直流系统长期稳定运行显得尤为重要，影响直流系统稳定运行发生最多的故障是直流系统接地故障。直流系统接地是由多方面因素影响造成的，具体地包括：首先，蓄电池组系统内的电力线路、电力设备的绝缘能力受自然环境的影响，出现风化、老化等问题时上述器件的绝缘材料会不同程度出现脱落、损坏导致绝缘材料不能承受额定电压而出现直流系统接地故障；其次，蓄电池组系统的电力设备包含大量的金属电力器件，这些金属电力器件为满足直流系统运行需求一般暴露在空气中，若出现极端天气使空气过于潮湿，导致上述金属器件对地绝缘能力大大减小，也会导致直流系统接地故障；另外，目前我国输变电网的变电站都在远离城市村镇的郊外建设，不可避免的会有野生小动物进入变电站，如昆虫、鸟类进入正在带电运行的直流系统中也会导致蓄电池组系统接地故障的发生；最后，还包括人为因素影响，如施工不当或检修不当也可能导致蓄电池组系统接地故障[5]。根据上述接地故障的影响因素以及接地故障的性质可将直流接地故障分为三类，包括：最常见的电阻性接地；最严重的通过其他系统电源发生的有源接地；还有检修复杂程度最高的多分支接地[6]。
2.2 充电故障
在500kV电压等级以上的变电站中一般包含多
第1期2019年1月杨晓滨 等 变电站直流系统的运行与维护措施探究
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个蓄电池组，变电站正常运行时，蓄电池组处于交流电源浮充电状态，若交流电源掉电，蓄电池组作为备用直流电源为直流系统供电，因此蓄电池组能否长期稳定运行决定着直流系统运行能力[7]。据上文可知蓄电池组由多个蓄电池串联而成，而每个蓄电池的电池容量大小和参数规格并不完全相同，交流电源对蓄电池充电时会导致充电不平均的问题，可能会导致某单个蓄电池出现故障，此时蓄电池组整体的容量和寿命也会受到影响，从而影响输出电压，影响直流系统运行稳定性。
路进行检修处理。
3.2 加装电池阻值监测装置
目前，我国送变电检修人员每年对变电站蓄电池进行巡检维护，采用核对性放电法对蓄电池组深度放电测定电池容量变化，即将整个蓄电池组退出直流系统运行，并采用放电仪进行测量。放电仪每小时自动对整组电压和单只蓄电池电压进行记录，到规定时间内蓄电池电压在额定终止电压之上为合格，在额定终止电压之下为不合格[9]。但采用这方法会使维护人员的工作量加大，另外若在维护人员巡检前蓄电池已发生故障则不能及时更换故障蓄电池为直流系统的稳定工作带来隐患。因此，下文研究中将在蓄电池组系统中加装电池阻值监测装置对蓄电池进行检修，蓄电池的容量与电池的内电阻阻值有关，该方法通过测量蓄电池的内阻数据并比对蓄电池标准电阻数据即可判断蓄电池是否发生故障，采用这种方法不仅快速简单还可以进行远程操作，可实时监测蓄电池运行状态，减少了蓄电池的运行故障。
2.3 环网故障
目前在220kV以上的高压变电站中，一般采用双蓄电池组接两套交流供电的接线方式，而两套供电系统中电力回路接线方式和控制方式各不相同，即两套供电系统开环运行[8]。环网故障是指两套分开运行的直流电源之间存在多点电气连接，若在运行检修时出现电力线路接线问题，导致两套电源系统合环运行，会引起系统中的电力设备故障，从而导致多个直流系统的电力环网发生故障，可能会使整个变电站出现连环故障动作。环网故障是蓄电池组系统最严重的故障,会带来巨大的安全隐患，包括：发生火灾、降低蓄电池组使用寿命、引起关联设备动作和引起不同系统极间接的故障报警等。
3.3 加强值班人员巡检
目前国内外针对蓄电池组环网故障还没有很好的维护措施，只能通过变电站值班人员加强巡检次数进行预警维护，若发生蓄电池组系统环网故障，则迅速进行系统故障检修并发出环网故障警报，找出环网故障点并分析环网故障发生的原因，根据原因进行故障处理，使蓄电池组系统以最短时间恢复正常运行的能力，提高直流系统抵抗故障压力的能力。另外相关电力企业应对带电在线环网监测装置进行研发，提高目前针对环网故障的维护能力。
3 蓄电池组维护措施
3.1 加装接地故障定位装置
本文中通过采用直流接地故障定位装置对直流系统接地故障进行维护，该装置是直流系统正常运行的重要设备。相比于过去的拉回路检修法，采用上述装置的蓄电池组系统发生接地故障时，在系统不断电的情况下就可对接地故障发生位置进行定位，大大提升了蓄电池组系统检修的安全性。直流接地故障定位装置不仅可以采用信号注入法对接地故障发生位置进行定位，还可以通过转移电荷法对拥有多个直流电源的变电站进行检修，在该变电站中发生接地故障时，可在带电情况下对多支路的电力回
4 蓄电池组维护措施应用结果分析
本文将上述维护措施对佛山220kV变电站进行了应用，在接地故障维护措施和环网维护措施不变的情况下应用了本文提出蓄电池在线监测维护技术。蓄电池内阻与蓄电池容量成反比关系，电阻值与电池容量数据对应如表1所示
上述220kV变电站中1号蓄电池组由108节容
表1 电阻值与电池容量数据
容量/AH电阻值/μΩ
1001550
1501150
200850
320570
410390
510320
750250
1000205
1680160
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Modern Scientific Instruments表2 蓄电池监测部分电阻数据
No.1 Jan. 2019
蓄电池编号
1611162126
蓄电池内阻/μΩ
3304007653863523
蓄电池编号
2712172227
蓄电池内阻/μΩ
371331380392386379
蓄电池编号
3813182328
蓄电池内阻/μΩ
353359386386349368
蓄电池编号
4914192429
蓄电池内阻/μΩ
3372388393397378
蓄电池编号
51015202530
蓄电池内阻/μΩ
380374375375399356
量为300AH的蓄电池串联组成，每节蓄电池额定电压为2V。采用蓄电池在线监测技术对其监测，测量蓄电池部分电阻数据如表2所示。
由表2可知编号为11的蓄电池监测电阻为765μΩ，明显高于其他电阻，且高于表1中300AH容量所对应的蓄电池内阻，即该蓄电池容量降低，应被维护检修人员更换新的蓄电池进行替以保证整个直流系统的稳定性。但采用传统的核对性放电法对蓄电池进行测量，该蓄电池电压为1.6V，可被认为是蓄电池允许范围内的正常波动，则不会被替换更新使故障蓄电池继续在直流系统中工作，增加了蓄电池安全隐患。
现采用蓄电池在线监测维护技术可提前发现问题蓄电池，并通过远程报警提醒送变电检修人员及时更换蓄电池，有效提高了变电站直流系统的运行稳定性和安全性。
参考文献
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[5] 彭崑.变电站直流系统接地故障查找与处理方法研究[J].技术与
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5 结语
文章通过对变电站直流系统的故障以及维护措施分析，确定了现有蓄电池维护技术中的不足，并在前人研究基础上提出采用蓄电池在线监测维护技术对直流系统的蓄电池组进行维护，并在实际变电站检修工作中进行了应用，根据应用结果分析，发
