夏永强 梁双喜
内蒙古东部电力有限公司检修分公司±800千伏扎鲁特换流站
内蒙古通辽市 028000
摘要：水电站直流系统向控制、信号、保护、自动装置、事故照明、直流油泵及交流不停电电源装置等供电，直接影响电站的可靠性和安全性。本文以广东省某地区为例，对其直流系统的运行与维护方法展开了研究。
关键词：水电站；直流系统；运行；维护；方法
直流系统的用电负荷极为重要，供给继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等，对供电的可靠性要求很高。但是很多二次技术人员都只对变电站的保护回路及控制回路等比较重视而对为继电保护回路提供能量的直流系统的重要性就忽视了。
一、GZDW直流系统的组成及工作原理
1.1该电站直流系统主要由充电模块、控制单元、直流馈电单元（合闸回路、控制回路、保护回路、信号回路、公用回路以及事故照明回路等）、降压单元、绝缘监测、蓄电池组等组成。
直流系统核心元器件高频开关充电模块采用N+1配置。充电模块主要工作原理三相三线交流电380VAC经三相整流桥整流后变成脉动的直流，在滤波电容和电感组成的LC滤波电路的作用下，输出约520VDC左右的直流电压，再逆变为高频电压并整流为40KHZ的高频脉宽调制脉冲电压波，最后经过高频整流，滤波后变为220VDC的直流电压，经隔离二极管隔离后输出。由于充电模块本身具有CPU，充电模块也可以脱离监控模块独立运行。
充电装置正常时浮充电运行，根据需要设定时间（一般为3个月）进行恒流充电，采用0.1C10A充电电流进行恒流充电，当蓄电池组端电压上升到限压值时，自动转为电压恒压充电，充电电流逐渐减小，以充电电流减小至0.01C10A为记时点，3小时后恒压充电结束，充电装置将自动转为正常的浮充电运行，这就完成一个循环，使蓄电池随时具有满容量状态，确保直流电源运行的安全可靠。
二、直流系统接地过程中的缺陷
直流系统在某地区中具有较广的分布范围，同时大部分裸露在外部，这样一来，在日常运行过程中，很容易受灰尘及空气中水分的影响而产生腐蚀现象，因此拥有较大的接地故障发生频率。通常情况下，接地现象产生于直流系统当中，不会造成相对严重的后果，但是如果工作人员没有及时发现，促使水电站在直流系统长期接地的状况下持续运行就会导致严重的安全隐患。这是因为接地现象发生过程中，接地短路会产生于两点接地当中，导致误动或拒动现象产生于信号传递、继电保护等当中，严重者还容易导致保险在直流中熔断，导致电源无法顺利提供给回路控制和自动装置。如果同极两点接地产生于保护回路中，将导致短接现象产生于部分继电器内部，造成跳闸无法实现，并造成越级跳闸现象的产生，从而导致水电站整个电网的安全运行受到严重的威胁。在这种情况下，必须及时有效解决直流系统中发生的接地故障，从而有效预防两点节点现象的产生。在某地区日常运行过程中，如果直流系统接地故障相关信号产生并显示在上位机中，那么相关人员必须对绝缘检测仪在直流系统中的工作状态进行及时检验，并对发生接地故障的位置进行快速判定，并将相关回路号进行读出；并且，对接地故障的性质进行及时判断，包括永久性接地和瞬间接地两种；在对接地位置进行判断的过程中，应综合考虑当时的天气状况、设备运行情况及方式等。针对永久性接地这一故障来讲，必须对其负荷进行准确判断，值得注意的是，直流空气开关存在于回来直流中，应及时对其进行拉开处理，如果接地现象消失，而将其合上的过程中又产生了接地现象，那么说明该回路是产生故障的位置，从而可以进一步采取措施对支路负荷在该回路中的体现进行检查，并及时对其进行消除。而部分回路在应用过程中是无法进行短时间内断电的，这种情况下，必须解列设备，并加强安全设施的应用，实现深入排查。通常情况下，工作人员需要对万用表进行充分的利用来将直流接地故障进行排查。
假如现阶段系统运行过程中，正极接地产生于直流当中，在万用表的基础上，会产生110V的正极对地电压，同时逐路解开回路中包含的全部支路负荷，并对电压变化在正极中的体现进行监视，如果某一支路负荷能够顺利解开，那么一定的变化将产生于电压值当中，说明接地故障产生于该支路负荷回路当中。这种情况下，如果对正极、对低电压进行忽视，那么直流接地过程中将由负接地取代正接地，即使这种现象产生，也应当牢固掌握支路负荷。
三、直流系统的运行与维护
3.1运行人员或维护人员应对充电设备进行如下的巡视检查：三相交流输入电压是否平衡或缺相，运行噪声有无异常，各保护信号是否正常，直流输出电压值（合母、控母）和电流值是否正确，各充电模块的输出电流是否均流，正负母线对地的绝缘是否良好，装置通讯是否正常等。
3.2运行人员或维护人员特别要注意充电模块自动均充是否准时定期，均充时的充电电流和充电电压是否正确；雷电发生后应及时检查直流装置的防雷装置和充电装置工作是否正常。
3.3每月对充电装置作一次清洁除尘工作。
3.4蓄电池的运行及维护
（1）定期对蓄电池进行巡视。检查蓄电池连接片有无松动和腐蚀现象，壳体有无渗漏和变形，是否清洁；极柱与安全阀周围是否有酸雾溢出；绝缘电阻是否下降；蓄电池温度是否正常25°C左右；测试单只蓄电池电压和内阻是否正常。
（2）定期断开直流系统交流输入电源，让蓄电池来供电，10分钟后测试合母电压（也就是蓄电池组端电压）和控母电压及直流电流是否正常。
（3）每年对电池巡检仪记录进行分析，同时进行目测检查有：检查螺栓连接是否牢固、检查电池安装状况及电池室的通风状况。定期进行充放电，以保证蓄电池的满容量。
四、直流系统改进措施
原直流充电屏存在的问题较多，监控设备按键故障，至监控系统无法正常使用，故进行直流系统改造。新的直流系统采用深圳奥特迅公司提供的新三代充电源系统，将原来1充1馈及电池柜更换，在原来的1#充和1#馈位置上安装新的1#充电机及1#馈线柜及电池柜，同时新增UPS电源。系统采用单母线分接线，动力母线和控制母线分设，其出线为动力母线8回；控制母线输出16回。智能电力高频开关电源模块采用三相三线制
AC380V输入，应无中线电流损耗，在交流输入端，采用EMI电路，将三相交流电整为直流，经过无源PFC提高功率因数。由DC/DC高频变换电路把所得到的直流转换为可控的稳定的直流输出。根据直流电源装置中蓄电池组的端电压值，充电装置的交流输入电压值，直流输出电压值和电流值等数据来进行控制，运行人员可通过微机的键盘或按钮来调整和修改运行参数。直流柜上的微机监控器的液晶屏，一切运行中的参数都能监视和进行控制，远方调度中心，通过“三遥”接口，在显示屏上同样能监视，通过键盘能同样控制直流电源装置的运行方式。交流电源中断，蓄电池组将不间断地提供直流电源，交流电源恢复送电中，应立即手动启动或自动启动充电装置，对蓄电池组进行恒流限压充电→恒压充电→浮充电（正常运行）。并通过调节器对控制母线进行采样，与预先设定的控制母线电压进行比较，并对电压比较器的输出状态进行逻辑处理，产生输出信号推动执行元件，对稳压硅链各组进行通断切换，达到母线电压自动调节的目的。其中脉宽调制电路（PWM）及谐振回路，可通过电网和负荷的变化情况自动调节脉冲宽度，从而达到输出稳定状态。
结语：
直流系统在水电站要求比较高，并且水电站黑起动只能由直流系统保证其实现，因此做好直流系统维护工作及故障处理很重要。掌握了直流系统的工作原理，根据故障现象查找故障根源，进行分析，排除故障，保障水电站安全运行。
参考文献：
[1]程雄.响应调峰需求的水电系统优化调度方法研究及应用[D].大连:大连理工大学,2019.
[2]秦欢,张雯政.宝珠寺水电站直流系统运行维护与故障处理[J].四川水力发电,2019(6):175-179.