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換流站低壓110V直流系統(tǒng)改造
發(fā)布日期：2016-03-04 來源：作者:肖燁輝 劉斯佳 費 斌 上海市電力公司檢修公司直流運檢中心
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上海南橋換流站于1989年投運，至今已有20多年的運行歷史。隨著電網(wǎng)安全運行、可靠性要求的不斷提高，肩負大容量、遠距離輸電重任的換流站，在跨區(qū)電網(wǎng)中的重要地位越發(fā)顯著。公司針對南橋站設(shè)備老舊等問題，于2013年4月，對低壓110V直流系統(tǒng)進行了改造。
一、低壓直流系統(tǒng)概況
換流站的低壓110V直流系統(tǒng)，主要由蓄電池、充電模塊、絕緣巡檢儀、充電柜、饋線柜、聯(lián)絡(luò)柜、分電柜等直流設(shè)備組成，主要為斷路器分合閘、繼電保護、自動裝置、通信設(shè)備的運行提供直流電源；當站用電斷開時，獨立地對繼保、自動化、通信裝置，斷路器分合閘、事故照明等設(shè)備提供直流電源。
低壓110Ｖ直流系統(tǒng)必須24h不間斷地運行，一般不安排停電檢修，因此直流系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，必須在帶電狀態(tài)下進行消缺，其安全風(fēng)險非常很大。如果電力系統(tǒng)同時發(fā)生故障，可能會由于保護裝置、斷路器因直流電源丟失而不能及時隔離故障，造成事故擴大，進而危及電網(wǎng)的安全。為了防患于未然，確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，低壓110V直流系統(tǒng)的可靠性必須能得到保證。
二、存在的問題
低壓直流系統(tǒng)除了將免維護的閥控式密封蓄電池替代早期的鉛酸蓄電池以外，其他設(shè)備均未改造，主要存在兩大問題：一是，原直流接地巡檢儀只能檢測單段直流母線有無接地，無法對具體的接地支路進行定位，而且接地的極性需要手動進行確認，因此需要進行試拉法才能逐步定位接地支路，這為直流接地的異常消除帶來了諸多不便；二是，南橋站投運20多年，經(jīng)過多次大小修改造以及多次調(diào)整直流負載的接線方式，造成南橋站電纜溝內(nèi)新舊電纜疊加，不利于電纜的安全運行和電纜溝的維護。
三、改造方案
改造期間，大直流系統(tǒng)設(shè)備為停運狀態(tài)，而低壓直流系統(tǒng)母線上還有部分交流系統(tǒng)的負載，這些負載處于運行狀態(tài)，不具備翻接改造的條件。為了不影響在役設(shè)備運行，確保完成低壓直流系統(tǒng)的改造和割接，將負載分為三類：A類為大直流系統(tǒng)負載，該類設(shè)備處于停運狀態(tài)，具備停電割接的條件；B類為交流站用電系統(tǒng)負載，該類負載可以通過切換站用變的方式來創(chuàng)造割接條件；C類為交流系統(tǒng)負載，該類設(shè)備在運行狀態(tài)，需要確保低壓直流的持續(xù)供電，不具備割接條件。
1、A類負載
雖然A類負載的支路具備停電割接的條件，但會直接影響到C類負載，因此按照不停電的條件來制定割接方案。
（1）割接準備階段
根據(jù)圖紙，敷設(shè)各支路負載電纜、電源電纜及信號電纜；根據(jù)圖紙，在控制樓二樓繼電器室的新屏位安裝3面直流充電屏、2面直流聯(lián)絡(luò)屏、2面直流饋線屏及6面直流饋線分屏，并按調(diào)試規(guī)程由廠家配合對新充電屏、聯(lián)絡(luò)屏、饋線屏進行帶電調(diào)試及定值設(shè)定工作。合上極1、極2聯(lián)絡(luò)閘刀2把，拉開極1蓄電池開關(guān)，退出極1蓄電池；施放蓄電池電纜至新直流系統(tǒng)，并將極1蓄電池接入新系統(tǒng)一段。
（2）割接施工階段
確認已按設(shè)計要求敷設(shè)各支路負載電纜、電源電纜及信號電纜；在新屏安裝新充電屏、聯(lián)絡(luò)屏和饋線屏；原極1蓄電池組接入新直流系統(tǒng)一段；確保原所有負載恢復(fù)供電，并將原極2蓄電池組接入新直流系統(tǒng)二段；確認原極1蓄電池退出原直流系統(tǒng)，并已接入新直流系統(tǒng)一段，合上新直流系統(tǒng)母聯(lián)開關(guān)；將電纜清冊上極1、極2直流系統(tǒng)（極1極2已停運）中負載接入新直流系統(tǒng)。從新直流屏極1、極2施放兩組電纜到原極1、極2直流屏上兩個開關(guān)上，原極1、極2直流屏作為饋線屏用；退出極2蓄電池，接入新直流系統(tǒng)二段；確認所有A類負載供電正常，自動化后臺信號正常。
2、B類負載
Ｂ類負載是指3臺站用變低壓側(cè)8臺開關(guān)的110V直流電源，這8條支路的電源電纜翻接難度大，因電纜溝敷設(shè)繁雜，現(xiàn)場危險點多，配合操作復(fù)雜，需要特別注意。當前交流380V系統(tǒng)的一次接線圖如（圖１交流380V系統(tǒng)的一次接線圖）所示。
檢修人員提供的電纜鋪設(shè)走勢圖如（圖2電纜鋪設(shè)走勢圖所示），圖中：虛線為電纜溝位置；實線為電纜鋪設(shè)走勢。
四、改造前后比較
在改造時要特別注意變電站直流系統(tǒng)的不接地系統(tǒng)。當直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地時，不會立即發(fā)生短路現(xiàn)象，一般來說對保護沒有影響，即便如此，如果在沒有排除該點接地的情況下，再發(fā)生一點接地，構(gòu)成寄生回路，對設(shè)備運行會產(chǎn)生無法預(yù)計的后果，嚴重時還會發(fā)生繼電保護誤動、拒動和直流電源短路。因此，直流絕緣的監(jiān)測和直流接地的處理，是直流電源運行的一項重要工作。
1、改造前
（1）三種供電方式
根據(jù)負荷的重要性，可將110V直流系統(tǒng)分為三種供電方式。
第一種供電方式：從交流380V的Ⅰ母線和Ⅲ母線引兩路供電，采用二極管隔離。如果二極管后有直流接地，則拉停某一母線的開關(guān)，在該母線絕緣檢測裝置上會顯示“接地”，只有將該負荷的兩路開關(guān)均拉停，接地信號才會消失。
第二種供電方式：由交流380V的Ⅰ母線和Ⅲ母線分別向繼保室供電，中間不采用二極管耦合。
第三種供電方式：單一供電，即一個開關(guān)供一個負荷。
（2）處理方法
一旦發(fā)生直流接地，直流系統(tǒng)監(jiān)控后臺僅顯示某一段110V母線直流接地故障的告警信號，常規(guī)的處理方法為：① 查明直流回路上是否有人工作。如有人工作，停止其工作，排除因其工作產(chǎn)生的直流接地的可能；② 通過直流監(jiān)控后臺報警，初步判斷故障點在哪一條母線上；③ 拉開另一條母線上第一種供電方式的所有用戶開關(guān)；④ 先試拉次要負荷，后拉重要負荷；⑤ 先拉后備保護，后拉主保護；⑥ 先室外，后室內(nèi)；⑦ 先支路，后總電源；⑧ 拉完負荷后，再試拉母線，最后檢查絕緣檢測裝置。
在處理時試拉應(yīng)逐一進行，斷開一路后，判明“接地”沒消失，則應(yīng)立即合上該開關(guān)，再進行下一路的試拉，不允許同時斷幾路開關(guān)。上述處理方法，工作量大并且存在一定的風(fēng)險。
2、改造后
改造后的110V直流系統(tǒng)，采用具有直流接地故障定位的絕緣檢測儀，對整個系統(tǒng)的正負極對地電阻、母線電壓進行檢測，主要是通過接地電阻形成電流回路來判斷接地故障。這種帶支路檢測的絕緣檢測儀，不需要拉直流負載，發(fā)生直流接地時，很快檢測到母線絕緣下降，自動啟動支路巡檢功能，找出接地支路，迅速報警并且確定哪一條直流接地。因此，一旦直流監(jiān)控后臺發(fā)出110V直流系統(tǒng)接地告警，操作步驟為：① 根據(jù)告警信號判斷故障母線；② 找到控制樓二樓對應(yīng)母線的直流充電柜；③ 根據(jù)直流充電柜上的直流絕緣檢測儀所顯示的支路編號，查表得出相應(yīng)的回路；④ 斷開對應(yīng)支路的空氣斷路器，若故障消除，則是外接回路有接地，然后查外接回路接地點并排除故障。
改造后的接線方式與常規(guī)換流站的典型設(shè)計方式有所不同。常規(guī)換流站的低壓直流系統(tǒng)遵循的是每一極對應(yīng)一套低壓直流系統(tǒng)。每一套系統(tǒng)均包含3臺充電裝置和兩組直流蓄電池，直流母線為單母線分段。兩組直流蓄電池及其中的2臺充電裝置各接一段母線，另1臺充電裝置跨接在兩段母線上，作為兩段母線的備用。兩段母線均采用帶有自切功能的雙電源供電，每極的直流負荷分別接在二段母線上。這種接線方式避免了因一極的停運而引起另一極的停運，保證了直流系統(tǒng)的可靠性和靈活性，但也相應(yīng)增加了對設(shè)備的投資費用。
五、結(jié)語
直流系統(tǒng)應(yīng)充分考慮設(shè)備檢修時的冗余，采用2組蓄電池、3臺充電機的方案。滿足蓄電池和充電機應(yīng)分別接于Ⅰ段直流母線上，第3臺充電機（即為備用裝置）可在兩段母線之間切換，任一工作充電裝置退出運行時，投入第3臺充電裝置。
直流母線應(yīng)采用分段運行方式，每段母線分別由獨立的蓄電池組供電，并在兩段直流母線之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常運行時該開關(guān)處于斷開位置。
南橋換流站低壓110V 直流系統(tǒng)改造后，優(yōu)化了電纜敷設(shè)工藝，梳理了電纜溝的電纜排列。通過排除隱患，消除了之前一直存在的缺陷和隱患，為換流站的穩(wěn)定、可靠運行提供了保障。
