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摘 要：变电站作为电网的重要枢纽，包括电气一次、二次及各种辅助单元，而直流系统是为变电站控制保护提供电源的重要单元。本文通过合江电网各变电站直流系统运行数据分析，说明了18只12V蓄电池直流系统和104只2V蓄电池直流系统的特点，提出了应用充电模块运行电压数据初步判断蓄电池是否正常的方法和提高直流设备运行可靠性建议，希望对变电站直流系统的安全稳定运行有所帮助。
关键词：直流系统 直流电压 电池运行 电池维护
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（c）-0046-03
《智能电网建设与管理在泸州玉宇电力公司的应用研究》项目（立项编号：2017-S-45（2/3））开展以来，团队对D-5000数据进行了系统研究分析。根据目前变电站直流系统的技术发展与应用来看，构成系统的元器件、监控装置、蓄电池组都发生了巨大变化。为了让这一系统更好地服务于智能变电站的运行，现就合江电网各变电站直流系统运维情况作以下分析。
1 变电站直流系统使用情况
1.1 采用12V蓄电池的系统
合江电网目前有35kV佛荫、白沙、九支变电站及110kV甘雨、元兴等变电站采用12V蓄电池直流系统，这类系统的储能蓄电池采用的是单体额定电压为12V的阀控式密封铅酸蓄电池，容量100Ah，因二次设备的控制电压是220V，采用18只蓄电池串联运行方式。直流系统附属装置包括交流备自投电源、监控装置、控制模块、充电模块、绝缘监察装置、硅链调压装置、蓄电池巡检仪等。 交流正常供电时，微机控制高频开关直流电源装置控制母线由控制模块提供220V直流电源，通过调压装置控制合闸输出和控制输出电压，充电模块和蓄电池组热备用。当交流停电或控制模块故障时，控制母线由蓄电池组通过调压装置自动将蓄电池组的电压调节为220V±10%供电，以保证继电保护、自动等装置正常工作。
1.2 采用2V蓄电池的系统
2018年以后新投运的变电站，均采用的是一體化电源系统，包括110kV马街、梨子湾、石佛、榕山等变电站。这类系统的储能蓄电池采用的是单体额定电压为2V的阀控式密封铅酸蓄电池，容量200Ah。因二次设备的控制电压是220V，蓄电池数量选用104只（是否增加：104只2V蓄电池的浮充电压为234V，这是能）。直流系统附属装置有交流备自投电源、监控装置、充电模块、绝缘监察装置、蓄电池巡检仪、48V通讯电源装置、逆变电源装置等。直流输出电源控制母线和合闸母线合二为一，变电站内的断路器分合闸与二次设备电源均接入该母线，这类系统设备运行在233V电压范围内。该直流系统最大的特点一是取消了硅链调压装置，将合闸母线与控制母线合二为一;二是增加了48V通信电源系统，满足智能变电站通讯设备需要;三是增加了UPS逆变电源系统，为站端监控与数据服务器提供可靠的电源支持，方便设备集中管理。该类一体化直流系统能够为无人值守变电站提供稳定可靠的电源支持。
2 变电站直流系统运行数据分析
2.1 12V蓄电池构成的直流系统运行
直流电压、电流数据是判断直流系统运行是否正常的依据。设备正常情况下充电模块电压243V左右，单体蓄电池在浮充状态运行下电压在13.50～13.80V之间，蓄电池组端电压在243V左右，这样保证了在站用交流停电或者充电模块故障时，设备能提供可靠的直流电源，否则蓄电池备用时间达不到要求。从以上收集的数据分析，各变电站的直流负荷不大，电压在243V左右均能满足系统正常运行，但直流电源系统备用时间有时也取决于蓄电池容量与变电站负荷有关，比如蓄电池容量大、变电站负荷小，应急时间相对要长一点，所以平时做好直流系统维护至关重要。现根据现场记录的直流系统数据进行如下分析。
2.1.1 110kV甘雨变电站直流系统运行数据分析
合母电压240.3V、控母电压224.9V、直流负荷电流0.9A、蓄电池电流-0.5A、单体蓄电池平均电压13.35V。从数据（蓄电池电流-0.5A）分析发现蓄电池电流传感器有故障，而在站用交流停电或者全部充电模块损坏后蓄电池才处于放电状态，以上情况都不满足。通过电流钳形表检查蓄电池电流发现蓄电池处于正常充电状态（电流0.5A），而直流监控装置与蓄电池电流表显示为-0.5A放电电流，需校准蓄电池电流传感器零点或者更换电流传感器。从数据分析运行中的单体蓄电池平均电压为13.35V，低于单体蓄电池在浮充状态下运行电压13.5～13.8V，需做一次蓄电池核对性充放电试验，然后观察电压是否恢复正常值。
2.1.2 110kV元兴变电站直流系统运行数据分析
合母电压231V、控母电压220V、充电模块电压231.5V，电流3A，单体蓄电池平均电压12.83V，此电压低于单体蓄电池在浮充状态下运行电压13.5～13.8V，需做一次蓄电池核对性充放电试验，然后观察电压是否恢复正常值。
2.1.3 35kV白沙变电站直流系统运行数据分析
合母电压239.9V、控母电压221.8V，直流负荷电流1.1A，单个蓄电池电压13.33V，低于单体蓄电池在浮充状态下运行电压13.5～13.8V，需做一次蓄电池核对性充放电试验，然后观察电压是否恢复正常值。 2.2 2V蓄电池构成的直流系统运行
220kV龙谭变电站采用两组独立直流系统分两段供电方式，第1段供220kV设备使用，第2段供110kV设备使用，其中两组直流系统任意一段出现故障或者检修时，可以1、2段系统并联使用，将故障或检修部分完全脱离系统，方便了设备维护检修，增强了设备运行的安全性。直流系统1、2段屏柜各有充电模块6个，每组有蓄电池104只，型号为GFM400-2、2V 400Ah。1段屏柜交流表计数据显示A、B、C相电压228.3V、227.9 V、227.3V;A、B、C相电流3.854A、3.767A、3.293A，充电模块输出电压233.9V、输出电流5.3A。2段屏柜交流表计数据显示A、B、C相电压227.9V、227.6 V、228.3V;A、B、C相电流2.854A、2.767A、2.893A，充电模块输出电压233.9V、输出电流4.1A。
通过以上数据分析，低压交流电压正常，电池平均单体电压2.249V正常。一体化直流电源系统取消了硅链调压装置，降低了因硅链故障引起的控制母线失电，简化了系统运行维护。但控制母线取消后，相当于合闸母线与控制母线合二为一，正常情况下二次设备运行电压在234V左右，比二次设备的额定电压高了5%，这对设备运行及绝缘将产生不利影响。
运用公司D-5000调度综合信息系统，调度中心通过各变电站上传的站用交流电压、电流，合母电压、电流，控母电压、电流，蓄电池组电压，电流、单体蓄电池电压、负荷电流，以及合母电压过欠压、控母电压过欠压、蓄电池组电压过欠压、充电模块故障、绝缘监测故障、馈线开关故障、调压硅链装置故障等遥信数据，就能实现远方监控，及时将直流系统运行情况通知运维部门，运维部门根据设备故障情况采取相应解决措施，提高变电站直流系统运行可靠性和安全性。
3 各变电站直流系统运行分析
3.1 蓄电池组运行电压
由18只12V蓄电池组构成的直流系统，正常运行时充电模块电压（也是HM母线电压）243V，单体蓄电池的平均电压为13.5V。一旦充电模块电压低于240V，则每只单体蓄电池的平均电压低于13.3V，在事故时电池放电容量达不到要求。
由104只2V蓄电池组构成的直流系统，正常运行时充电模块电压（也是KM母线电压）233V，每只电池电压的平均电压2.24V，如果充电模块电压低于230V，则每只单体蓄电池的平均电压低于2.21V，在事故时电池放电容量则达不到要求。
3.2 交流电源电压
保证变电站低压侧母线电压在正常运行水平非常重要，因为当10kV母线电压为10.5kV时，低压母线的正常运行电压为400V，相电压230V，如果低压侧母线电压过高，將会造成直流系统交流电源设备加速损坏，需要及时调整站用变压器分接头。
3.3 直流系统电流
通过表1、表2统计数据分析，变电站的直流电流都在4A以下，理论上只需要一个充电模块运行就能满足直流系统运行需要，通常情况下运行的是两个直流充电模块。这一数据与手册上电池容量选择计算以及一些文章统计分析有很大的不同，主要原因是新投运的变电站保护装置已实行微机化，信号指示、事故照明均已节能化，这就大大减小了直流系统设备的负荷，并延长了蓄电池组的使用寿命。
4 提高直流系统运行可靠性建议
（1）在设计安装时正确选择直流系统的型号、规格、厂家。
（2）加强直流系统在线监测的应用研究和推广。目前蓄电池巡检仪技术日臻成熟，通过检测蓄电池放电曲线、蓄电池端电压、内阻、容量测试等运行状态，能有效判断蓄电池的运行状态。
（3）对于绝缘监测装置，应考虑使用在线式绝缘检查与便携式直流接地检测仪检查相结合方法，综合进行判断。
（4）运行管理。为保证各变电站直流系统运行的安全可靠性，延长蓄电池正常使用年限，降低运行费用，应强化以下几方面的管理工作。
①制度方面，建立健全直流系统运行管理标准，严格执行设备巡视检查及定期维护检测规定。
②定期开展技术培训，增强相关人员的理论水平和运行维护技能。
③加强直流系统运行数据监测分析，确保系统正常运行，发现问题及时报告处理。
4）建立设备运行检测台账。
（5）直流系统蓄电池维护检测。
1）蓄电池的运行管理是一个渐进和积累的过程，为保证蓄电池的长期正常使用，蓄电池检查人员需要每3个月进行单体蓄电池电压检测，每半年检测蓄电池内阻。定期检查蓄电池连接条是否有松动和腐蚀、蓄电池外壳和极柱的温度、蓄电池的壳盖有无变形和渗液，极柱、安全阀周围是否有渗液和酸雾逸出，并每半年重新拧紧一次连接条处螺栓。
2）定期进行蓄电池组核对性充放电实验，一般每两年进行一次，运行超过4 年后每年进行放电核对试验。
3）需定期检查蓄电池浮充电及直流系统运行电压。
4）每年至少进行一次直流熔丝、空开普查，保证空开级差和熔丝的合理分配。
5）在正常情况下，蓄电池的浮充电流只有0.03-0.04A左右，所需直流负荷不到1A，平均分配在各充电模块的输出电流就更小。
6）充电模块的配置一般按照3个方式配置，正常运行1个，其它备用，保证有一个充电模块故障后设备能正常工作。
5 结语
变电站直流系统运行中存在的问题很多，本文根据平时的工作实践，就设备运行现状与常见问题进行了分析和研究，希望能得到同行们的支持和指正，以期对直流系统的安全稳定运行有所帮助。
参考文献
[1] 王成.关于变电站直流系统优化的思考[J].电子世界，2017（24）：105.
[2] 王中杰.变电站直流系统蓄电池组的运行和维护策略[J].中国设备工程，2018（18）：50-51.
[3] 张勇.变电站直流系统运行维护及对策[J].电工技术，2018（15）：91-92.
[4] 张新来，艾飞.110kV智能变电站直流电源系统配置优化研究[J].河北电力技术，2017，36（6）：25-28.
关键词：直流系统 直流电压 电池运行 电池维护
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（c）-0046-03
《智能电网建设与管理在泸州玉宇电力公司的应用研究》项目（立项编号：2017-S-45（2/3））开展以来，团队对D-5000数据进行了系统研究分析。根据目前变电站直流系统的技术发展与应用来看，构成系统的元器件、监控装置、蓄电池组都发生了巨大变化。为了让这一系统更好地服务于智能变电站的运行，现就合江电网各变电站直流系统运维情况作以下分析。
1 变电站直流系统使用情况
1.1 采用12V蓄电池的系统
合江电网目前有35kV佛荫、白沙、九支变电站及110kV甘雨、元兴等变电站采用12V蓄电池直流系统，这类系统的储能蓄电池采用的是单体额定电压为12V的阀控式密封铅酸蓄电池，容量100Ah，因二次设备的控制电压是220V，采用18只蓄电池串联运行方式。直流系统附属装置包括交流备自投电源、监控装置、控制模块、充电模块、绝缘监察装置、硅链调压装置、蓄电池巡检仪等。 交流正常供电时，微机控制高频开关直流电源装置控制母线由控制模块提供220V直流电源，通过调压装置控制合闸输出和控制输出电压，充电模块和蓄电池组热备用。当交流停电或控制模块故障时，控制母线由蓄电池组通过调压装置自动将蓄电池组的电压调节为220V±10%供电，以保证继电保护、自动等装置正常工作。
1.2 采用2V蓄电池的系统
2018年以后新投运的变电站，均采用的是一體化电源系统，包括110kV马街、梨子湾、石佛、榕山等变电站。这类系统的储能蓄电池采用的是单体额定电压为2V的阀控式密封铅酸蓄电池，容量200Ah。因二次设备的控制电压是220V，蓄电池数量选用104只（是否增加：104只2V蓄电池的浮充电压为234V，这是能）。直流系统附属装置有交流备自投电源、监控装置、充电模块、绝缘监察装置、蓄电池巡检仪、48V通讯电源装置、逆变电源装置等。直流输出电源控制母线和合闸母线合二为一，变电站内的断路器分合闸与二次设备电源均接入该母线，这类系统设备运行在233V电压范围内。该直流系统最大的特点一是取消了硅链调压装置，将合闸母线与控制母线合二为一;二是增加了48V通信电源系统，满足智能变电站通讯设备需要;三是增加了UPS逆变电源系统，为站端监控与数据服务器提供可靠的电源支持，方便设备集中管理。该类一体化直流系统能够为无人值守变电站提供稳定可靠的电源支持。
2 变电站直流系统运行数据分析
2.1 12V蓄电池构成的直流系统运行
直流电压、电流数据是判断直流系统运行是否正常的依据。设备正常情况下充电模块电压243V左右，单体蓄电池在浮充状态运行下电压在13.50～13.80V之间，蓄电池组端电压在243V左右，这样保证了在站用交流停电或者充电模块故障时，设备能提供可靠的直流电源，否则蓄电池备用时间达不到要求。从以上收集的数据分析，各变电站的直流负荷不大，电压在243V左右均能满足系统正常运行，但直流电源系统备用时间有时也取决于蓄电池容量与变电站负荷有关，比如蓄电池容量大、变电站负荷小，应急时间相对要长一点，所以平时做好直流系统维护至关重要。现根据现场记录的直流系统数据进行如下分析。
2.1.1 110kV甘雨变电站直流系统运行数据分析
合母电压240.3V、控母电压224.9V、直流负荷电流0.9A、蓄电池电流-0.5A、单体蓄电池平均电压13.35V。从数据（蓄电池电流-0.5A）分析发现蓄电池电流传感器有故障，而在站用交流停电或者全部充电模块损坏后蓄电池才处于放电状态，以上情况都不满足。通过电流钳形表检查蓄电池电流发现蓄电池处于正常充电状态（电流0.5A），而直流监控装置与蓄电池电流表显示为-0.5A放电电流，需校准蓄电池电流传感器零点或者更换电流传感器。从数据分析运行中的单体蓄电池平均电压为13.35V，低于单体蓄电池在浮充状态下运行电压13.5～13.8V，需做一次蓄电池核对性充放电试验，然后观察电压是否恢复正常值。
2.1.2 110kV元兴变电站直流系统运行数据分析
合母电压231V、控母电压220V、充电模块电压231.5V，电流3A，单体蓄电池平均电压12.83V，此电压低于单体蓄电池在浮充状态下运行电压13.5～13.8V，需做一次蓄电池核对性充放电试验，然后观察电压是否恢复正常值。
2.1.3 35kV白沙变电站直流系统运行数据分析
合母电压239.9V、控母电压221.8V，直流负荷电流1.1A，单个蓄电池电压13.33V，低于单体蓄电池在浮充状态下运行电压13.5～13.8V，需做一次蓄电池核对性充放电试验，然后观察电压是否恢复正常值。 2.2 2V蓄电池构成的直流系统运行
220kV龙谭变电站采用两组独立直流系统分两段供电方式，第1段供220kV设备使用，第2段供110kV设备使用，其中两组直流系统任意一段出现故障或者检修时，可以1、2段系统并联使用，将故障或检修部分完全脱离系统，方便了设备维护检修，增强了设备运行的安全性。直流系统1、2段屏柜各有充电模块6个，每组有蓄电池104只，型号为GFM400-2、2V 400Ah。1段屏柜交流表计数据显示A、B、C相电压228.3V、227.9 V、227.3V;A、B、C相电流3.854A、3.767A、3.293A，充电模块输出电压233.9V、输出电流5.3A。2段屏柜交流表计数据显示A、B、C相电压227.9V、227.6 V、228.3V;A、B、C相电流2.854A、2.767A、2.893A，充电模块输出电压233.9V、输出电流4.1A。
通过以上数据分析，低压交流电压正常，电池平均单体电压2.249V正常。一体化直流电源系统取消了硅链调压装置，降低了因硅链故障引起的控制母线失电，简化了系统运行维护。但控制母线取消后，相当于合闸母线与控制母线合二为一，正常情况下二次设备运行电压在234V左右，比二次设备的额定电压高了5%，这对设备运行及绝缘将产生不利影响。
运用公司D-5000调度综合信息系统，调度中心通过各变电站上传的站用交流电压、电流，合母电压、电流，控母电压、电流，蓄电池组电压，电流、单体蓄电池电压、负荷电流，以及合母电压过欠压、控母电压过欠压、蓄电池组电压过欠压、充电模块故障、绝缘监测故障、馈线开关故障、调压硅链装置故障等遥信数据，就能实现远方监控，及时将直流系统运行情况通知运维部门，运维部门根据设备故障情况采取相应解决措施，提高变电站直流系统运行可靠性和安全性。
3 各变电站直流系统运行分析
3.1 蓄电池组运行电压
由18只12V蓄电池组构成的直流系统，正常运行时充电模块电压（也是HM母线电压）243V，单体蓄电池的平均电压为13.5V。一旦充电模块电压低于240V，则每只单体蓄电池的平均电压低于13.3V，在事故时电池放电容量达不到要求。
由104只2V蓄电池组构成的直流系统，正常运行时充电模块电压（也是KM母线电压）233V，每只电池电压的平均电压2.24V，如果充电模块电压低于230V，则每只单体蓄电池的平均电压低于2.21V，在事故时电池放电容量则达不到要求。
3.2 交流电源电压
保证变电站低压侧母线电压在正常运行水平非常重要，因为当10kV母线电压为10.5kV时，低压母线的正常运行电压为400V，相电压230V，如果低压侧母线电压过高，將会造成直流系统交流电源设备加速损坏，需要及时调整站用变压器分接头。
3.3 直流系统电流
通过表1、表2统计数据分析，变电站的直流电流都在4A以下，理论上只需要一个充电模块运行就能满足直流系统运行需要，通常情况下运行的是两个直流充电模块。这一数据与手册上电池容量选择计算以及一些文章统计分析有很大的不同，主要原因是新投运的变电站保护装置已实行微机化，信号指示、事故照明均已节能化，这就大大减小了直流系统设备的负荷，并延长了蓄电池组的使用寿命。
4 提高直流系统运行可靠性建议
（1）在设计安装时正确选择直流系统的型号、规格、厂家。
（2）加强直流系统在线监测的应用研究和推广。目前蓄电池巡检仪技术日臻成熟，通过检测蓄电池放电曲线、蓄电池端电压、内阻、容量测试等运行状态，能有效判断蓄电池的运行状态。
（3）对于绝缘监测装置，应考虑使用在线式绝缘检查与便携式直流接地检测仪检查相结合方法，综合进行判断。
（4）运行管理。为保证各变电站直流系统运行的安全可靠性，延长蓄电池正常使用年限，降低运行费用，应强化以下几方面的管理工作。
①制度方面，建立健全直流系统运行管理标准，严格执行设备巡视检查及定期维护检测规定。
②定期开展技术培训，增强相关人员的理论水平和运行维护技能。
③加强直流系统运行数据监测分析，确保系统正常运行，发现问题及时报告处理。
4）建立设备运行检测台账。
（5）直流系统蓄电池维护检测。
1）蓄电池的运行管理是一个渐进和积累的过程，为保证蓄电池的长期正常使用，蓄电池检查人员需要每3个月进行单体蓄电池电压检测，每半年检测蓄电池内阻。定期检查蓄电池连接条是否有松动和腐蚀、蓄电池外壳和极柱的温度、蓄电池的壳盖有无变形和渗液，极柱、安全阀周围是否有渗液和酸雾逸出，并每半年重新拧紧一次连接条处螺栓。
2）定期进行蓄电池组核对性充放电实验，一般每两年进行一次，运行超过4 年后每年进行放电核对试验。
3）需定期检查蓄电池浮充电及直流系统运行电压。
4）每年至少进行一次直流熔丝、空开普查，保证空开级差和熔丝的合理分配。
5）在正常情况下，蓄电池的浮充电流只有0.03-0.04A左右，所需直流负荷不到1A，平均分配在各充电模块的输出电流就更小。
6）充电模块的配置一般按照3个方式配置，正常运行1个，其它备用，保证有一个充电模块故障后设备能正常工作。
5 结语
变电站直流系统运行中存在的问题很多，本文根据平时的工作实践，就设备运行现状与常见问题进行了分析和研究，希望能得到同行们的支持和指正，以期对直流系统的安全稳定运行有所帮助。
参考文献
[1] 王成.关于变电站直流系统优化的思考[J].电子世界，2017（24）：105.
[2] 王中杰.变电站直流系统蓄电池组的运行和维护策略[J].中国设备工程，2018（18）：50-51.
[3] 张勇.变电站直流系统运行维护及对策[J].电工技术，2018（15）：91-92.
[4] 张新来，艾飞.110kV智能变电站直流电源系统配置优化研究[J].河北电力技术，2017，36（6）：25-28.