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发电厂直流系统的运行方式与维护策略研究

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：王飞

[导读] 摘要：文章在简单介绍发电厂直流系统的组成和结构的同时，介绍发电厂直流系统的运行方式，基于其常见的接地故障及其原因，提出了相应的维护策略，以供参考。

        （甘肃电投河西水电开发有限责任公司甘肃省张掖市 734000）
        摘要：文章在简单介绍发电厂直流系统的组成和结构的同时，介绍发电厂直流系统的运行方式，基于其常见的接地故障及其原因，提出了相应的维护策略，以供参考。
        关键词：发电厂；直流系统；运行方式；维护策略
        1引言
        直流系统在发电厂中主要起到为二次回路中的控制、信号、继电保护和自动化装置供电的作用，而发电厂中的二次设备主要起到保护发电机组安全和稳定运行的重要作用，由此可以看出直流系统在发电厂中可靠运行的重要意义。而由于发电厂中直流系统的使用和分布比较广泛，其在运行中也容易出现接地故障，这就需要做好对此系统的维护工作。
        2直流系统的分布、组成和结构
        发电厂直流系统的输出系统主要分为控制与合闸母线两个部分，后者直接与蓄电池相连，且在每台机组中配备一套充电设备，此充电设备是按照高频开关电源7+1的模块进行设计的，通过此种设计模式可以不需要使用充电器，使用双投开关闭锁两台机组的控制母线，确保在运行中如果出现其中一台充电设备故障而停止运行时，就需要提前将两台充电设备调整到一致状态，然后将双投开关调整到3L和4L的连接位置，保证其具有对直流控制母线负荷进行切换的能力。
        3发电厂直流系统运行方式
        3.1蓄电池组的充放电运行模式
        在此种运行方式中，需要是定期给蓄电池进行充电来确保蓄电池保持良好的状态，在此运行状态中如果充电设备出现故障而停止工作，则通过蓄电池向直流母线上的负荷进行供电。此时，就需要保证蓄电池组正常放电时有一定的余量，通常要剩余30~40%左右就对蓄电池进行充电。而对于充电设备来说，则需要在满足蓄电池组的充电要求之外，还要满足直流负载的供电要求，确保其性能和容量满足要求。
        3.2蓄电池组的浮充电方式
        在此种运行模式下，蓄电池组和充电设备是出于并列运行的状态，也就是在正常运行中，由直流母线向充电设备提供电流负荷，还在蓄电池自放电过程中使用比较小的电流进行充电。此时蓄电池不处于供电状态，但是在直流母线负荷突然增大且充电设备无法满足电量要求的情况下，蓄电池则需要进行放电来向直流母线供电，这就是浮充电方式。
        4发电厂直流系统接地故障种类
        4.1蓄电池接地
        在此故障出现时主要表现出蓄电池正负极或内部的接地故障，如果是前者也就是正负极极柱发生接地故障，也就是正负母线接地故障，与蓄电池接地无关。此种蓄电池接地故障比较特殊，表现出只有一个接地故障点，且此特点并不是说在同一条供电电缆上出现此故障。由于此系统中所应用的蓄电池通常为铅酸电池，其中存在电解液，如果没有做好电池壳体的保护而导致电解液泄漏就会腐蚀电池架，同时也会导致接地故障，也就是蓄电池漏液接地故障。总结出现蓄电池接地故障的原因，可能是由于在长时间给蓄电池充电的过程中或者是蓄电池周围温度过高的情况下造成壳体裂开的现象，从而造成电解液泄漏的原因。其次是没有做好对蓄电池的维护保养而导致壳体老化的原因。再次是在外力影响下导致蓄电池底部的微小颗粒顶破壳体的原因。最后就是针对蓄电池的在线监测设备工作不到位而没有及时发现问题的原因。

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        4.2交流窜入接地故障
        此故障就是交流电窜入而引发的接地故障，表现出应该接地的交流电火线与直流电两级连接的现象。在此故障发生时交流电压会出现在直流系统正极和负极，这就需要通过交流电压表对交流电压值进行测量，表现出两级的对地电压幅值相同，而由于此交流电源为110/220V，而电压互感二次侧使用的是57.8V的交流电压源，其中性点可以接地，也就会导致交流电窜入到直流系统中。在调试交流电电源时，如果出现接线错误会造成交流电窜入直流系统中，此外，还会由于蓄电池系统中所用供电UPS自身存在问题而导致此故障的发生。
        4.3直流互窜接地故障
        在新建直流系统或者对其进行拓展的过程中，如果出现在两套不同直流系统中接入有符合的电源线时会形成一条寄生回路。此外，在工作人员开展倒负荷的操作中，需要在同一条负荷供电线路上合上两条母线，然后按照规定步骤断开其中一条线路，确保一些负荷实现母线转移。但是在上述操作过程中容易出现没有断开一路空开而出现两套直流系统并联的现象。如果将一套直流系统加在原有直流系统上，在前者进行负荷分配时存在与原有的直流系统相连的情况会造成此故障的发生。在相同电缆中如果直流系统的供电回路不同，如果出现电缆之间绝缘下降的问题，也会出现两套直流系统相连而发生接地的问题。
        5发电厂直流系统维护策略
        5.1蓄电池组维护
        在此部分维护工作中重点是使用状态测试仪对其内部的电阻和电压进行测量以及对其容量进行估算，判断实际容量和储电状态是否满足要求。针对检测不合格的电池，可以对其进行报废，或者是经过检验判断其是否可以被修复和重新使用。但是在修复过程中不允许使用新旧电池以及不同品牌和型号电池的混用。针对可以被修复使用的电池，通常采用专业的蓄电池活化仪按照一定的程序进行活化，活化之后的蓄电池也需要进行定期检查维护，保证其容量和状态达标。对所用检测设备也提出使用成套一体设备的要求，保证此类设备的性能和指标达标。
        5.2充电设备维护
        结合相关要求开展对充电设备的维护工作，针对其中存在的不符合规定的现象开展相应的调整工作。针对处于浮充方式下的直流系统，其输出的电流电压和直流电压的比值为波纹系数，如果出现交流成分的高频幅值过高，则会缩短设备使用寿命，或者出现逻辑上的错误，需要控制此波纹系数在1%以内。此外，如果充电设备发生稳流或稳压精度过高的问题，也容易导致直流输出不稳或功率较差的问题，影响微机保护装置的正常运行。这主要是由于过渡充电或充电不足的原因而缩短其使用寿命，而在故障发生时还会出现继电器的保护动作，还需要保证直流电源的容量和稳定性达标。
        6结语
        鉴于电厂中对维护其安全和稳定运行起到关键作用的直流系统，针对其常见的接地故障，需要分析导致此类故障的原因并通过相应的维护工作来提升发现和解决直流系统问题的能力。
        参考文献
        [1] 周芝远, 范益锋, 吕世斌,等. 变电站直流系统蓄电池组的运行和维护策略[J]. 智能城市, 2019, 5(08):82-83.
        [2] 王中杰. 变电站直流系统蓄电池组的运行和维护策略[J]. 中国设备工程, 2018, 403(18):57-58.
        [3] 陈晓光. 直流系统在火电厂的应用与维护[J]. 机电信息, 2019, 000(017):52-53.