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。本文以广东省潮州供水枢纽为例，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
0引言
本文从潮州供水枢纽直流系统的构成与运行概述入手，对直流系统接地过程中的缺陷展开了探讨，并有针对性地提出了解决意见。希望对我国水电站建设起到促进作用。
1直流系统的构成与运行
广东省潮州供水枢纽在构建直流系统的过程中，拥有直流充电柜1面、馈线柜1面、电池柜2面。在电站二次设备室当中是布置直流设备的地点。充电柜主要由高频开关（充电机）、集中控制器、硅链整流设备、交流配电单元、雷击浪涌吸收器、事故照明切换单元等配电单元组成；馈线柜主要由绝缘监测仪、硅链整流设备、支路开关等组成；电池柜则由108节阀控式密封铅酸蓄电池组成，单个电池电压2V，总容量200Ah。同时，该蓄电池为阀控式密封免维护铅酸电池，在应用过程中拥有免维护性和较强的密封性。在正常运行时，直流系统工作在浮充电状态，主要是提供经常性负荷工作电源及补偿蓄电池放电损失的电能，在浮充电工作方式运行时，集中控制器可根据监测到的环境工作温度来调节充电机的输出电压，以达到对蓄电池浮充电电压温度补偿的要求。同时，在充电机不脱离负载的情况下，可手动操作系统实现稳流、稳压定时均充。系统起动均充并运行以下充电程序：启动定时器开始计时并以整定的充电电流进行稳流充电，当电压逐渐上升到均充电压整定值时，自动转为稳定电压充电，定时时间到转回浮充运行，定时均衡充电结束。稳压值及均充定时时间由监控器预先设定；当交流电源故障超过十分钟或连续三个月浮充，系统自动起均充并运行以下充电程序：以整定的充电电流进行稳压充电，当电压逐渐上升到均充电压整定值时，自动转为稳压充电，当充电电流逐渐减少到0.1C10A后延时1小时，转为浮充运行，浮充电压温度补偿系数由控制器设定。其运行过程中的主要原理为：在硅链整流的作用下，将三相交流转变成直流，然后采用多级硅调压装置串接在充电机输出（或蓄电池）与控制母线之间，使调压装置的输出电压满足控制母线的要求。
2直流系统接地过程中的缺陷
直流系统在潮州供水枢纽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。在潮州供水枢纽日常运行过程中，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。
3、直流系统运行维护措施
潮州供水枢纽自投产发电以来，直流系统运行情况整体较好，特别是近年不断加强运行维护管理工作。
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3.1. 加强蓄电池维护管理
（1）蓄电池运行方式严格按照上位机设定的程序运行，正常情况下蓄电池处于浮充电状态。当浮充运行时间至整定值（2160h），蓄电池由浮充电转均充电运行；当电站交流电源持续中断时间＞10min 或蓄电池放电剩余容量＜80%时，蓄电池进入均充电运行。非授权人员不得修改集控器内经调试整定好的参数。（2）每月测量1 次蓄电池单个电压，每月对蓄电池室及每个蓄电池进行卫生清扫，保持蓄电池的清洁、干燥，保持蓄电池室环境温度在22～25℃。（3）每年做1 次核对性放电试验，确切掌握蓄电池容量。做放电试验时，在设置放电时间内若有单体电池电压＜1.8V，应立即终止此电池放电，并采取必要处理措施。放电结束后应将蓄电池组均充电。（4）运行人员每天巡视1 次蓄电池，主要检查蓄电池各连接是否牢固、可靠，单体电池有无漏液，温度是否正常，排气阀工作是否正常，室内通风情况等。（5）2010 年电站测试了蓄电池内阻，其数据均＜0.4mΩ（参考值300Ah 蓄电池其内阻≤0.4mΩ）。鉴于电站蓄电池已运行13 年，建议购买内阻测试仪，每月测试1 次内阻，并与历史数据进行分析比较，实时掌握蓄电池运行状态。
3.2. 设备更新升级
目前潮州供水枢纽直流系统已运行超过10年，直流充电屏存在的问题较多，包括元件趋老化；性能指标差，直流纹波系数大，输出电压不稳定；电磁辐射和热辐射大、噪音污染严重；电源功能简单，调节使用不方便；使用元件型号陈旧，在市场上已难以买到备品，检修维护不方便。2017年年初将原来的直流系统升级为由智能电池充放电管理、硅链调压、直流系统在线监测仪（包括绝缘在线监测、交流电源失压开关量、蓄电池及母线监测）等多种功能构成的直流系统一屏，直流绝缘监测单元及直流馈线构成一屏，蓄电池组及巡检单元构成二屏的组屏方案，改造后的直流系统由智能电力高频开关电源模块ATC230M20-30III、硅链调压、绝缘在线监测ATCWZJ5-HL-Y、交流电源失压开关量、蓄电池及母线监测和直流负荷组成。智能电力高频开关电源模块提供正常负载所需的电流和冲击负载的部分电流，同时对蓄电池进行浮充充电。经硅链降压后，供给正常的控制负载。直流系统在线监测仪数据量及时送至监控系统，实现集中管理，满足无人值班及少人值班的要求。直流负荷提供控制负载的所需电源支路。同时，直流绝缘监测单元对各支路负载和母线的绝缘情况进行在线监测。
4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。
5结束语
直流系统，像人体的血管一样，遍布全厂室内及场内，保证着电力系统的安全可靠运行。在发生故障时，当厂用电中断的情况下，发挥其“独立电源”的作用为断电保护及自动装置，断路器跳闸与合闸，载波通信，发电厂直流电动机拖动的作用机械，事故照明等提供电源。由于直流系统对电力系统的安全可靠运行所起的重要作用，因此有人把它比喻为发电厂，变电所的心脏。如果直流系统发生故障失灵时，断路器将因失去跳闸的直流电源而不能跳闸切除故障，强大的短路电流将烧坏主变压器等重要电器设备，造成灾难性的后果。在保证直流系统最大供电可靠性的原则下，应根据实际情况，消除直流系统安全隐患，制定并切实执行直流系统运行和维护制度，确保直流系统安全、可靠运行。
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,2015.
[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,2015(6):175-179.
论文作者:章锐煜1,林建泓2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/21
标签：蓄电池论文; 系统论文; 母线论文; 电压论文; 潮州论文; 故障论文; 过程中论文; 《基层建设》2018年第1期论文;