关于直流电源系统管理规范

和十八项反措及直流设计规程相关内容的解读

樊树根

(宝鸡供电局  721004)

0  引言

在20世纪90年代初期，我国电力工业得到迅速发展，大机组、高电压、跨区域大电网相继出现和形成；但同时系统也相继发生了多起火烧连营和大面积停电事故，尽管事故的诱发原因是多种多样，究其事故和扩大事故或造成越级大面积停电事故的原因、许多是与直流电源系统设备自身可靠性及故障和运行维护等因素是分不开的。

由于直流电源系统的方案设计、设备配置、选型，系统接线、保护电器选择、级差配合、运行维护等问题，造成直流电源系统工作不正常，蓄电池组开路、短路、甚至电池爆炸着火，保护电器拒动、越级、引起全站直流失压；最终导致系统事故扩大、大面积停电等恶性事故。陕西省在20世纪90年代，因直流电源系统的问题先后在宝鸡供电局110kV阳平变、渭南供电局110kV官池变、延安110kV兰家坪等变电站，均发生过10kV配电装置火烧连营和主变损坏等恶性事故，教训非常深刻、损失十分惨重。

根据国家电网公司2005年对全网14个省、市部分供电局变电站直流电源系统设备的抽样调查统计中显示：本次调查统计尽管只收集到14省、市电力公司提供的直流电源系统设备调查资料，而且统计年限仅有三年时间（2002～2004年），难免有一定的片面性和局限性。加之统计时对直流电源系统设备异常、故障、事故界定不清，统计分类并不十分确切。但可通过统计资料和典型事例反映出直流电源系统的基本情况和突出问题，能起到借鉴和警示作用。

从2002～2004年仅三年期间直流电源系统设备共发生设备故障14次。

在14次故障中有7次造成全站直流电源失压，占50％；其中因蓄电池爆炸起火两次、因电池极柱烧断和极板开路各1次；其中因直流供电网络因熔断器或断路器级差不配合、故障时失去动作选择性，在直流回路发生故障时，支路保护电器未动作，越级到蓄电池总出口保护电器动作两次；其中因硅整流装置因元件损坏造成全站直流失压一次。

其余7次分别为蓄电池和充电装置等故障，占50％；其中6次均为充电装置部分控制插件损坏，只是造成充电装置停止运行；其中一次因电池严重漏液，电池被迫退出运行；7次均未造成全站直流电源失压。

由于长期以来直流电源专业未纳入电力系统技术监督网的管理范畴，专业管理一直处于被动的管理局面；随着电网自动化水平的不断发展和提高、电网一次设备保护双重化及保护下放和高压断路器操作机构双分闸线圈的配置、以及变电站无人值班技术发展的需求；对直流电源系统提出了更高的标准及要求。

但由于直流电源系统在方案设计、设备选型、系统接线、保护电器选择、级差配合、供电网络、运行维护等方面缺乏统一的技术规程，统一的施工验收标准等强制性文件；因此造成在直流专业管理上滞后于直流电源设备的发展。所以在大规模城农网和变电站综自改造的同时，注重了一次设备和二次保护装置的改造，对直流电源设备的更新改造未纳入整个电网整体改造计划之内。

国家电网公司成立后，为了规范生产设备管理，提高输变电设备运行水平。国家电网公司组织公司系统内各区域电网公司专业技术人员，在对近5年输变电设备评估和广泛征求意见的基础上，先后完成了《110（66）kV～500kV架空输电线路》等 12类输变电设备管理规范。其中变电站直流电源系统管理规范是由陕西省电力公司组织编制完成的；而且国家电网公司于2006年5月18～19日在西安召开了全国区域电网公司直流电源专责人的专题会议；会议明确指出：从现在开始直流电源专业正式纳入技术监督网管理，要求各省、市及基层单位尽快建立健全直流电源专业管理体系，明确专责人，落实各级职责，严格执行各项规章制度，认真落实各项反事故措施。事隔一年多了通过这次渭南、汉中、安康、商洛、延安、宝鸡、咸阳、铜川、榆林、西安等局变电站直流电源系统的评估调研，陕西省直流电源专业工作开展的情况不是十分理想，各基层局存在的问题都很突出、但问题各有千秋也不太一样；共性问题是领导重视不够、专业技术监督网至今未真正建立健全、专责人不够明确，技术监督网未发挥应有作用，造成专业管理工作跟不上；直流专业相关规程和规范及反措的没有得到认真贯彻落实。以至造成新建、扩建招投标的直流电源设备仍有不满足管理规范、直流设计规程和反措的要求。通过这次全省的调研检查，可以说由于直流电源系统的自身问题，仍会引发或导致电网大面积停电或设备损坏的风险依然存在，我们必须清醒地认识到这一点。

这些充分说明我们在认识上有一定的差距，思想上存要侥幸心理；因此要求我们各级领导要必须充分重视直流电源系统在保证电网和变电站安全稳定运行方面重要性，尽快建立健全直流专业监督组织体系、落实各级专责人责任，严格贯彻执行各项规章制度，认真落实各项反故事措施。

随着电网一次设备保护装置双重化和高压断路器双分闸线圈的配置及变电站综合自动化技术的发展，对变电站直流电源系统提出了更高的要求.为确保电网安全、稳定运行，变电站直流电源系统应符合、并满足《国家电网公司直流电源系统管理规范》和《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》及《dl/T5044一2004电力贯彻直流系统设计技术规程》相关规定，做到：方案设计规程化、设备选型规范化、接线运行标准化、级差配合选择化、网络供电辐射化。

1 直流电源系统设备配置（数量）及相关要求：

（1）发电厂、220kV及以上变电站应满足两组蓄电池、两台高频开关电源或三台相控充电装置的配置要求；

（2）110（66）kV变电站应满足一组蓄电池、一台高频开关电源或两台相控充电装置的配置要求；部分重要的110kV变电站可配置两组蓄电池、两台高频开关电源或三台相控充电装置。

（3）35kV及以下电压等级的变电站原则上应采用蓄电池组供电；对原有运行采用“电容储能”、硅整流器、48V电池简易直流电源装置或交流操作电源的变电站，应进行技术改造；

（4）每组蓄电池的容量均应满足全厂（站）事故全停电时间内的放电容量及全站直流系统供电能力的要求。

（5）如采用高频开关电源模块应满足N+1的配置要求，模块的总数不宜少于3块。

（6）220kV及以上变电站直流电源充电装置除由本站电源的站用变压器供电外，还应具有可靠的外来独立电源站用变压器供电。同时应满足两台及以上站用变压器的配置要求。

2  直流电源系统设备选型（配置合理）：

(1)220kV及以上变电站直流电源设备为双配置，这里所指的双配置是依电源设备为基础的，即蓄电池；由于所选择的蓄电池类型不同，充电设备配置就出现两种方案：一是：两充;二是：三充。

注意：同一个变电站电池及充电装置应配置同类型产品，包括产品型号、技术参数、电池容量、电池数量均应一致；

1) 两电两充：

若变电站两组蓄电池组均为阀控式密封铅酸蓄电池时，充电装置应配置两套高频开关电源充电装置；

2) 两电三充：

若变电站两组电池组均为防酸式铅酸蓄电池时，充电装置应配置三套相控充电装置；

(2)110kV及以下变电站直流电源设备为单配置：这里所指的单配置是依电源设备为基础的，即蓄电池；由于所选择的蓄电池类型不同，

设备配置有出现两种方案：一是：一充；二是：两充。

1)一电一充：

若变电站电池组配置为一组阀控蓄电池时，充电装置应配置一套高频开关电源充电装置；

2)一电两充

若变电站电池组配置为一组防酸隔爆蓄电池时，充电装置应配置两套相控充电装置；

3  直流电源系统接线方式：

3.1 单组蓄电池接线方式：

单组蓄电池接线方式常采用单母线不分段接线（如图1）或单母线分段接线（如图2、图3）。

一般情况下均采用单母线分段接线方式如图2、图3

当设备配置为1组阀控蓄电池和1套高频开关电源充电装置时，蓄电池和充电装置二者应接入不同母线段，推荐典型接线如图二。

当设备配置为1组防酸隔爆蓄电池和两套相控充电装置时，蓄电池组跨接在两段母线。两套充电装置应分别接入不同母线段，推荐典型接线如图3。

          图1                    图2                        图3

3.2 两组蓄电池接线方式：

两组蓄电池接线方式一般情况下常采用双母线不分段接线、两段直流母线之间的联络断路器或隔离开关，正常运行时应处于断开位置。 如图4














图4

当两组电池为防酸式铅酸蓄电池应配置三套相控充电装置时，两组蓄电池组、两套充电装置时应分别接入不同母线段；正常运行时两组蓄电池应并列独立运行，每段母线应分别采用独立的电池组供电；二段直流母线之间应设联络电器，应满足在运行中二段母线切换时不中断直流供电的要求。切换过程中允许两组蓄电池短时并联运行。第3套充电装置应跨接在两组电池组两侧如图4。

第三台充电装置时，其可在两段蓄电池母线之间切换，任何一台充电装置退出运行时，投入第三台充电装置。

当两组电池为阀控式密封铅酸蓄电池时应配置两套高频开关电源充电装置；其接线方式只是在图四的基础上，取消第3套充电装置即可。考虑到定期充、放电容量试验需求，为了转移直流负荷、需要短时并联运行，此时两组蓄电池电压相差不大、应小于额定电压的5%；而是时间很短，对蓄电池没有大的危害是允许的。

试验证明两组电池长期并联运行时，电压低的蓄电池先是被另一组蓄电池充电，而后是通过提高自身电压达到稳定的长期运行，这对电池肯定是有害的。

图4接线方式的特点：                                                   

(1)接线特点是增加了两段蓄电池小母线；对电池的浮充电流、直流负载电流的分布及流向趋于进一步合理，减小回路压降；

(2)两组电池在倒换运行方式不需要变动任何接线，只需要进线设备倒换操作即可完成；                       

(3)任何1组电池退出运行，在不改变任何接线的情况下，即可单独进行核对性充放电工作；

(4)任何1台充电装置发生故障，不需要变动任何接线，第3台充电装置即可对其进行充电。       

3.3 关于母线装设降压元器件：

变电站直流电源系统是否需要装设降压设备；一是根据变电站高压断路器操作机构是否有较大的电磁操作机构（合闸电流超过250A），二是根据变电站微机保护装置的电源模块工作电压值是否在直流额定电压的允许范围内等因素决定的：

(1)如果变电站没有较大的电磁操作机构：微机保护装置电源模块电压也在直流额定电压允许值的±10%范围内时：

无论变电站是电池组为两组、还是单组电池的配置,均应不设置降压元器件; 电池如果在运行中进线均衡充电，其电压同样未超过直流额定电压允许值的±10%范围内时（2.3*104＝239.2）；这种情况下电池数量一般选用103或104个。对两组电池的变电站，还可以将其退出运行进行均衡充电。

(2)如果变电站有较大的电磁操作机构（合闸电流超过250A时）：无论变电站是两组、还是单组电池配置的,均应设置降压元器件，直流母线应分合闸、控制母线;降压元器件设在直流母线处；一般电池数量选用107或108个。

4  直流电源系统供电网络接线方式

国家电网公司直流电源系统管理规范和十八项反措及新直规均规定：新、扩建或改造的变电站直流系统的馈出网络应采用辐射状供电方式，不应采用环状供电方式，在用电设备如采用环状供电方式的，应尽快改造成辐射状供电方式。

以往直流系统网络供电均采用环网供电方式，使的网络接线较复杂，容易造成供电回路的误并联，不易满足保护级差配合及查找直流接地故障等缺点弊端。辐射供电方式主要优点是：网络接线简单、可靠性高、易满足级差配合要求及接地故障查找。

辐射状供电方式的原则是一对一，其目的就是为了提高直流电源系统运行的可靠性，在直流回路发生短路故障时，回路保护电器应迅速、而且有选择的动作应将故障切除，使故障限制在最小范围。因此要求直流供电馈出网络应采用辐射状供电方式，而不应采用环状供电方式。

直流供电网络采用辐射状供电方式实现一对一的供电，方式方法很多,可以采用分电柜或直流小室等多种方式。

首先应保证新建和改造的直流电源系统必须满足上述规定。对于不满足要求的老旧变电站直流回路接线也应制定计划，逐步改造。

对现运行的老旧变电站直流系统供电网络接线一般都不满足该项要求，改造工作量大、而且有一定的难度。在网络未改造之前应改变其运行方式、由环网改为分列运行。

长期以来变电站直流供电网络一般采用环网供电方式,习惯是任何一个直流用电负荷均由直流母线一段和二段两个馈路供电、在负荷侧中间设有联络电器；正常运行情况下不是由一段供电、就是由二段供电、总之是一供一备的运行方式, 中间联络电器处在接通位置；现在只要采用两路供电、中间联络电器处在分断位置,就满足辐射状供电方式的要求。实际上相当于直流小母线的延伸，问题是直流小母线到直流负载之间是否有一级保护电器，如果有就满足要求；没有这一级保护电器，在任何负载发生短路时都可能造成越级、甚至全站失压。

对220kV及以上变电站的主变及22OKV线路的保护应采用一对一的供电方式；对220kV变电站其它设备的保护可以采用上述供电方式。

对110kV变电站的主变及11OkV线路的保护应采用一对一的供电方式；对110kV变电站其它设备的保护可以采用上述供电方式。

  为了确保变电站直流电源系统安全、可靠、稳定地运行；尤其是在变电站直流电源系统短路电流不知情的情况下，建议在蓄电池组出口处、220kV及以上变电站的主变及22OkV线路的保护电源、110kV变电站的主变及11OkV线路的保护电源应选用北京人民电器厂生产的三段直流断路器；蓄电池组出口处选择30ms直流断路器、220kV及以上变电站的主变及22OkV线路的保护电源、110kV变电站的主变及11OkV线路的保护电源选择10ms直流断路器。