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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(lái)源：作者:肖燁輝 劉斯佳 費(fèi) 斌 上海市電力公司檢修公司直流運(yùn)檢中心
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上海南橋換流站于1989年投運(yùn)，至今已有20多年的運(yùn)行歷史。隨著電網(wǎng)安全運(yùn)行、可靠性要求的不斷提高，肩負(fù)大容量、遠(yuǎn)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(duì)南橋站設(shè)備老舊等問(wèn)題，于2013年4月，對(duì)低壓110V直流系統(tǒng)進(jìn)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(hù)、自動(dòng)裝置、通信設(shè)備的運(yùn)行提供直流電源；當(dāng)站用電斷開(kāi)時(shí)，獨(dú)立地對(duì)繼保、自動(dòng)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(yùn)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(jìn)行消缺，其安全風(fēng)險(xiǎn)非常很大。如果電力系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生故障，可能會(huì)由于保護(hù)裝置、斷路器因直流電源丟失而不能及時(shí)隔離故障，造成事故擴(kuò)大，進(jìn)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(yùn)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(wèn)題
低壓直流系統(tǒng)除了將免維護(hù)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(wèn)題：一是，原直流接地巡檢儀只能檢測(cè)單段直流母線有無(wú)接地，無(wú)法對(duì)具體的接地支路進(jìn)行定位，而且接地的極性需要手動(dòng)進(jìn)行確認(rèn)，因此需要進(jìn)行試?yán)ú拍苤鸩蕉ㄎ唤拥刂�，這為直流接地的異常消除帶來(lái)了諸多不便；二是，南橋站投運(yùn)20多年，經(jīng)過(guò)多次大小修改造以及多次調(diào)整直流負(fù)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(yùn)行和電纜溝的維護(hù)。
三、改造方案
改造期間，大直流系統(tǒng)設(shè)備為停運(yùn)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(fù)載，這些負(fù)載處于運(yùn)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(yùn)行，確保完成低壓直流系統(tǒng)的改造和割接，將負(fù)載分為三類：A類為大直流系統(tǒng)負(fù)載，該類設(shè)備處于停運(yùn)狀態(tài)，具備停電割接的條件；B類為交流站用電系統(tǒng)負(fù)載，該類負(fù)載可以通過(guò)切換站用變的方式來(lái)創(chuàng)造割接條件；C類為交流系統(tǒng)負(fù)載，該類設(shè)備在運(yùn)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(fù)載
雖然A類負(fù)載的支路具備停電割接的條件，但會(huì)直接影響到C類負(fù)載，因此按照不停電的條件來(lái)制定割接方案。
（1）割接準(zhǔn)備階段
根據(jù)圖紙，敷設(shè)各支路負(fù)載電纜、電源電纜及信號(hào)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(duì)新充電屏、聯(lián)絡(luò)屏、饋線屏進(jìn)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(kāi)極1蓄電池開(kāi)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(rèn)已按設(shè)計(jì)要求敷設(shè)各支路負(fù)載電纜、電源電纜及信號(hào)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(fù)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(rèn)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(kāi)關(guān)；將電纜清冊(cè)上極1、極2直流系統(tǒng)（極1極2已停運(yùn)）中負(fù)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(gè)開(kāi)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(rèn)所有A類負(fù)載供電正常，自動(dòng)化后臺(tái)信號(hào)正常。
2、B類負(fù)載
Ｂ類負(fù)載是指3臺(tái)站用變低壓側(cè)8臺(tái)開(kāi)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(chǎng)危險(xiǎn)點(diǎn)多，配合操作復(fù)雜，需要特別注意。當(dāng)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(shì)圖如（圖2電纜鋪設(shè)走勢(shì)圖所示），圖中：虛線為電纜溝位置；實(shí)線為電纜鋪設(shè)走勢(shì)。
四、改造前后比較
在改造時(shí)要特別注意變電站直流系統(tǒng)的不接地系統(tǒng)。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，不會(huì)立即發(fā)生短路現(xiàn)象，一般來(lái)說(shuō)對(duì)保護(hù)沒(méi)有影響，即便如此，如果在沒(méi)有排除該點(diǎn)接地的情況下，再發(fā)生一點(diǎn)接地，構(gòu)成寄生回路，對(duì)設(shè)備運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生無(wú)法預(yù)計(jì)的后果，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生繼電保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)和直流電源短路。因此，直流絕緣的監(jiān)測(cè)和直流接地的處理，是直流電源運(yùn)行的一項(xiàng)重要工作。
1、改造前
（1）三種供電方式
根據(jù)負(fù)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(kāi)關(guān)，在該母線絕緣檢測(cè)裝置上會(huì)顯示“接地”，只有將該負(fù)荷的兩路開(kāi)關(guān)均拉停，接地信號(hào)才會(huì)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：?jiǎn)我还╇姡匆粋�(gè)開(kāi)關(guān)供一個(gè)負(fù)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(tái)僅顯示某一段110V母線直流接地故障的告警信號(hào)，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(guò)直流監(jiān)控后臺(tái)報(bào)警，初步判斷故障點(diǎn)在哪一條母線上；③ 拉開(kāi)另一條母線上第一種供電方式的所有用戶開(kāi)關(guān)；④ 先試?yán)我?fù)荷，后拉重要負(fù)荷；⑤ 先拉后備保護(hù)，后拉主保護(hù)；⑥ 先室外，后室內(nèi)；⑦ 先支路，后總電源；⑧ 拉完負(fù)荷后，再試?yán)妇�，最后檢查絕緣檢測(cè)裝置。
在處理時(shí)試?yán)瓚?yīng)逐一進(jìn)行，斷開(kāi)一路后，判明“接地”沒(méi)消失，則應(yīng)立即合上該開(kāi)關(guān)，再進(jìn)行下一路的試?yán)�，不允許同時(shí)斷幾路開(kāi)關(guān)。上述處理方法，工作量大并且存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。
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(cè)儀，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正負(fù)極對(duì)地電阻、母線電壓進(jìn)行檢測(cè)，主要是通過(guò)接地電阻形成電流回路來(lái)判斷接地故障。這種帶支路檢測(cè)的絕緣檢測(cè)儀，不需要拉直流負(fù)載，發(fā)生直流接地時(shí)，很快檢測(cè)到母線絕緣下降，自動(dòng)啟動(dòng)支路巡檢功能，找出接地支路，迅速報(bào)警并且確定哪一條直流接地。因此，一旦直流監(jiān)控后臺(tái)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(hào)判斷故障母線；② 找到控制樓二樓對(duì)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(cè)儀所顯示的支路編號(hào)，查表得出相應(yīng)的回路；④ 斷開(kāi)對(duì)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(diǎn)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(jì)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(duì)應(yīng)一套低壓直流系統(tǒng)。每一套系統(tǒng)均包含3臺(tái)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(tái)充電裝置各接一段母線，另1臺(tái)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(fù)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(yùn)而引起另一極的停運(yùn)，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(duì)設(shè)備的投資費(fèi)用。
五、結(jié)語(yǔ)
直流系統(tǒng)應(yīng)充分考慮設(shè)備檢修時(shí)的冗余，采用2組蓄電池、3臺(tái)充電機(jī)的方案。滿足蓄電池和充電機(jī)應(yīng)分別接于Ⅰ段直流母線上，第3臺(tái)充電機(jī)（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(yùn)行時(shí)，投入第3臺(tái)充電裝置。
直流母線應(yīng)采用分段運(yùn)行方式，每段母線分別由獨(dú)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(kāi)關(guān)，正常運(yùn)行時(shí)該開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)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(guò)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(yùn)行提供了保障。
