国网阳泉供电公司变电运维中心 山西阳泉 045000
摘要：变电站作为电网的重要枢纽，包括电气一次、二次及各种辅助单元，而直流系统是为变电站控制保护提供电源的重要单元。基于此，本文主要对变电站直流电源故障分析系统的研究与应用作具体论述。
关键词：直流系统；直流电压；电池运行；电池维护
引言
近年来，在电力系统内因变电站直流电源系统出现异常而引起保护装置误动、拒动的事故呈上升趋势，而目前直流系统安装的设备在事故状态下却无法捕捉到准确和详细的异常情况信息，缺乏事故数据支撑，给事故原因分析增添了许多不确定因素，导致采取的后续措施缺乏有效的技术依据。另一方面，直流电源系统维护工作量庞大、维护效果不佳、维护人员不足，主要体现在：日常维护量大，由直流电源故障引起的电网事故频发；产品质量参差不齐，造成直流电源供电可靠性不满足电网安全运行要求；缺乏有效监督手段，不合格产品依旧进入电网。由此研究直流电源系统在线监测相关技术，实施直流电源系统在线监测，弥补随着无人值班站的推广，直流电源系统在新的运维模式中存在的缺点，查找蓄电池寿命缩短的原因，实时掌握直流电源系统运行状态，实现故障预警，提升设备健康度，延长蓄电池使用寿命，对于解放劳动力，提高直流电源系统的供电可靠性，保障变电站的安全可靠运行具有重要意义。
1变电站直流系统使用情况
2018年以后新投运的变电站，均采用的是一体化电源系统。这类系统的储能蓄电池采用的是单体额定电压为2V的阀控式密封铅酸蓄电池，容量200Ah。因二次设备的控制电压是220V，蓄电池数量选用104只。直流系统附属装置有交流备自投电源、监控装置、充电模块、绝缘监察装置、蓄电池巡检仪、48V通讯电源装置、逆变电源装置等。直流输出电源控制母线和合闸母线合二为一，变电站内的断路器分合闸与二次设备电源均接入该母线，这类系统设备运行在233V电压范围内。该直流系统最大的特点一是取消了硅链调压装置，将合闸母线与控制母线合二为一；二是增加了48V通信电源系统，满足智能变电站通讯设备需要；三是增加了UPS逆变电源系统，为站端监控与数据服务器提供可靠的电源支持，方便设备集中管理。该类一体化直流系统能够为无人值守变电站提供稳定可靠的电源支持。
2直流电源故障分析系统
系统软件采用B/S（浏览器/服务器）结构，数据库、应用程序和服务器都集中放置在总站，方便系统维护、升级及功能的扩展。该系统可作为子系统接入地区电网状态中心，可容纳500个变电站站点接入。直流电源故障分析系统通过监测和分析蓄电池、充电机、绝缘装置及蓄电池监测装置的运行参数变化趋势，深入了解上述设备的运行状态，及时发现蓄电池组、充电机的故障及不满足有关规程、反措要求的绝缘监测装置。根据装置、设备的性能劣化程度，提出检修建议与方案，逐步实现状态检修，以大大减少直流电源设备的日常维护工作量；确保蓄电池组具有事故跳闸和2h事故放电能力，防止直流电源消失引起保护拒动事故；消除充电机不稳定输出对蓄电池造成的不利影响，从而提高直流电源系统的供电可靠性；交流窜入、直流环网、电压偏差及电压波动等各种直流接地故障能及时告警并得到排除，以预防直流系统一点接地引起保护误动。
3典型案例解析
35kV上王变蓄电池组电池电压低。2019年07月08日，运维人员发现直流系统直流监控装置单元告警“蓄电池整组电池电压低”，检查直流监控装置，整组蓄电池单体电池电压发现：05#、08#蓄电池电压显示为0V。（35kV上王变直流系统蓄电池组型号为DJM1265，共18块）。进行原因分析。
直流监控装置显示屏上除05#、08#蓄电池电压值显示为0V外，其余蓄电池电压值均显示正常，对电池巡检模块插排接触面进行全面排查与紧固，缺陷依然存在；通过万用表测量18块蓄电池整组电池电压和05#、08#蓄电池单体电压，其实际电压值显示与整组电池电压235V和单体蓄电池的标称电压12.35V一致；对直流蓄电池电压信息采集器上的熔断器（保险丝）进行测量后发现，05#、08#蓄电池单体电压采集保险丝熔断，导致直流监控装置无法正确采集蓄电池单体电池电压，致使蓄电池组整组电池电压低，单体蓄电池电压显示为0。采用了如下措施进行调整。对直流电源系统蓄电池组，要有针对性地进行日常巡视与检查，按照维护管理职责和权限，对发现的缺陷及时处理和上报，保证直流系统运行更加可靠。落实直流系统维护管理制度。变电站运维人员日常巡视与直流专业人员定期检查相结合的方式，对包括蓄电池组、微机监控装置、充电装置、蓄电池通风情况等定期例行检查、试验。规范施工工艺。根据直流蓄电池系统验收规范和蓄电池厂家的蓄电池出厂规范要求。针对实际使用中，阀控式密封铅酸蓄电池达不到设计使用年限，寿命提前终止的，要及时进行更换。
4继电保护动作分析
4.1弱馈逻辑分析
在变电站的运行线路运行时，由于此线路具有弱馈保护识别性能，因此当线路的电源侧出现电流变化和电压波动时，系统则可以监测出相关的技术动作。当AB线的A相跳开之后，数据显示BC线的B站侧没有电流与电压，此时的零序方向为正向。
4.2纵联零序逻辑分析
在线路出现电力故障自启动继电保护系统之后，为了准确利用弱馈逻辑判断出相关线路的具体故障点，则需要判断零序正方向。若是零序正方向的保护动作与负序正方向的动作存在差异，或者是出现了无负序的电流，则可以依据纵联零序正方向逻辑进行判定。
5开发直流电源故障智能分析辅助决策系统
直流电源故障智能分析辅助决策系统需要在采集故障信息的基础上对直流系统进行故障建模及分析，要能准确及时地对直流电源系统的异常及故障情况做出分析，并根据分析结果发出告警或警示，分析结果以图形、文本等方式展示出来，通过监测分析，可判断出直流斩波器、硅链等稳压、调压设备的特性是否满足直流系统的运行要求；可以监测在蓄电池转供期间，特别是在出现保护装置动作等大负荷状态时，各蓄电池所表现出的容量情况及母线电压的波动情况，以判断蓄电池容量是否满足运行要求，在容量不满足运行要求时能及时发出告警信息；直流系统绝缘监测装置在进行接地检测时，由于平衡回路的切换，将会造成直流系统对地电阻和对地电容的变化，通过在直流系统绝缘监测装置检测动作时同步检测对直流系统的扰动情况，可以鉴别出直流系统绝缘监测装置的原理及特性是否满足直流系统的运行要求。系统的总体结构拟采用四层构架，划分为数据采集层、数据管理层、故障断诊断层、Web展示层。
结语
目前变电站直流电源设备已经朝着自动化、系统化、集成化方向发展，维护技术含量日益提高。因此在未来的发展中，要着重提高直流电源设备可维护性，提升智能性。保障电网运营质量，进而为企业提高维护效率，降低维护成本，具有极为重要的战略意义和极高的实际应用价值。随着物联网应用的推进，该系统在企业管理中会发挥越来越重要的作用。
参考文献
[1]叶有生，赖江平，曾志琳.某型测试设备供电电流异常故障分析及预防[J].航空维修与工程，2019（2）：82-84.
[2]林海，罗雯茜.厂站直流电源系统故障分析与防范[J].福建水力发电，2018（1）：43-44.
[3]周天雷.直流电源系统接地故障分析[J].水泥工程，2018（2）：71.