變電站直流系統(tǒng)是變電站非常重要的一種二次設(shè)備。它的主要任務(wù)就是給繼電保護、開關(guān)的分、合閘及控制提供直流操作電源，它的正常運行與否，關(guān)系到繼電保護及開關(guān)能否正確切除故障，蕓影響全站乃至上級殳電站的正常運行。近年來，隨著高頻開關(guān)電源、閥控蓄電池等設(shè)備的大量使用以及蓄電池內(nèi)阻測試、單瓶活化蓄電池組主動均衡等技術(shù)的推廣應(yīng)用，對直流系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行維護帶來深入的影響。下面就目前直流系統(tǒng)的設(shè)計、驗收、運行維護中的關(guān)鍵問題進行分析探討。

1 直流系統(tǒng)設(shè)計
1．1 系統(tǒng)接線
    避免采用了兩臺充電機，一組閥控蓄電池的接線方式。某些變電站的典型設(shè)計中的直流系統(tǒng)采用了兩臺充電機，一組閥控蓄電池的接線方式。這種設(shè)計不太合理。兩臺充電機，一組蓄電池的設(shè)計是沿襲原來采用相控充電機、固定防酸蓄電池時的設(shè)計思想。殊不知設(shè)備情況已發(fā)生了變化。原來的相控充電機可靠性不高，因此一般采用兩臺充電機；而固定防酸蓄電池造價高、壽命長、可靠性高，所以一般采用一組蓄電池。目前采用的高頻開關(guān)電源的充電機為N+1備份，且各模塊可脫離監(jiān)控單元獨立進行工作，充電機的可靠性已大大提高。而閥控蓄電池雖使用安全、日常維護量小但其可靠性和壽命明顯不如固定防酸蓄電池。MCHAELR．M00RE通過對超過7萬5千只閥控蓄電池近1O年的研究表明，閥控蓄電池的實際使用壽命為4～8年，遠低于其1O～20年的設(shè)計使用壽命。因此合理的設(shè)計應(yīng)重點加強蓄電池的可靠性。應(yīng)采用雙套充電機、雙組蓄電池而非雙套充電機、單組蓄電池。為不提高投資，蓄電池的容量可選用原蓄電池容量的一半。這樣本質(zhì)上為兩套直流系統(tǒng)，兩組蓄電池電、兩臺充電機、兩面饋線屏，正常運行為分裂運行，充電機或蓄電池檢修時并列運行。系統(tǒng)方式靈活，每段母線上的充電機和蓄電池可同時撤出系統(tǒng)，當撤出系統(tǒng)后充電機和放電回路可對本段母線的蓄電池進行核對性充放電。
1．2 蓄電池的選用
    變電站的蓄電池常選用閥控蓄電池和固定防酸蓄電池。目前變電站的閥控蓄電池主要采用2V和12V兩種。各有其優(yōu)缺點。2V蓄電池的優(yōu)點是電池設(shè)計壽命長并且可靠性高，損壞1～2節(jié)可將其短接，不會對系統(tǒng)電壓有大的影響，缺點是造價較高、維護量大、占地面積大。12V蓄電池的優(yōu)點是每組僅18塊(220V系統(tǒng))，維護、更換都比較方便，造價比相同容量的2V電池低、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，缺點是設(shè)計壽命少于2V電池，損壞1～2節(jié)對系統(tǒng)電壓影響較大，不能短接，一般需更換。權(quán)衡利弊后11OkV變電站宜采用2組12V、100AH的蓄電池；330kV及以上變電站宜采用2組2V、大于等于300AH的蓄電池。
    固定式防酸蓄電池可靠性和魯棒性優(yōu)于閥控蓄電池，但占地面積大，需進行加水、測密度、調(diào)酸等日常維護工作，且易產(chǎn)生酸霧，對蓄電池室有特定的要求，對環(huán)境污染較大。對于特別重要、可靠性要求特別高的變電站建議采用固定式防酸蓄電池。
1．3 放電回路
    蓄電池的核對性充放電，對蓄電池的壽命和整個直流系統(tǒng)的安全至關(guān)重要，是以后運行過程中的一項長期、經(jīng)常性的工作。為日后的運行維護方便，應(yīng)設(shè)計蓄電池放電回路、并帶有放電模塊，運行中可將單臺充電機、單組蓄電池撤出運行進行核對性充放電。并要求具有智能放電功能，可根據(jù)放電電流、單瓶截止電壓、整組截止電壓、放電時間等參數(shù)設(shè)置放電方式。
1．4 饋線方式
    變電站直流網(wǎng)絡(luò)的饋線應(yīng)采用何種形式更為合理。DL／T 5044—2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》4．6．1條規(guī)定“直流網(wǎng)絡(luò)宜采用輻射供電方式”。而《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》13．3．1．1規(guī)定“新、擴建或改造的變電所(站)直流系統(tǒng)的饋出網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用輻射狀供電方式，不應(yīng)采用環(huán)狀供電方式。在用設(shè)備如采用環(huán)狀供電方式的，應(yīng)盡快改造成輻射狀供電方式?！?br />    相比而言設(shè)計規(guī)范的規(guī)定比較合理，反措的規(guī)定有些片面。330kV及以上變電站一般設(shè)有保護小室，采用輻射狀供電時的電纜敷設(shè)距離短(電纜僅需從饋線屏輻射到各保護小室的分電屏，從分電屏輻射到各保護裝置)，且蓄電池的容量大，易滿足饋線網(wǎng)絡(luò)的多級級差配合。因此在330kV及以上變電站采用輻射狀供電方式較合理。11OkV變電站有多條1OkV出線，且目前的保護設(shè)計多為就地設(shè)計，直流如采用輻射供電方式，電纜用量多，造價高。反措中要求輻射供電是為了提高可靠性，在輻射供電方式下如果一條1OkV出線保護的電源開關(guān)越級跳閘，不會使上一級保護由于失去電源而不能動作，造成事故擴大。其實只要對主變和母聯(lián)間隔的1OkV開關(guān)操作、保護電源單獨從直流饋線，其他1OkV出線仍采用傳統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)供電就可很好地平衡可靠性和造價。
1．5 其它
    每個充電機有兩路交流輸入，當運行的交流輸入失去時能自動切換到備用交流輸入供電。交流輸入應(yīng)設(shè)有防雷保護環(huán)節(jié)。
    在動力母線(或蓄電池輸出)與控制母線間設(shè)有母線調(diào)壓裝置的系統(tǒng)，必須采用防止母線調(diào)壓裝置開路造成控制母線失壓的雙通道設(shè)計(如采用備用硅鏈等措施)。

2 直流系統(tǒng)的驗收
2．1 驗收的總體原則
    直流系統(tǒng)不僅包含直流屏，還包含其饋出線網(wǎng)絡(luò)，對其驗收應(yīng)本著先部分、后整體，先元件后系統(tǒng)的原則進行。例如可先對蓄電池、充電機、絕緣監(jiān)察(測)、饋線屏等主要部件的性能進行驗收，再對整個直流系統(tǒng)進行整體驗收。
2．2 蓄電池的驗收
    應(yīng)由運行單位對蓄電池進行核對性充放電試驗、進行蓄電池內(nèi)阻(電導(dǎo))的測試，檢驗其容量是否滿足要求、記錄其內(nèi)阻(電導(dǎo))的原始值，并應(yīng)與廠家提供的放電曲線、內(nèi)阻(電導(dǎo))值相吻合。應(yīng)測量蓄電池連接條的內(nèi)阻(電導(dǎo))，保證蓄電池連接良好。
    蓄電池核對性充放電的目的是用放電來定量地檢測蓄電池容量，是檢驗蓄電池質(zhì)量的重要試驗手段。施工單位一般無專業(yè)儀器，往往利用電阻進行放電，難以保持放電電流的穩(wěn)定，對截止電壓的控制采用人工控制，放電容量不夠準確。在實際工作中，由于人員業(yè)務(wù)技術(shù)素質(zhì)等原因的影響，往往不能夠做好這項工作，甚至對蓄電池組造成損害，縮短其使用壽命。因此，為加強對蓄電池組核對性充放電的管理，應(yīng)由運行單位的專業(yè)班組進行此項重要試驗，確保試驗的可靠性。
    蓄電池的內(nèi)阻是反映運行中蓄電池健康狀態(tài)(SOH)的一項重要的參數(shù)。但不同儀器測試的結(jié)果偏差較大，且同一蓄電池內(nèi)阻進行縱向比較才與SOH有較高的相關(guān)性。因此，驗收中運行單位應(yīng)該用自己內(nèi)阻測試儀記錄蓄電池內(nèi)阻的原始值并作為參考數(shù)值，運行中定期測量蓄電池的內(nèi)阻并與參考值相比較。
2．3 充電機的驗收
    充電機主要進行穩(wěn)壓、穩(wěn)流、充電程序轉(zhuǎn)換的驗收，如果有條件還應(yīng)進行紋波系數(shù)的驗收。對采用高頻開關(guān)電源的充電機應(yīng)驗收其模塊間的均流特性。
2．4 饋線屏和饋出線網(wǎng)絡(luò)的驗收
    饋線屏和饋出線網(wǎng)絡(luò)宜結(jié)合起來進行驗收。一是驗收直流饋出線網(wǎng)絡(luò)中，尤其是開關(guān)柜、保護屏是否采用了交流空開；二是驗收直流饋出線網(wǎng)絡(luò)是否滿足級差配合；三是驗收饋出線網(wǎng)絡(luò)的接線是否和圖紙相符，并逐路進行接地試驗，驗證是否能正確選線。
2．5 其他項目和整體試驗
    包括進線交流電源的自動切換、交流失壓報警、直流系統(tǒng)電壓異常等試驗項目以及直流系統(tǒng)的各種遙信、遙測信號與變電站后臺進行對點。

3 直流系統(tǒng)運行維護
3．1 運行中閥控蓄電池的核對性充放電周期的確定
    目前直流系統(tǒng)中的蓄電池多采用閥控蓄電池。閥控蓄電池運行中易出現(xiàn)問題，過充、過放、滲液、環(huán)境溫度過高、浮充電壓過高等均會影響蓄電池的健康。因此，蓄電池是直流系統(tǒng)中的關(guān)鍵和薄弱環(huán)節(jié)，運行中對其健康狀態(tài)要加強監(jiān)控。核對性充放電能最直接地反映蓄電池的腱康狀態(tài)，需要定期進行。
    對于閥控蓄電池核對性充放電的周期，不同規(guī)程的規(guī)定也不完全相同。IEEE標準1188—2005(IEEE推薦的對固定使用的閥控蓄電池的維護、試驗和更換標準)規(guī)定“閥控蓄電池的核對性充放電周期不大于2年，當達到85％的設(shè)計壽命或容量小于90％后每年進行一次容量測試”。DL／T724—2000(電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程)和國家電網(wǎng)公司《直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范》規(guī)定“新電池安裝后每2～3年進行一次核對性試驗，運行6年以后的，應(yīng)每年進行一次”。從筆者對3 000余只閥控蓄電池近8年運行數(shù)據(jù)來看，4年以后容量不滿足要求比率較高，發(fā)生故障的蓄電池中運行4年以上的占80．3％。因此，建議4年內(nèi)每2年進行一次核對性充放電，4年后每年進行一次核對性充放電；容量小于90％且大于等于80％的蓄電池組應(yīng)每年進行一次核對性充放電；容量小于80％的蓄電池組應(yīng)盡快更換，在更換前應(yīng)將核對性充放電周期縮短為3個月至半年。同時結(jié)合平時內(nèi)阻測試及時發(fā)現(xiàn)蓄電池的隱患。
3．2 對蓄電池的均衡充電
    頻繁進行均衡充電都對蓄電池組不利，具體應(yīng)遵守制造廠的規(guī)定，還需要結(jié)合蓄電池組的運行狀況，對其當前狀態(tài)進行評估后，確定是否應(yīng)進行均衡充電。不建議將直流系統(tǒng)的均衡充電設(shè)置為三個月自動進行。
    對個別落后的蓄電池，應(yīng)對單電瓶進行均衡充電處理，使其恢復(fù)容量，若處理無效，應(yīng)更換。不宜采用對整組蓄電池進行均衡充電的方法處理個別落后蓄電池，防止多數(shù)正常電池被過度充電。
3．3 運行中蓄電池的不一致性
    蓄電池的不一致性是指同一規(guī)格型號的單體蓄電池組成電池組后，其電壓、荷電量、容量及其衰退率、內(nèi)阻及其隨時間變化率、壽命、溫度影響、自放電率及其隨時間變化率等參數(shù)存在一定的差別，其對外表現(xiàn)為串聯(lián)使用時的單瓶浮充電壓的差別。蓄電池即使成組前經(jīng)過篩選電池的一致性較好，經(jīng)過一段時間的使用后也會出現(xiàn)差異，其不一致性隨著其單瓶浮充電壓的差別增加而逐漸加重，呈現(xiàn)惡性循環(huán)，從而造成整組蓄電池壽命的下降。造成蓄電池不一致的原因主要由電池及電池組設(shè)計引起的差異、初期性能的差異、使用過程中出現(xiàn)的差異等。
    傳統(tǒng)的改善蓄電池一致性的方法是整組均衡充電，這種均衡的代價是對電壓高的蓄電池造成損害，尤其是閥控蓄電池因其貧液結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生失水、熱失控等現(xiàn)象。對均衡充電的改進的方法是進行單瓶的均衡充電維護，有一定的效果，但缺點是需要將蓄電池退出系統(tǒng)，操作費時費力且無法根本解決問題。目前解決運行中蓄電池不一致較先進的方法是蓄電池的主動均衡技術(shù)，其原理是在蓄電池組加裝均衡器，通過外回路來強制將單瓶的充電電壓差控制一定范圍內(nèi)，對2V的蓄電池一般控制在10mV內(nèi)。
3．4 直流系統(tǒng)的定期檢測
    每年應(yīng)對直流系統(tǒng)進行定期檢測，可結(jié)合變電站的春查和秋查進行，主要項目包括蓄電池、充電裝置、監(jiān)控裝置、絕緣監(jiān)察裝置等的檢測，具體檢測內(nèi)容和方法可參考國網(wǎng)公司《直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定。

4 結(jié)論
    直流系統(tǒng)是變電站的一個重要組成部分，對變電站的正常運行起著重要的作用，它的設(shè)計方案是否合理、驗收是否能夠嚴格把關(guān)、日常維護是否到位直接影響著變電站的可靠性。在變電站直流系統(tǒng)的設(shè)計、驗收、運行維護的各個環(huán)節(jié)中要認真對待、抓住其關(guān)鍵點，這樣才能確保變電站的安全運行。