关键词:直流电源直流屏模块化安装调试故障处理
直流电源系统是保证各类变电站、水力、火力发电厂正常、安全运行的电源设备,也是其它使用直流设备用户的直流电源,是电力系统的重要组成部分,为信号设备、继电保护、自动装置、合闸操作提供直流电源,并在外部交流故障的情况下,继续提供直流电源,是继电保护、自动装置和断路器等设备正确动作的基本保证。直流电源系统的重要性不言而喻,它的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性、安全性,其稳定运行对防止系统破坏、事故扩大和设备严重损坏至关重要。
1.直流电源系统
由蓄电池组构成的变电所操作直流电源系统独立于交流动力电源系统之外,不受交流电源系统故障的影响,有很高的可靠性,因为整个蓄电池组故障而造成停止供电的可能性极小,就可靠性而言,还没有其他电源装置可以替代。直流屏整体结构主要由蓄电池部分、充电模块单元、监控部分等构成。按照输入输出的顺序,直流电源系统可以细分为如下几个部分:交流配电单元(包括交流输入、自动切换、C/D级防雷系统、交流信号检测)、AC/DC整流模块、蓄电池输入及其配电单元、电压调节单元、直流馈出配电单元、绝缘监测仪、电池巡检仪、监控单元、配电监控单元(包括交流配电、直流配电),此外还有部分特殊功能组件。
1.1交流配电单元。交流电源输入分为手动控制和自动控制两种输入方式。两路输入时基本上都是采用自动切换方式,使用交流自动切换控制盒并辅以部分元器件就可以组成实现自动切换电路,实现系统两路交流电源的自动切换输入。
1.2直流充电母线。交流电源通过各配电输出开关向相应的整流器供电,整流器输出直流电源与蓄电池并联输出形成充电母线。
1.3直流馈出母线。直流馈出母线有单母线和单母线分段两种形式,具体设计和生产需要依据实际的技术要求进行详细设计。
2.直流电源系统模块
直流屏主要由以下三部分构成:
2.1蓄电池模块。蓄电池模块功能主要是在交流电源断电时能够实时地提供二次电路所需的直流供电。
2.1.1硅链调压。硅链调压装置原理是在合闸母线上串入硅堆,利用硅堆压降降低输出电压。
2.2充电模块。充电模块功能主要有两个:一是交流整流,即将交流电源转换成稳定的直流电源;二是稳压稳流,即实时地给蓄电池充电,以确保蓄电池随时处于可供电状态。
2.2.1一体化插座。充电模块采用输入输出一体化插座,可热插拔,因此模块安装维护极为方便。
2.3监控模块。监控系统包括充电模块内部的监控电路、监控模块、配电监控、绝缘监测仪、电池巡检仪等模块,该系统是直流屏的控制核心,其主要负责监控交流及电池状态等众多的物理量,并且控制充电模块部分智能的对电池进行充电。能够实时测量、处理、控制、存储和报告系统所有事件,同时对分布式电源系统及其组成设备进行遥测、遥信、遥控、遥调,能够实时监视系统和设备运行情况,记录和处理相关数据。
3.安装调试
系统接线完毕、调试通电前检查及绝缘测试完成后,就可以进行系统通电调试。为确保调试时,设备和人身的安全,必须细心谨慎,遵循“测量―操作―测量”的调试方法,严格按照调试步骤进行。
3.1交流配电部分。把柜内市电的三相交流空气开关、各个充电模块的空气开关都打在断开的位置,监控模块的开关(在监控模块背面)也打在“OFF”的位置,断开所有负载。合上外部的交流配电开关,将用户引入电源开关接通,测量对应交流输入空开的引入端,应该有正常的380V交流电压(线电压),且每相电压差值相对较小。正常则可将对应交流输入空开合闸。如果是两路交流输入自动切换的系统,应该作交流自动切换检查。
3.2充电模块。交流配电部分正常工作后,可作充电模块的通电调试:将模块1控制开关合上。检查模块的输出电压和输出电流。依次按顺序合上其它2个模块的控制开关。检查各个充电模块的输出电压是否一致,最大不应超过1V。
3.3直流配电。充电模块部分正常工作后,接着作直流配电部分的通电调试:依次合上控制回路的各个输出控制开关,检查相应的输出端子电压和对应指示灯。依次合上合闸回路的各个输出控制开关,检查相应的输出端子电压和对应指示灯。
3.4系统监控。直流配电部分正常工作后,可作系统监控部分(包括配电监控和监控模块)的通电调试。
3.5负载的接入。可适当地接入一些负载,让系统工作在轻载,或半载,或重载状态,进行均流调节。
3.6电池的接入。在上述调试步骤正确完成无故障或故障排除后,可以实行对电池的接入。
4.故障处理
在安装和调试过程中,监控模块发生告警的现象属于该过程中正常现象。掌握了通用的故障处理流程,就能根据故障现象查找故障根源,进行分析,从而排除故障。通用的故障处理流程如下:开始――读取监控模块告警信息――分析告警信息所在的单元类型――根据模块类型查找分析实际运行参数和监控参数,寻找问题根源――对故障根源逐级排查,直到找到故障根源部件――更换故障部件或者重新设置参数――结束。
直流电源系统是变电站的一个重要组成部分,对变电站的正常运行起着重要的作用,安装调试的好坏直接影响着变电站的可靠性,所以在变电站设计和安装调试中,要根据变电站的实际情况进行选择,选择最合理的方案并进行相应的暗转调试工作,才能保证直流电源发挥其应有的作用。
参考文献:
[1]能源部西北电力设计院,电力工程电气设计手册
[2]沈庆,浅析变电站直流系统馈电线路故障及解决方法,科技创新导报,2009.35
关键词：直流电源；可靠性；设计选型
多年以来，人们在直流电源可靠性方面做了大量的理论研究和实践工作，废除了一些落后设备和元器件，改善了系统接线，提高了自动化水平，拥有了先进的技术指标，以及长寿命和少维护的原则，可靠性已大大提高。目前，电力系统广泛采用了阀控式密封铅酸蓄电池、高频开关整流器或微机型晶闸管整流器、直流断路器、直流电源监控装置等。
但是在蓄电池选择、充放电设备选择、监控装置设置、系统接线和操作保护设备选择等方面仍然存在一些影响直流电源可靠性的问题。除了设备技术质量方面的问题之外，本文将从设计选型方面对直流电源可靠性方面提出一些问题和解决办法。
1、蓄电池
近十年来阀控式密封铅酸蓄电池得到了广泛的应用。它在使用中具有无需添加酸液，不漏液，无酸雾，自放电电流小，内阻小，寿命长，安装方便少维护等优点。但是它对温度反应灵敏，因而对充电电源要求较严格，不允许严重的过充或欠充。
因此，在设计选型方面应注意以下问题。
1.1、蓄电池组数的选择
110kV重要变电所和220kV及以上的变电所是从重要性和满足继电保护、断路器跳闸机构双重化的供电需求出发，规定装设2组蓄电池。因此，蓄电池组数应从供电负荷的需要和可靠性出发，尽可能的减少供电范围和从工程的重要性考虑配置情况。
1.2、蓄电池个数的选择
无端电池和不设降压装置的直流系统，它简化了直流系统的接线，避免了端电池的硫化和硅降压设备的麻烦问题，因而提高了可靠性。但是要求蓄电池组的运行必须满足其正常运行时母线电压为标称电压的105%，在线均衡充电电压时母线电压不应超过标称电压的110%，事故放电末期的母线电压为其标称电压的85%，即标称电压为220V的直流系统的母线电压允许在187～242V之间波动，完全满足了直流母线电压在允许范围内波动。应严格控制蓄电池组的个数，实现简化直流系统接线的目的。
1.3、试验放电设备的选择
长年运行在浮充电方式下的蓄电池的事故放电容量究竟是多少，若仅依靠一般的容量检测方法其可信度不高。蓄电池端电压的高低不是容量后的指标。惟一的方法是定期进行核对性充放电对蓄电池活化和对容量进行核对，确保蓄电池始终能运行在90%以上的容量。满足当交流事故停电时，发电厂事故停机和变电所的事故处理时直流负荷的需要。这也是直流电源可靠性的重要环节。
2、整流器
整流器是直流电源的重要设备，它的优劣直接影响蓄电池长期可靠运行，因此它的主要技术特性应满足蓄电池的充电和浮充电要求，长期连续工作制，应有稳压、稳流及限流性能，技术参数满足有关标准的要求，各种功能可以自动或手动切换，运行安全、灵活等。来源:输配电设备网
设计选型中应注意以下问题：
2.1、浮充电压对于阀控式密封铅酸蓄电池宜选择2.23V，这是一个直流系统长期可靠运行和关系蓄电池寿命的重要问题。蓄电池的浮充电压正确选择是一个较复杂的问题。浮充电压应满足补偿电池自放电电流及维持氧循环的需要，实际上还应考虑电池结构、正极板栅腐蚀速度，电池内气体排放，以及直流系统母线电压为105%UN的要求等。浮充电压偏低则浮充电流不能维持蓄电池氧循环和补偿电池自放电而使蓄电池端电压形成偏差。浮充电压过高则加剧正极板腐蚀速度、排气、失水的后果。对阀控式蓄电池，不允许过充和欠充的要求较高，故应根据蓄电池的特性，选择合适的浮充电压。
2.2、稳压、稳流及限流特性。为了保证蓄电池能够运行在最佳状态和应用两阶段定电流恒电压的充电方法。为了保证直流母线运行电压和防止落后电池的产生，浮充电时的稳压特性十分重要。充电时的稳流特性也十分重要，在供电电压逐步上升时可保持稳定电流，保证电池的正常电化学反应，并顺利进入到恒压的均衡充电阶段，达到改善电池特性参数或解决个别落后电池容量恢复的问题。限流特性可防止在负荷突增时，整流器产生“抢负荷”和“超调”现象而轻易跳闸。
3、直流电源监控装置
由于发电厂、变电所及电力调度部门均采用了计算机监测、监控技术。直流电源系统是电力工程中电气系统的一个组成部分。它对保证电力系统自动化装置的应用和可靠性起到重要作用，行业标准规定监控的主要内容有充电电压、电流稳定运行的自动调整，浮充转均充或均充转浮充的按运行方式自动转换，主要直流断路器的运行状态和事故报警，直流母线电压的正常显示和异常报警，直流系统绝缘状态监测，蓄电池在线检测，逆变放电的自动调整等。目前在充电电压、电流随温度变化的自动调整，运行中自动转换充电方式，逆变放电，严重接地自动跳闸，蓄电池在线检测的可靠性和智能化方面仍需努力。
4、直流配电系统
直流系统接线、网络设计、操作和保护电器选择是影响直流电源可靠性的主要问题。
4.1、直流系统接线
直流系统接线应力求简单、安全可靠、维护操作方便。1组蓄电池接线可为单母线分段或单母线。2组蓄电池设两段母线，两段母线之间设联络电器，一般为隔离开关，必要时可装设保护电器。总之直流母线接1组蓄电池和相应的充电设备，同时由母线馈出线路给支路负荷供电，只有在由双重化直流负荷或1组蓄电池配2套充电设备时，其母线才进行分段。
4.2、网络设计
直流供电网络宜采用辐射供电方式。小容量（200Ah以下）蓄电池直流系统，由于供电范围小，可以是在蓄电池接入直流母线后直接给负荷分别供电的两级网络系统。中大容量（200Ah以上）的蓄电池直流系统，由于供电范围大，可以在负荷集中处设直流分电柜，由直流分电柜给负荷供电，包括大负荷的再分配，也只形成3～4级的网络系统。
幅射供电网络，对负荷施行单一供电，因而互不影响，分电柜方式也节省了电缆，另外给查找接地、保护设备选择方面均带来方便。
4.3、操作保护电器选择
直流断路器集操作与保护功能为一体，安装方便，操作灵活，稳定性高，保护功能完善。一般两段式保护的直流断路器，具有过载长延时的热脱扣功能，又有短路时电磁脱扣瞬动脱扣功能，应该说是理想的选择。但是直流断路器的额定电流选择是根据所供电的负荷电流计算确定。选择大了，由于负荷电流小，在过载时（I2t）热脱扣延长了时间。选择小了，由于负荷电流大，长时间运行加上环境温度高，热脱扣可能误动。当断路器的额定电流已经确定后，除了过载长延时热脱扣的保护特性已经形成，同时短路瞬时电磁脱扣特性也已形成，一般是10IN±20%动作，可是断路器安装处的短路电流决定短路瞬时脱扣的灵敏度，必须进行计算验证。
[关键词]电力通信；直流电源；设备维护
[中图分类号]F407.61[文献标识码]A[文章编号]1672-5158（2013）06-0370-01
电力通信直流电源在整个电力通信系统中占据极为重要的地位，只要通信直流电源出现故障，就会发生供电中断以及信息传输失败的现象。近些年来，电力通信的整体水平明显提高，对于与之有关的直流电源的要求也变得更加苛刻。因此，了解直流电源的构成并对其进行及时的设备维护，对确保电网的安全运行具有重要的意义。
一、电力通信直流电源的构成
就当前来讲，-48V的高频开关直流电源是较为常用的电力通信直流电源，其构成如图1，从上到下依次为交流模块（包括避雷器、切换装置、整流输入分配以及交流分路输出等）、高频开关整流器模块、直流分配模块（包括直流配电以及直流分路输出）、蓄电池组模块以及监控模块。具体内容如（图1）：
1交流模块
如图所示，交流模块通常由市电1、市电2、避雷器、切换装置、整流输入分配以及交流分路输出六部分组成。2路380V三相四线式交流输入常被作为交流模块的市电输入；常用的防雷设备主要有OBO防雷模块以及普通氧化锌避雷器，其通流量通常为15-20KA，其残压稳定在1.5KV左右；电气互锁抑或机械互锁是最为常见的交流切换装，需要注意的一点就是必须确保交流电源处于—开一断的状态；整流输入分配以及交流分路输出共同构成了交流输入，后者可以为机房其他的交流用电设备进行电源灯供给，如计算机、UPS等。
2高频开关整流器模块
首先它具有效率高、功率因素高、噪声低、体积小、模块化以及可靠性高等特点；其次在模块的配置通常采用N+1冗余形式；再次，其交流输入一般为单相220V，功率因素通常可达0.99以上；最后，整流器有内、外控两种形式，前者设有独立监控单元，起到监测、显示以及设置参数的作用；后者无独立监控单元。
3直流分配模块
它主要决定各设备最终的分配容量。因此，在实际的应用中，应该加装欠压保护继电器，确保蓄电池组的放电量在安全范围内。就当前来讲，在分路输出中最常用的开关是直流空气开关，这种开关具有较好的灭火功能。
4蓄电池组模块
蓄电池组一旦发生故障，就会导致整个通信电路中断。现如今常用的蓄电池组多是VRLA（阀控式密封铅酸蓄电池的简称），首先具有结构紧密，无酸气泄漏以及无需电解液维护等特点；其次在安装方式上也可以采用单层、立式、多层以及卧式多种组合形式；再次温度对其容量以及寿命的影响较大；最后它比较适用于浮充工作制。
5监控模块
它类似于通信直流电源的智能控制中心，主要起到监测、控制以及告警等功能。监测作用主要表现在监测负载电流，交流输入电流、电压，蓄电池组充放电压以及电流等；控制作用主要表现在调控整流器的开关机、蓄电池组的浮充等；告警作用主要表现在当超过预定值时，进行声光告警等。
三、电力通信直流电源的设备维护
1及时检查避雷器的状态
避雷器主要起到避雷的作用，电力通信直流电源中的避雷器很容易因雷雨天气受损，因此应该及时检查避雷器的状态，避免重大事故的发生。如OBO防雷模块显示窗由绿变红就意味着应该对其进行更新了，又如所选用的避雷器是普通氧化锌避雷器时，即使没有雷雨天气，也应该对其进行定期的更新，从而起到避雷的效果。
2定期对整流器主机进行清洁
对整流器的主机进行定期的清洁，有助于通信直流电源工作的正常运行。定期的除尘以及防尘是整流器主机的工作重点，在潮湿的环境中，飞尘的存在很容易使主机的工作变得紊乱，对各器件的散热效果也会造成严重的影响。因此，每个季度都必须对整流器的主机进行彻底的清洁，与此同时对各插接件以及连接件进行及时的检查，确保主机结构的完整。
3不得随意更改与电源有关的数据资料
首先，在运行过程中，不得随意对电源的参数进行更改；其次，不得在电源满负载的状态下长久运行；最后，不得随意增加额外的、大功率的电器设备。这主要是因为直流电源在运行的过程中几乎是不间断的，对电源进行任何形式的更改都可能影响整流器模块的正常工作，严重时可能会使整个的电源系统受损。
4重视蓄电池组的维护工作
在进行蓄电池组的维护工作之前，首先纠正维护人员对蓄电池组维护工作的错误认识，让其认识到定期维护蓄电池组的重要性。其次对蓄电池组进行定期的维护：（1）对浮充电压进行定期检查，确保电压值与蓄电池组的规定相吻合。浮充电压既不能过高，也不能过低。过高容易加快水的消耗，也容易使电池正板栅的腐蚀速度加快，进而影响蓄电池组的使用寿命；过低则容易使蓄电池组出现电量不足的现象。因此，每月都应该对浮充电压进行记录，若不合格，应及时同厂家进行联系，进行更换。（2）在对蓄电池组进行维护时避免对其进行定期的高压均衡充电，这主要是由蓄电池极低的自放电特性决定的。（3）在对蓄电池组进行维护时，注重温度的调节，最好将其安装在温度为20～25℃的空调房间内，在安装的方式上也要以利于散热为前提。这主要是因为温度对于蓄电池的寿命有着重要的影响。如假设蓄电池的寿命为十年，当将其置于30℃的环境中进行运行时，不进行温度补偿只能使用五年，即使进行温度补偿也只能使用八年。因此，应该严格控制蓄电池组所处环境的温度。（4）在对蓄电池的容量进行放电检修抑或容量试验时，应将放电量控制在电容的30%～50%之内。（5）及时更换寿命期已过的蓄电池组，对因内部受损且不能进行维修的蓄电池组也应该及时的更换。（6）除可以借助放电的方式对电池内阻进行维护外，还可用电导仪对蓄电池组的内阻进行维护。
5根据不同的故障进行不同方式的维修。
当电源发生故障时，先要明确故障的源头。一般情况下，整流器模块发生故障的可能性相对较小，但是只要有一元件出现问题，就会影响整个电源系统，此时只需对发生问题的元件进行更换即可。但有一种情况不能只更换某个元件，更不能进行直接的更换，即当整流器模块的保险管发生烧断故障时，及时的更换只会使故障范围扩大，有害无益。此时最好的做法就是对整个的整流器进行更换，以此确保电源供电系统的正常运行。除此之外，还应该确保电源总输入容量小于等于直流配电分路的输出容量，避免越级跳闸现象的发生。
结束语
综上所述，在日常的维护中，只有细致、规范以及周到的工作才能确保电源的正常运行，只有按照维护的要点对其进行维护，在总结经验的基础上，提高维护水平，才能确保维护工作的顺利进行。
参考文献
[1]张斌，浅谈电力通信直流电源及其维护[J]神州，2011（11）