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1/8直流系统的问题与改造金根明(华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司)摘要：介绍天荒坪电站直流系统的配置情况，对充电屏、绝缘监测装置、直流负荷存在的问题进行分析探讨，并对直流充电屏、绝缘监测装置及回路改造的情况及效果进行说明。关键词：直流问题改造1.概述天荒坪抽水蓄能电站共有四套完全独立的直流系统装置，分别为220V系统、110V系统、48V系统和上库48V系统。每套装置由充电装置、配电屏和蓄电池组组成。充电装置为KCVA-20型相控式晶闸管电路，采用三相全控桥整流，具有自动稳流、自动稳压、手动、自动均衡充电以及限流和过流保护等功能。全部设备由许继电源公司生产，配用德国产阳光牌A600型阀控式铅酸蓄电池，于1998年3月投产使用，。220V直流系统是发电/电动机组在起动过程中发电机高压油顶起装置高压注油泵的备用电源和机组黑启动方式下励磁零起升压的起励电源，同时也是全厂事故照明的电源。系统由三面充电屏（两面主用、一面备用）、四面主配电屏（分两段直流母线）和二组蓄电池组成，每组蓄电池108只，容量600Ah。每面充电屏各带一段直流母线和一组蓄电池浮充运行。每段母线配电屏上还各装有直流回路绝缘检测装置一套。备用充电屏可以代替任意一面主用充电屏运行。直流110V系统和48V系统的构成与此相似，只是充电装置和蓄电池的容量有所不同，电池容量分别为1500Ah、350Ah。110V直流系统是全厂设备控制、保护和操作的电源，主要用于电站2/8计算机监控系统、继电保护、励磁系统、机组变频启动装置以及高低压开关设备及辅助设备的控制与操作。48V直流系统是全厂控制和保护的信号电源，主要用于电站模拟量测量监视和中控楼模拟屏。上库48V直流系统是进出水口闸门液压启闭机控制及监控系统上库现地控制单元的的电源。系统由二面充电屏（一主一备）和一面配电屏组成。蓄电池只设一组。2.直流系统存在的问题及分析2.1直流负载的接入方式影响控制设备的安全运行直流110V系统的主要负荷是电站内最重要的控制保护设备，这些设备全是双直流电源供电，二路直流电源经二极管隔离后并接在一起，其接线方式如图一所示。图一这种接线方式在二组直流电源的主回路对地绝缘都正常的情况下,是没有任何问题的，此时直流母线对地分布电容是相同的，每组直流电源正母对地电压和负母对地电压是平衡的，也就是相等的。假如直流I3/8段的电压U1=115V，直流II段的电压U2=115.5V,根据二极管高通法则，D1、D2截止，D3、D4导通，直流电源II段的电压U2经二极管的压降（约0.6V）后,到控制设备负荷端的电压U3=115.5-0.6=114.9V。而在二组直流母线绝缘受到破坏并降低时，正负母线对地分布电容（C1、C2、C3、C4）发生变化，使正负母线对地电压发生偏移，从而使U1+≠U1-，U2+≠U2-。假如U1+U1-，U2+U2-，同样根据二极管的高通法则，直流电源I段的正极经D1流到控制设备的负荷端，再经D4返回至直流电源II段的负极。这样，控制设备负荷端的电压U3有了很大的抬高，即U3=U1++U2-，严重威胁着控制设备的安全运行，U3电压过高时将烧毁所接的控制设备。这种情况在天荒坪抽水蓄能电站机电设备调试和试运行期间已发生多次，负荷端直流最高电压曾到过170V，烧毁了部分控制设备的电源装置和元件。最恶劣的情况是，一组直流母线的正母完全接地，而另一组直流母线的负母完全接地，那么在控制设备的负荷端两组直流电压完全曡加，即U3=U1+U2，其后果就可想而知了。2.2直流系统工作电压过高影响二次设备的安全运行直流系统自投运后,无论DC220系统、DC110V系统，还是DC48V系统，普遍存在实际运行电压过高的情况，尽管该运行电压还在规范规定的范围之内，但已经达到允许运行电压范围的最高限了。以DC110V系统为例，每组充电装置带一组蓄电池，同时带一段直流母线和负荷浮充运行。浮充电压的整定值根据蓄电池的充电特性和数量计算而得，即Uf=2.23(单只电池的充电电压值)×54（蓄电池数量）=120.42V。这一值比规范规定的上限110%UN只低了0.58V。尽管直流母线4/8到负荷端有一定的线路压降和二极管压降，但压降比较小，在负荷端上实际测得的电压仍有119V。二次设备长期在较高的电压下运行，各元器件的功耗和发热将大大增加，从而影响二次设备的使用寿命和安全运行。DC220V系统和DC48V系统的浮充电压整定值分别为240.84V、53.52V，也都接近于规定值的上限。根据这一情况，公司对直流系统的每组蓄电池的数量及时作了调整，DC220V系统、DC110V系统和DC48V系统各组蓄电池分别由原来的108只、54只和24只减少到105只、52只、22只。每组蓄电池数量减少后，相应地就可以降低各充电装置的浮充电压整定值，即分别为234.15V、115.96V、49.06V。这样既可保证对蓄电池充足充满，也保证了所有直流负荷的安全运行。2.3绝缘检测装置不能正常工作各直流系统的主配电屏上都配置安装了DSM-II型直流回路漏电流巡回检测仪，共七套。该装置调试完毕并投运后，不仅不能提供确实可靠的直流回路接地信息，还经常出现这样或那样的装置故障问题，并陆续地一台台退出了运行。这主要是产品的质量问题以及制造厂未能提供必要的售后服务所造成的后果。绝缘检测装置存在的问题：a)装置本身故障多；b)经常误报警；c)接地检测不准，起不到应有的监测功能；d)厂家售后服务差。2.4直流接地故障查找困难由于绝缘检测装置不能正常工作，并且监控系统盘柜内控制回路的5/8跳线比较多，一个直流支路的负荷开关，有可能涉及到几十个控制盘柜和成千上万个回路，这样很难判别接地故障发生的所在盘柜及具体地点。如果在其中的某一个盘柜内发生直流接地故障，首先要求运行人员逐台机组一个个地拉开各直流分配电屏的每一路负荷开关。在确定某一路负荷开关上有接地故障后，再由检修人员根据该负荷开关后的每一路跳线逐个解线进行故障查找。但是，如果同时发生多点接地，拉负荷开关也难于确定位置，查起故障来就更困难了，而且风险很大，极有可能造成误跳开关或机组。2.4蓄电池放电试验不方便充电装置设计制造时考虑不周，不具备逆变功能，使得在进行蓄电池核对性放电试验时需要外接负载，试验工作极为不便。由于放电电流大、时间长，一般的负载承受不了大电流长时间的发热而烧毁，如直流110V系统的蓄电池放电的持续电流为150A，时间为10小时。后来公司专门采购了一套放电装置才基本解决了这一问题，但放电试验时仍要多次倒换开关和接线。2.5元件趋老化这可能是国产设备的通病，设备在正常投入使用五年以上往往会出现元器件老化问题而影响整个装置的正常运行。2003以后，直流各充电装置中经常出现元件如接触器、继电器因老化而发生故障，影响了直流充电装置的正常投入使用。6/83.直流系统设备改造3.1直流充电屏改造直流充电屏存在的问题：a)装置投运时间较早，元件趋老化；b)性能指标差，直流纹波系数大，输出电压不稳定；c)电磁辐射和热辐射大、噪音污染严重；d)相控电源功能简单，调节使用不方便；e)使用元件型号陈旧，在市场上已难欲买到备品，检修维护不方便。由于直流充电屏存在上述问题，对其进行改造是非常必要和迫切的。为慎重期间，我公司于2004年6月先对110V和48V直流系统的各一面充电屏进行改造更换，新充电屏采用高频开关电源。经一年的稳定运行后，2005年9－10月完成其它所有充电屏（共九面）的改造更换工作。所有更换后的充电屏至今运行情况一直比较好，且工作电压稳定。3.2绝缘检测装置改造一方面，由于原配置的DSM-II直流回路漏电流巡回检测仪存在众多的问题，根本无法投入正常使用，加上电站控制设备的直流电源普遍采用通过二极管并联接入方式的特殊性，使得一般厂家生产的绝缘检测装置在天荒坪的直流系统上不能正常工作。而另一方面，直流接地故障又频繁发生，严重威胁电厂运行设备的安全，这对绝缘检测装置的改造工作来说既非常迫切又非常困难。很多厂家的绝缘检测装置在现场作过试验，均未取得满意的检测效果。2003年4月，贵州某公司生产的ZJX4型微机直流系统接地巡检装置用于天荒坪110V直流系统主配电屏，经现场试验确能正确判别出直流接地故障支路。经过一段时间的稳定运行，随后对220V直流系统、7/848V直流系统、上库48V直流系统的绝缘检测装置进行改造更换。同时，对110V直流系统的各分配电屏，包括中控楼、地面GIS、主变洞分配电屏和1~6号机组直流配电屏等共安装10套ZJX4-FZ微机直流系统分支接地巡检装置，与安装于110V直流主配电屏的ZJX4型微机直流系统接地巡检装置配合使用。系统原理图（示意图二）如下：图二ZJX4型微机直流系统接地巡检装置原理图该装置采用新的绝缘电阻测量方法，取代老式电阻平衡桥测量原理，解决了正、负极绝缘均等下降不发接地信号问题，并且判断绝缘水平也由过去的间接电压法改为直接电阻判断法，使其判断更科学、直观。自天荒坪电站直流系统配置安装后的使用情况来看，基本上解决了老装置存在的问题，为查找和排除直流接地故障带来了方便。8/83.3直流回路现地设备改造由于机组水轮机、球阀、尾闸等部位经常有漏水情况发生，所安装的自动化元件（位置开关、电磁阀等）由于防护等级不够而进水或受潮导致直流接地情况的发生。投运以来发生的直流接地故障绝大多数发生在上述提及的部位。2002年我们对布置在水轮机室、球阀和尾闸等部位的自动化元件逐步进行改造更换，主要是通过提高元件的防护等级，避免进水或受潮，从而减少发生直流接地的机率，以维护直流正负母对地绝缘保持在正常水平。如，摩擦装置检测使用的普通限位开关、水旁排水阀位置开关等均改为感应式接近位置开关后，现已很少发生直流接地故障了。4.结语通过近几年来直流系统的技术改造，尤其在直流充电屏、绝缘监测装置和直流回路等几方面的改造完成，现全厂各直流系统运行稳定，正负母绝缘正常，确保了机组及控制保护设备的安全可靠运行。作者简介金根明，男,高级工程师，从事励磁、直流专业工作单位：华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司。联系地址：浙江省安吉县；邮编：313302；电子信箱：myjingm@163.com。联系电话：（0）13587270105