直流系统概述及直流接地分析

直流系统概述及直流接地分析

曹悦

河北邯郸大唐武安发电有限公司 056300

摘 要

直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。直流系统的可靠性是保障发电厂安全运行的决定性条件之一。大中型发电厂及变电所主要采用直流操作电源。发电厂直流系统通常采用蓄电池组作为直流电源向控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷供电。蓄电池组是一种独立可靠的电源，它在发电厂内发生任何事故，甚至在全厂交流电源全停电的情况下，仍能保证直流系统供电的厂用设备可靠而连续的工作。直流接地是直流系统最常见的故障，若不能及时找到并排除，在系统出现多点接地时，将造成直流电源短路或保护设备误动，引起严重后果。

关键词：直流系统，蓄电池，直流接地

引言

直流系统是信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由蓄电池提供直流电源的重要设备。直流电源系统由交流输入、充电装置、馈电屏、蓄电池组、监控单元、绝缘监测、蓄电池电压巡检装置、电压电流测量表计等组成。广泛应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其他使用直流设备的用户，为信号设备、保护、自动装置、事故照明及断路器分合闸操作提供直流电源。

一．直流系统构成

主要由充电屏、馈电屏、蓄电池组成。充电屏由充电模块、交流电源、配电监控、监控模块、绝缘检测仪组成。馈电屏上为各个直流馈电支路。蓄电池组包括容器、电解液和正负极电极、电池电压巡检模块。

充电模块完成AC/DC变换，实现系统最基本的功能。交流电源是两路取自不同低压段的交流电源，引入后分配给各个充电模块，并通过自动切换装置实现两路交流电的可靠输入。直流馈电将直流输出电源分配到每一路输出。配电监控将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供声光告警。监控模块进行系统管理，主要为电池管理和后台远程监控，对下级智能设备实施数据采集并加以显示。绝缘监测仪实现系统母线和支路的绝缘状况监测，产生告警信号并上报数据到监控模块，在监控模块显示故障详细情况。电池监测仪支持单体电池电压监测和告警，对电池端电压、充放电电流、电池温度及其他参数做实时在线监测。

二．直流系统基本概念

直流母线为直流电源屏内的正负极主母线。蓄电池既能把电能转换成化学能储存起来，又能把化学能转变为电能供给负载。均衡充电是用于均衡单体电池容量的充电方式，一般充电电压较高，常用于快速恢复电池容量。浮充电是保持电池容量的一种充电方法，一般电压较低，常用来平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢复电池容量。限流均充是以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电。恒压均充是以恒定的均充电压对电池充电。

三．直流系统运行方式

1.单回路集中供电

这种供电方式主要供电对象是事故照明、不经常使用的负荷及部分较次要的直流负荷。这种供电方式的缺点是当该路电缆出线发生故障时，将导致这部分负载失去直流电源。

2.单回路独立供电

汽轮机组的直流油泵等负荷采用这种供电方式。直流油泵虽然不经常运行，但当交流油泵故障时，必须保证供电，否则将造成汽轮机断油，严重威胁汽轮机的安全。所以，虽然只是一台直流电动机，也必须由专用独立电源供电，以提高其供电的可靠性。

3.双回路集中供电

主要供电对象是操作、保护及信号，而这些负荷又是比较集中的。正常时双回路电源侧应同时运行，而受电侧只送上一路，当一路故障时，再送上另一路，与单回路相比明显提高了可靠性。

4.辐射供电回路

其优点是一个设备和系统有1-2条馈线直配供电，当设备检修时可方便退出，不影响其他设备，便于查找接地故障。

正常运行时，蓄电池、充电模块和直流母线及供电网络组成一个系统，向机组直流负荷供电。蓄电池和充电设备并联运行。经常性的直流负荷由充电装置承担，同时还向蓄电池进行浮充电，以补偿蓄电池的自放电损耗。当直流系统中出现较大的冲击性直流负荷时，由于浮充电源容量小，只能由蓄电池供给。冲击负荷消失后，负荷仍恢复由浮充电源供给，蓄电池又进入浮充电状态。通常电厂控制负荷专用的110V电压等级和控制负荷、动力负荷共用的220V电压等级的接线方式，采用两组蓄电池和三套整流装置，直流母线分为两段，通过母线联络开关并列运行，备用充电屏可分别运行于两段母线，正常运行时做为备用。

四．直流接地危害及常见异常

直流接地按故障类型分为直接接地、间接接地、绝缘降低三类。直流接地的查找和处理，是运维人员最为头疼的事情，需要花费大量精力和时间才能够完成，而直流系统又不允许长时间接地。直流系统中有一点接地时不会对直流系统造成直接危害，但是必须及时消除故障。当直流系统正极接地时，有可能造成保护误动。当直流系统负极接地时，有可能造成保护拒动。

在运行过程中，经常发生直流系统绝缘降低甚至接地的故障，原因是多种多样的，有的是天气因素所导致，有的工作人员在工作过程中不慎造成的，有的是小动物造成的，还有的是绝缘破坏造成的。通常的接地原因有二次回路绝缘材料不合格、绝缘性能低，或年久失修、严重老化；二次回路及设备严重污秽和受潮、开关箱进水，使直流对地绝缘严重下降；两套直流互窜、交流窜入直流等情况。

下面举几个日常运行中经常会发生的直流绝缘降低及接地的实例。由于安装位置不合理，6kV开关柜内布置在柜门开合处的控制回路电缆与开关柜门长期摩擦导致电缆绝缘外皮磨破，造成绝缘损坏而引发直流接地，门关上就接地，门打开就正常。升压站开关机构箱由于长时间运行导致橡胶密封性降低，雨水沿操作杆透过密封圈进入箱体，滴到继电器上造成直流接地。发变组保护中有来自热工的保护回路，继电保护人员将装置停电后热工人员测量没有电压后拆线，但是未将线头包好绝缘，由于工作需要当继电保护人员再次送电时，未包绝缘的线头直接接地，形成直流接地故障。运行中直流绝缘监察装置同时报绝缘预警和直流接地，检查后发现某一支路绝缘值忽高忽低，不断变化。该支路为某一就地控制箱电源，就地检查控制箱后发现箱体侧面有一蒸汽箱漏气，蒸汽正好吹向控制箱，并通过控制箱侧面透气孔进入箱内，电源线潮湿后造成绝缘值介于预警值和接地报警值之间，装置反复报警。还有一种现象是直流系统整体绝缘下降，大多数情况是因为升压站机构箱、端子箱等处封闭不严，在阴雨、潮湿天气时会因为局部进水、湿度过大等原因而导致绝缘下降，若有多处出现此类问题就会导致系统整体绝缘下降。

五．结语

发电厂的直流系统为各种监控保护设备及操作回路提供电源，其工作状况的好坏直接关系到发电厂能否正常运行。在日常运行维护工作中，运维人员需要及时发现直流系统接地故障原因，并结合实际情况，采取有效措施进行解决。除此之外，运维人员还应该做好设备的日常保养和维护工作，使设备保持在最佳运行状态，杜绝安全隐患，减少直流系统接地故障，确保发电厂的安全稳定运行。

参考文献

[1]中国大唐集团公司、长沙理工大学. 600MW火电机组系列培训教材：单元机组设备运行(电气设备与运行)(第2分册)(下) [M].北京：中国电力出版社出版，2009.12

[2] 中华人民共和国国家经济贸易委员会，DL/T724—2021电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程. 北京：中国电力出版社出版，2021.07

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