66kV变电站直流系统常见故障分析
直流系统故障的排除和防范对于电网的安全稳定运行有着重要意义，通过系统的构成及日常工作归纳出直流系统常见5种故障：交流输入故障、直流输出故障、蓄电池故障、控制模块故障及直流接地故障。通过分析故障发生原因及位置，尽快的掌握直流系统易发故障的规律、查找方法及处理措施，快速稳妥的解决直流接地故障问题，以保证设备的可靠运行，确保电网的安全稳定运行。
标签：直流系统 交流输入 直流输出 蓄电池 控制模块 直流接地
一、引言
目前，在中大型变电站中的信号回路、控制回路、继电保护装置及其出口回路、重要的事故照明、一些主设备的动力设备（例如储能电机等），都采用的是直流电源供电的方式。能够实现对上述供电设备及其二次系统供电的系统称为直流系统。直流系统是变电站的重要系统，因为在变电站中被操作的设备及被保护的设备很多，使直流体统几乎覆盖了整个变电站，因此保证变电站直流系统的完善，加强对变电站直流系统的常见故障的分析十分有必要的。
二、故障分析
在66kV变电站中直流系统主要是由充电装置、交流输入、两组蓄电池组、馈电屏、控制单元、硅降压回路、直流馈线装置等构成。通过直流系统的构成及日常维护的经验归纳得出直流系统常见的5种故障：
1.交流输入故障
交流输入作为直流系统的电源起始供应端，经常出现的主要故障有：输入侧接触器接触不良、熔断器烧毁故障或是三相交流输入断相等。此时直流系统将无交流输入，直流侧则仅靠蓄电池维持供电，当蓄电池容量降低到一定程度就会造成电压过低，从而可能会导致断路器、保护装置等重要设备无法正常工作。
2.直流输出故障
直流输出故障主要表现有：整流充电模块故障、硅堆降压单元故障、直流输出断路器或熔断器故障。
2.1 整流充电模块故障
整流输出模块是将交流输入的交流电整流为直流，一方面维持直流母线的电压，另一方面为蓄电池充电提供一个稳定的恒流。因此，整流充电模块在整个直流系统中占据着不可动摇的核心地位。66kV变电站直流模块在设计时容量配置一般采取的是N+1 的配置标准。如果整流充电模块均发生了故障或者不能满足
负荷容量的需求时，系统就会处在无直流电源输出的状态，从而导致电池组容量逐渐降低，当蓄电池容量降低到一定程度就会影响设备的正常运行并发出告警。在实践中发现造成整个整流模块故障主要有三个原因：模块长期处于重负荷、甚至是过载状态下而导致损坏；在模块交流进线处未安装或安装了未达到防雷要求的避雷器；模块长期运行过程中未及时清理灰尘，对散热造成了影响，从而缩短了模块的正常工作寿命。
2.2 硅堆降压单元故障
硅堆降压单元是把直流母线的电压调节到控制直流负荷要求的范围内，为控制、信号及保护提供一个稳定的直流电源，这样可以保证整组蓄电池的运行状态保持一致，从而使直流系统的工作可靠性得到提高。但是降压硅堆是由多个硅整流二极管串接而成，在运行中若其中有一个硅整流二极管发生开路或短路情况， 就会使直流系统控制母线电压产生波动，甚至失电，就会造成微机保护、集成电路保护等各种保护的逻辑状态变化、死机、误动、失控、退出等后果，从而使一次设备失去保护运行，将会造成严重的后果。
2.3 直流输出断路器或熔断器故障
直流输出断路器或熔断器发生故障最直接的后果就是无直流输出。造成断路器和熔断器发生故障的主要原因有：过流、越级熔断、熔断器和断路器混用。所以，应加强上、下级熔断器之间额定电流值的整定，保证2～4倍级差，电源端对应上限，网络末端对应下限。另外，直流电源系统同一条支路中熔断器不能与空气断路器混用，以保证在回路故障时的动作选择性。
3.蓄电池故障
蓄电池组是直流系统的一个重要的组成部分，其正常工作状态下处于浮充电状态，用于备用，当直流系统失去交流输入，则由蓄电池组提供电源供给负荷需求。如果发生了事故停电，蓄电池组将提供可靠的电源给发生事故停电的信号、控制、保护装置、自动装置及通信等。对蓄电池组良好的维护和监测尤其重要。蓄电池经常发生的故障主要有三种：开路、短路和容量降低。
3.1 蓄电池开路
如果蓄电池发生开路状况，就将无任何容量输出。虚焊是造成蓄电池组开路的主要表现形式。在端子焊接、极柱焊接及汇流排焊接过程中都容易造成虚焊。虚焊处在运行过程中将产生很大的内阻，从而降低了蓄电池的容量。还有另一种可能就是开始的时候蓄电池各方面的表现都很正常，但由于长时间使用后发生了虚焊的现象，造成这种情况的发生的原因往往是在焊接时就没有焊接好，存在一定的缝隙，在使用过程中，缝隙中将产生尖端腐蚀，导致焊接缝隙越来越大，产生虚焊现象。蓄电池组开路是一个很严重的问题，试想如果一个变电站系统发生过故障以后，连蓄电池组都因为开路而失效，失去自己应起到的作用，那造成的后果将是不可想象想的。
3.2 蓄电池短路
众所周知蓄电池的正极板和负极板之间应该是由隔膜（板）隔离开的。但是遗漏的焊渣、隔膜穿透或者极板发生变形等，都有可能造成正负极板相连，造成极间短路，严重的短路可以导致该单体的电压变为零。如果电池出现了极间短路常常会出现热失控现象。
3.3 蓄电池容量降低
很多蓄电池组在工作一段时间后，其容量就达不到它的标称容量了。目前，66kV变电站主要使用的蓄电池仍然是镉—镍碱性蓄电池，这种蓄电池出现容量降低往往是由于硫酸碱化（外部表现为爬碱）、板栅腐蚀等原因造成的。这些原因都会造成蓄电池容量达不到标称值，会直接导致蓄电池组在系统故障状态下持续供电的时间大大缩短。
4.控制模块故障控制模块可以说是整个直流系统的“大脑”，他控制着整个系统的工作方式，同时也监视着整个系统的工作状态。目前，直流系统的控制模块的故障问题一般会出现在几方面：（1）控制模块的软件问题，即控制模块的系统损坏或是崩溃，导致输入的控制信号无法正确执行；（2）由于直流系统长时间处在运行状态，使控制模块中个别元件发生故障，可能导致逻辑状态发生变化、死机等状况，使控制模块无法正常工作；（3）现在变电站控制模块一般使用的是液晶显示屏，操作面板使用的是触屏操作或是按键操作，长时间运行很容易出现花屏、串键和按键损坏等故障，造成整个控制模块失去控制能力。
5.直流接地故障
当直流系统的正、负极绝缘水平低于某一规定值或降到某一整定值时，统称为直流系统接地。当正极接地时可能会引起保护或开关的误动作，当负极接地可能会引起保护或开关拒动，如果出现正、负极同时接地就会发生故障，甚至是更大的事故。在变电站二次回路中，某些元件是只能接受短时间通电，如果发生了直流接地，这些元件就会处于长期通电，就有可能被烧毁。直流系统是一个一直处在带电运行状态的系统，分支路很多，负荷覆盖面广，会因环境的改变、气候的变化、污染、高温等引起接线端子老化、电缆老化、元件损坏以及设备本身等问题而导致绝缘水平不断下降。按常理来说，投运时间越长的直流系统，其发生接地故障的概率越高。
三、结语
变电站直流系统故障现象是一个非常普遍现象，直流系统故障的排查和防范对直流系统的安全运行有着特别的意义，与整个变电站继电保护装置的稳定可靠工作息息相关。本文是基于本公司所管辖的变电所直流系统进行了详细的分析，并结合日常工作中直流系统故障进行了归纳总结。我们一定要提高对直流系统的认识，总结工作经验，尽快的掌握直流系统易发故障的规律、查找方法及处理措
施，快速稳妥的解决直流接地故障问题，以保证设备的可靠运行，确保电网的安全稳定运行。
参考文献
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