摘要 电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成，直流系统在电站为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的直流电源，还为操作提供可靠的操作电源。
关键词 场站、直流、蓄电池、充放电
1概述
直流系统是发电场站及变电所等的重要组成部分，主要由蓄电池组、充电设备和直流监控设备等部分组成。直流系统的作用是在正常运行时，为变电所和发电场站内的设备提供合闸电源和控制电源,当发生故障时,为断路器跳闸与合闸、继电保护及自动装置、事故照明、通信和直流设备提供工作必须的直流电源，为了保证直流操作电源供电的可靠性，必须对直流系统进行实时的监测及维护，蓄电池的容量与自身电池内阻存在很大的相关性，一般而言，蓄电池的容量越大，内阻就越小。
2直流系统的组成及影响
2.1直流系统的构成
场站内直流系统一般由以下几个主要部分构成：充电装置、交流配电单元、蓄电池组、监控设备、馈电设备以及供电网络：
（1）充电装置：模块的配置由工程实际要求决定，它将交流380伏电压经过高频电源开关（整流器）整流为直流220伏电压，一边对蓄电池组充电，另一方面向直流负荷供电，这是直流系统最关健的元件。
（2）交流配电单元:交流电压的输入接口。
（3）蓄电池组：系统正常或异常时，通过直流母线为照明、操作、控制等直流负荷提供电源。
（4）供电网络：连接直流负荷与直流母线的网络媒介，虽然现在的直流系统已经向小型化、智能化方向延展，但其构成原理并没有发生本质的改变。
（5）监控设备：完成直流电源系统，特别是蓄电池组的监视和控制，并把电源系统信息经计算处理，将判断结果上传给站内综合自动化系统。
2.2影响直流系统的因素
场站直流系统可靠性评价是电力可靠性管理的一项重要内容，我们需要常抓不懈。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。这需要我们在工作中不断推陈出新，才能保证场站直流系统的可靠运行，在实际运行维护中，我们发现直流系统以下几个方面对其可靠性影响较大：
（1）由于直流系统接线网络复杂，分布地点广泛，主控室、开关室及箱变内都有分布，每一处枢纽地点都设有直流端子，彼此之间有较多的直流电缆连接，分布地点涉及整个场站，直流系统所带的都是重要负荷（如发变组保护、母线保护、线路保护等），当直流系统绝缘出现故障引起直流接地时，可能造成继电保护的拒动和误动。从而导致越级跳闸等其他故障，扩大故障范围，对系统的可靠运行危害极大，因此如何第一时间对直流接地进行报警，并能预判故障所在直流母线或分支上，为运维人员处理直流故障提供依据就显得尤为重要。
（2）场站运行的直流系统硅整流充电机输出特性如果不稳定，装置内自动调节控制模块运行不可靠，充电机日常运行维护工作量就会非常大，并且在直流负荷突变时（如设备操作时），自动调节强度不足，无法使充电机电压保持在要求值范围内（一般为85%额定电压），将导致直流供电的设备运行异常，另外充电机电压值超过110%长期运行，又可能导致直流设备发热损坏；充电机控制回路的不完善还会发生偷跳现象，严重影响设备的可靠运行。
（3）充电机自动调节出现问题后，极易造成蓄电池组过充或者欠充电，如果蓄电池长期运行在过充状态，将可能引起蓄电池溢出酸液，直流设备长期处于高电压和大电流状态下运行，最终将导致直流系统接地故障或绝缘性能下降，甚至是蓄电池等设备的直接烧毁，另外溢出的酸液、酸雾对巡检人员的人身安全也造成威胁，如遇到火花还将可能发生爆炸；如果欠充电的话，蓄电池的活性会逐渐降低，容量也会随之减少，最终导致端电压或者带负荷能力的下降，导致操作设备拒动，另外蓄电池的寿命也将大大变短，经济性大为降低。
综上所述，直流系统的任意部分出现问题都会导致直流系统的异常运行，甚至是直接损坏，因此场站的运维重要工作之一就是确保直流系统的可靠运行。
3直流系统蓄电池的选用及配置个数
场站内现有使用蓄电池大多是阀控式密封铅酸蓄电池，其优点有：内阻小、寿命长、自放电电流小，无需添加酸液、无酸雾、无漏液、安装方便、少维护等，但是阀控式密封铅酸蓄电池对温度反应灵敏，因此对充电装置要求非常高，严重的过充或欠充都将可能导致蓄电池的严重损坏。
4蓄电池放电
电力系统规程中明确了蓄电池的放电周期和核对性放电方法。也规定了试验放电装置应采用有源逆变放电装置和电热元件，长期在浮充电状态下运行的蓄电池的事故放电容量不能仅依靠简单的容量检测方法，蓄电池端电压的高低不是容量的指标，其可信度不高，那么如何测定实际容量？可靠的办法是定期进行核对性充放电试验，是的蓄电池活性增加，然后将其容量与投运时的值进行比较，确保蓄电池始终能充放90%以上的容量，防止异常情况下因为直流电压过低而不能正常功能，并且当交流事故停电时能满足场站的事故处理。这才是直流电源管理的重要环节。因此比较各种放电设备的优劣，按上述要求选择好的放电设备，将会使蓄电池的运行维护工作量减轻。
铅酸蓄电池放电过程：
铅酸蓄电池接上负载放电时，两极发生的电化学反应如下：
铅酸蓄电池在放电过程中的总反应：将正极和负极电极反应相加，就可以得到为：
从上述电池反应和电极反应就可以看出，铅酸蓄电池在放电过程中两极都产生P6SO4，随着放电的不断进行，硫酸逐渐被消耗，同时产生水，使电解液浓度逐渐减小。
铅酸蓄电池充电过程
铅酸蓄电池放完电后，可用充电的方法，即在外电路上接直流电源，使正负极上放电生成的P6SO4恢复成二氧化铅和海绵状的铅，实现电能到化学能的转换，充电是放电的逆过程。
5蓄电池的测量
蓄电池的老化过程主要取决于蓄电池材料和极板在实际运行条件下腐蚀的快慢程度，导电通道的缓慢腐蚀，使得活性物质从极板上脱落下来。电解液的干涸和栅板变形都是蓄电池寿命变短的原因。老化过程中蓄电池内阻不断增加，使得容量减少，测试发现蓄电池实际容量降到80%，蓄电池的腐蚀将迅速加快，这时就需要更换蓄电池，蓄电池内阻的变化能准确地体现蓄电池的运行状况，大量的试验和测量表明，蓄电池的内阻特别是电化学内阻，很好的体现了蓄电池容量的大小及变化趋势。直流系统的关键就是准确的检测蓄电池的各个电池内阻，根据电流传导路径的不同，将电阻分为金属电阻和电化学电阻两大部分，蓄电池中金属电阻包括：汇流排、电极隔膜、栅板、极柱电阻、栅板与涂膏间电阻；电化学电阻、电解液电阻、薄膜、极化电阻；电感包括：导线、极柱以及结构体上所引起的所有电感。在实际应用中，电感对蓄电池的实际运行没有什么影响，因为其数值很小（0.05-0.2mH），蓄电池本身电容却很大，高达1.7F/100AH。因此，无需考虑电感的影响。
6结论
通过对直流系统的组成及各个部分的基本原理描述，重点详细了解了直流系统的配置及功能，蓄电池的选配、充放电和直流系统对场站安全运行的重要性，提高场站对直流系统维护管理的警惕性。
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论文作者:吴秀芳
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/12
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