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【摘 要】 本文主要针对500kV变电站直流系统的运行维护进行了分析，旨在提高配电系统地安全性。
【关键词】 500kV变电站直流系统；运行维护
前言：
直流系统作为变电站的核心构成成分之一，关于它的运行及其管理的工作得到了人们的重视，新型的技术与设备也不断地投入使用，但在系统运行中还存在一些问题，对系统的正常运行带来阻碍。因此，必须加强对变电站的直流系统的维护，进而确保直流系统正常运转。
一、直流馈线网络构建
（一）500kV线路和主变压器、断路器要求有双重化回路的供电方式，安装单位需要两个独立操作电源，从每段母线单独引操作电源到每个安装单位。在每个安装单位按辐射状原则分接，按电压等级设置直流分馈线屏，从直流主母线到各分馈线屏采用双回路供电。当某一安装单位停电检修或查找直流接地时，可在直流分馈线屏上进行断开直流的操作，当直流馈电回路断路器因短路而断开时，也容易实现集中报警。
（二）事故照明宜分成两个回路，分别接在两段母线上，其他直流负荷如试验电源、交流不间断电源设备、常明灯、远动通信装置的备用电源等，也应按其容量平均接在直流母线上。变电站在正常运行时，一定要保持两组蓄电池系统的独立性，即电气上不相连接。这不仅有助于提高直流系统的可靠性，也能有效地减小对地电容，减小接地时产生的电容电流。
二、500kV变电站直流系统的运行维护分析
（一）系统电压维护
系统电压除选择电压等级外，由于变电站被控对象远，控制回路电缆长，满足控制回路电压降的要求，降低控制电缆投资也是决定系统工作电压的主要因素。
1、变电站占地面积大，被控制的对象较远，在相同操作功率下，控制电缆中的电流110V比220V大一倍，增大了控制电缆中的电压降。为满足控制回路电压降的要求，要加大电缆截面，因而增加了控制电缆方面的投资。在距离较远的情况下，为了满足电压降的要求，所需的控制电缆截面有时要大于6mm2，给施工造成困难。
2、一般線路的高频保护收发信机输出功率大小与直流电压有关。直流电压低，将影响高频保护的输出功率，对于长线路的载波保护不利。
3、变电站的照明系统一般为交流220V，直流系统电压为110V时，事故照明回路不能直接切换，需增加降压变压器或逆变电源，增加了事故照明回路的复杂性。
4、在变电站内有动力合闸或较大容量直流电动机的情况下，电压为110V要加大直流动力回路的电缆截面，增加投资。
（二）电缆维护
直流电压220V时，不同电缆长度（L）对应的正极电缆芯截面（S1）和负极电缆芯截面（S2）的计算结见表1，直流电压为110V时，分合闸线圈的功率不变，则分合闸电流为4A，按相同方法计算结果见表2。从表1和表2可见，直流电压为220V时，控制电缆长度在500m之内，电缆截面不大于4mm2，电缆接线容易。直流电压为110V时，电缆长度超过250m，其截面就要选用6mm2或10mm2，端子排只能连接截面不超过6mm2的电缆芯，要连接大截面的电缆芯就要采用特殊的连接方式，给施工和维护都带来困难。500kV变电站的控制对象多、距离远，电缆用量大，电压采用110V，加大了控制电缆截面，增加在控制电缆方面的投资。通过上述技术和经济上分析，500kV变电站采用集中控制的情况下，强电直流系统的工作电压选用220V。
（三）蓄电池及组数维护
1、蓄电池
阀控式密封铅酸蓄电池：25℃下单个电池的浮充电电压为2.23～2.27V；单个电池的均衡充电电压为2.30～2.24；浮充电电流1mA/h；10h均衡充电电流1.0～1.25A；单个电池的开路电压最高值与最低值的差值不大于20mV；10h率放电末期单个电池的终止电压为1.8V；3h率放电末期单个电池的终止电压为1.8V；1h率放电末期单个电池的终止电压为1.75V阀控式密封铅酸蓄电池的电解液密度比普通铅酸蓄电池的高，因而其开路电压、浮充电电压、均衡充电电压均比普通铅酸蓄电池高，在相同直流母线电压情况下，所需的蓄电池个数也较少。阀控式密封铅酸蓄电池内无流动液体，可立体布置减少蓄电池室面积，蓄电池室不需进行防酸处理及通风机室等辅助设施，室温在10～30℃。通过以上比较选择阀控式密封铅酸蓄电池。
2、蓄电池组数确定
蓄电池组数主要取决于直流负荷的性质和对负荷的供电方式。就直流负荷的性质而言，500kV变电站的直流负荷均为一类负荷，在任何情况下，不允许间断供电。因此，两者对蓄电池组可靠性的要求是一致的，至少装设2组蓄电池以实现，操作电源—供电网络—保护装置—断路器跳闸线圈双重化，提高直流系统可靠性的需要
（四）500kV变电站直流系统接地处理与维护
基于以上分析可知，500KV变电站直流系统对整个变电站的正常运行发挥着非常重要的作用，但直流系统也会经常出现一些接地危害，具体分析如下：
1、变电站直流系统接地类型及其危害分析
实践中通常将变电站直流系统正、负极与大地间的绝缘水平降至某一规定值的现象，称作直流系统接地。根据按接地极性不同，又可以细分成正极接地、负极接地两种；根据接地类型不同，可将其分成金属性接地、非金属性接地（也就是完全与不完全接地）。实践中，如果变电站直流系统上出现了两点接地现象，则该系统可能会出现接地性短路故障问题，进而导致继电保护、自动设备误操作，信号等灭掉或出现拒动现象，更为严重时直流空开会出现跳闸现象，最终使自动设备、保护装置以及控制回路等工作环节，失去电源，并且使一次设备产生严重的安全隐患问题。对于断路器而言，其跳闸线圈与负极电源相连接，当变电站直流系统的两点正极出现接地问题时，其正极经大地可能形成一个闭合的回路（如下图所示），当A、B两点同时接地，相当于A、B两点通过大地相连接起来，中间继电器2J1动作生成断路器的跳闸。若变电站直流系统的两点负极发生接地现象，则保护动作环节也可能出现短路现象，断路器停止正常的动作或者拒动，越级跳闸或更为严重的事故问题由此产生。 2、变电站直流系统接地处理策略
（1）选线监测法
据调查显示，当前国内很多的变电站、基本上都已经安装了直流绝缘接地选线设备，即在直流系统的各分支回路适当位置安装穿心型电流互感设备，其感应到信号经直流接地选线设备分析，对直流接地分支回路进行确定。一般而言，支路回路上安装的传感设备编号，应当与接地检测仪上显示的回路编号相对应。这一设备的最大优势在于可实现在线监测，及时准确地对直流系统中的接地故障进行报告，显示接地回路上的具体编号，便于第一时间找到接地点。
（2）拉路法
传统的直流系统接地监测是利用不平衡桥原理来检测接地故障，该方法虽然可以检测接地故障问题，但效果不如拉路法好。所谓拉路法，实际上就是利用直流接地回路的特点，即与直流系统相互脱离运行时，直流母线上的正、负极就会对地电压形成平衡。采用该方法，通常只需从直流接地回路出现瞬间停电现象开始，对直流接地点发生位置进行准确的确定。500KV直流系统故障排除过程中，经常会出现一些非正常状态下的闭环回路，因此建议以双电源供电回路应用为宜。
（3）拆端子法
500KV直流系统上的某支路接地点被确定时，最为高效的方法是带电拆端子法，将交织在一起的带电部分甩开，以确定是否存在接地現象。在采用拆端子法查找接地点时，应选准地点、由专人进行配合操作。通常情况下，经常出现接地现象的点或位置，基本上都是一致的，因此拆端子前应仔细对照图纸进行分析，尽可能地锁定一个范围，先主干、后分支，分级查找。比如，在检查出主变、高压并联电抗设备非电量保护存在接地现象时，可采用拆端子法对接地回路进行确定。
（4）故障定位法
该方法需要借助于便携式直流接地故障查找仪，同时该方法也可以作为上述拉路法的辅助性方法。从实践来看，便携式直流接地故障查找仪的最大特点在于不需要将直流回路电源断开即可查找接地点，即可带电处理接地故障问题。故障定位法，大大提高了直流接地点查找安全性和查找效率。
（五）其他方面的维护与分析
1、直流柜至分电柜的馈线断路器应选用具有短路短延时特性的塑壳直流断路器，主要考虑当分电柜母线故障时，直流柜母线电压将下降15%左右，这时馈线断路器速断保护不动作，而长延时过电流保护动作时间需要3～5s，对直流母线电压影响比较大，采用带短延时特性的直流断路器，则保护动作时间仅需要10ms，从而提高了直流系统可靠性；
2、直流分电柜馈线断路器宜采用C型微型直流断路器，额定电流不宜超过40A，主要考虑负荷侧故障，若选择大于40A断路器，其过负荷长时限电流保护动作时间约2秒，有可能超过电缆允许热容量的时间；直流分电柜供电的负荷侧终端断路器额定电流不宜大于6A，否则无法满足选择性配合要求，此时可考虑采用三段式（瞬时电流速断、短延时电流速断和反时限过电流保护）断路；
3、保护柜、测控柜以及高/低压厂（站）用配电装置内的直流终端断路器额定电流一般不大于6A，当确定负荷冲击负荷不大于4倍断路器额定电流时，终端断路器推荐采用B型微型直流断路器，主要是考虑与上级直流分电柜馈线开关的C型微型直流断路器配合。
三、结语
直流系统是500KV变电站的重要部分，其运行直流直接关系着整个变电站系统的安全可靠性，因此应当创新技术方法，应加强对直流系统的管理维护，以确保变电站的安全、持续运行。
参考文献：
[1]尚超.变电站直流系统的运行与维护分析[J].电源技术应用，2013，（11）.
[2]溪玉龙.浅谈变电站直流系统运行维护管理[J].科技创新与应用，2013，（28）
[3]高文英.500kV变电站直流系统异常及接地处理[J].科技信息，2012，（24）.
【关键词】 500kV变电站直流系统；运行维护
前言：
直流系统作为变电站的核心构成成分之一，关于它的运行及其管理的工作得到了人们的重视，新型的技术与设备也不断地投入使用，但在系统运行中还存在一些问题，对系统的正常运行带来阻碍。因此，必须加强对变电站的直流系统的维护，进而确保直流系统正常运转。
一、直流馈线网络构建
（一）500kV线路和主变压器、断路器要求有双重化回路的供电方式，安装单位需要两个独立操作电源，从每段母线单独引操作电源到每个安装单位。在每个安装单位按辐射状原则分接，按电压等级设置直流分馈线屏，从直流主母线到各分馈线屏采用双回路供电。当某一安装单位停电检修或查找直流接地时，可在直流分馈线屏上进行断开直流的操作，当直流馈电回路断路器因短路而断开时，也容易实现集中报警。
（二）事故照明宜分成两个回路，分别接在两段母线上，其他直流负荷如试验电源、交流不间断电源设备、常明灯、远动通信装置的备用电源等，也应按其容量平均接在直流母线上。变电站在正常运行时，一定要保持两组蓄电池系统的独立性，即电气上不相连接。这不仅有助于提高直流系统的可靠性，也能有效地减小对地电容，减小接地时产生的电容电流。
二、500kV变电站直流系统的运行维护分析
（一）系统电压维护
系统电压除选择电压等级外，由于变电站被控对象远，控制回路电缆长，满足控制回路电压降的要求，降低控制电缆投资也是决定系统工作电压的主要因素。
1、变电站占地面积大，被控制的对象较远，在相同操作功率下，控制电缆中的电流110V比220V大一倍，增大了控制电缆中的电压降。为满足控制回路电压降的要求，要加大电缆截面，因而增加了控制电缆方面的投资。在距离较远的情况下，为了满足电压降的要求，所需的控制电缆截面有时要大于6mm2，给施工造成困难。
2、一般線路的高频保护收发信机输出功率大小与直流电压有关。直流电压低，将影响高频保护的输出功率，对于长线路的载波保护不利。
3、变电站的照明系统一般为交流220V，直流系统电压为110V时，事故照明回路不能直接切换，需增加降压变压器或逆变电源，增加了事故照明回路的复杂性。
4、在变电站内有动力合闸或较大容量直流电动机的情况下，电压为110V要加大直流动力回路的电缆截面，增加投资。
（二）电缆维护
直流电压220V时，不同电缆长度（L）对应的正极电缆芯截面（S1）和负极电缆芯截面（S2）的计算结见表1，直流电压为110V时，分合闸线圈的功率不变，则分合闸电流为4A，按相同方法计算结果见表2。从表1和表2可见，直流电压为220V时，控制电缆长度在500m之内，电缆截面不大于4mm2，电缆接线容易。直流电压为110V时，电缆长度超过250m，其截面就要选用6mm2或10mm2，端子排只能连接截面不超过6mm2的电缆芯，要连接大截面的电缆芯就要采用特殊的连接方式，给施工和维护都带来困难。500kV变电站的控制对象多、距离远，电缆用量大，电压采用110V，加大了控制电缆截面，增加在控制电缆方面的投资。通过上述技术和经济上分析，500kV变电站采用集中控制的情况下，强电直流系统的工作电压选用220V。
（三）蓄电池及组数维护
1、蓄电池
阀控式密封铅酸蓄电池：25℃下单个电池的浮充电电压为2.23～2.27V；单个电池的均衡充电电压为2.30～2.24；浮充电电流1mA/h；10h均衡充电电流1.0～1.25A；单个电池的开路电压最高值与最低值的差值不大于20mV；10h率放电末期单个电池的终止电压为1.8V；3h率放电末期单个电池的终止电压为1.8V；1h率放电末期单个电池的终止电压为1.75V阀控式密封铅酸蓄电池的电解液密度比普通铅酸蓄电池的高，因而其开路电压、浮充电电压、均衡充电电压均比普通铅酸蓄电池高，在相同直流母线电压情况下，所需的蓄电池个数也较少。阀控式密封铅酸蓄电池内无流动液体，可立体布置减少蓄电池室面积，蓄电池室不需进行防酸处理及通风机室等辅助设施，室温在10～30℃。通过以上比较选择阀控式密封铅酸蓄电池。
2、蓄电池组数确定
蓄电池组数主要取决于直流负荷的性质和对负荷的供电方式。就直流负荷的性质而言，500kV变电站的直流负荷均为一类负荷，在任何情况下，不允许间断供电。因此，两者对蓄电池组可靠性的要求是一致的，至少装设2组蓄电池以实现，操作电源—供电网络—保护装置—断路器跳闸线圈双重化，提高直流系统可靠性的需要
（四）500kV变电站直流系统接地处理与维护
基于以上分析可知，500KV变电站直流系统对整个变电站的正常运行发挥着非常重要的作用，但直流系统也会经常出现一些接地危害，具体分析如下：
1、变电站直流系统接地类型及其危害分析
实践中通常将变电站直流系统正、负极与大地间的绝缘水平降至某一规定值的现象，称作直流系统接地。根据按接地极性不同，又可以细分成正极接地、负极接地两种；根据接地类型不同，可将其分成金属性接地、非金属性接地（也就是完全与不完全接地）。实践中，如果变电站直流系统上出现了两点接地现象，则该系统可能会出现接地性短路故障问题，进而导致继电保护、自动设备误操作，信号等灭掉或出现拒动现象，更为严重时直流空开会出现跳闸现象，最终使自动设备、保护装置以及控制回路等工作环节，失去电源，并且使一次设备产生严重的安全隐患问题。对于断路器而言，其跳闸线圈与负极电源相连接，当变电站直流系统的两点正极出现接地问题时，其正极经大地可能形成一个闭合的回路（如下图所示），当A、B两点同时接地，相当于A、B两点通过大地相连接起来，中间继电器2J1动作生成断路器的跳闸。若变电站直流系统的两点负极发生接地现象，则保护动作环节也可能出现短路现象，断路器停止正常的动作或者拒动，越级跳闸或更为严重的事故问题由此产生。 2、变电站直流系统接地处理策略
（1）选线监测法
据调查显示，当前国内很多的变电站、基本上都已经安装了直流绝缘接地选线设备，即在直流系统的各分支回路适当位置安装穿心型电流互感设备，其感应到信号经直流接地选线设备分析，对直流接地分支回路进行确定。一般而言，支路回路上安装的传感设备编号，应当与接地检测仪上显示的回路编号相对应。这一设备的最大优势在于可实现在线监测，及时准确地对直流系统中的接地故障进行报告，显示接地回路上的具体编号，便于第一时间找到接地点。
（2）拉路法
传统的直流系统接地监测是利用不平衡桥原理来检测接地故障，该方法虽然可以检测接地故障问题，但效果不如拉路法好。所谓拉路法，实际上就是利用直流接地回路的特点，即与直流系统相互脱离运行时，直流母线上的正、负极就会对地电压形成平衡。采用该方法，通常只需从直流接地回路出现瞬间停电现象开始，对直流接地点发生位置进行准确的确定。500KV直流系统故障排除过程中，经常会出现一些非正常状态下的闭环回路，因此建议以双电源供电回路应用为宜。
（3）拆端子法
500KV直流系统上的某支路接地点被确定时，最为高效的方法是带电拆端子法，将交织在一起的带电部分甩开，以确定是否存在接地現象。在采用拆端子法查找接地点时，应选准地点、由专人进行配合操作。通常情况下，经常出现接地现象的点或位置，基本上都是一致的，因此拆端子前应仔细对照图纸进行分析，尽可能地锁定一个范围，先主干、后分支，分级查找。比如，在检查出主变、高压并联电抗设备非电量保护存在接地现象时，可采用拆端子法对接地回路进行确定。
（4）故障定位法
该方法需要借助于便携式直流接地故障查找仪，同时该方法也可以作为上述拉路法的辅助性方法。从实践来看，便携式直流接地故障查找仪的最大特点在于不需要将直流回路电源断开即可查找接地点，即可带电处理接地故障问题。故障定位法，大大提高了直流接地点查找安全性和查找效率。
（五）其他方面的维护与分析
1、直流柜至分电柜的馈线断路器应选用具有短路短延时特性的塑壳直流断路器，主要考虑当分电柜母线故障时，直流柜母线电压将下降15%左右，这时馈线断路器速断保护不动作，而长延时过电流保护动作时间需要3～5s，对直流母线电压影响比较大，采用带短延时特性的直流断路器，则保护动作时间仅需要10ms，从而提高了直流系统可靠性；
2、直流分电柜馈线断路器宜采用C型微型直流断路器，额定电流不宜超过40A，主要考虑负荷侧故障，若选择大于40A断路器，其过负荷长时限电流保护动作时间约2秒，有可能超过电缆允许热容量的时间；直流分电柜供电的负荷侧终端断路器额定电流不宜大于6A，否则无法满足选择性配合要求，此时可考虑采用三段式（瞬时电流速断、短延时电流速断和反时限过电流保护）断路；
3、保护柜、测控柜以及高/低压厂（站）用配电装置内的直流终端断路器额定电流一般不大于6A，当确定负荷冲击负荷不大于4倍断路器额定电流时，终端断路器推荐采用B型微型直流断路器，主要是考虑与上级直流分电柜馈线开关的C型微型直流断路器配合。
三、结语
直流系统是500KV变电站的重要部分，其运行直流直接关系着整个变电站系统的安全可靠性，因此应当创新技术方法，应加强对直流系统的管理维护，以确保变电站的安全、持续运行。
参考文献：
[1]尚超.变电站直流系统的运行与维护分析[J].电源技术应用，2013，（11）.
[2]溪玉龙.浅谈变电站直流系统运行维护管理[J].科技创新与应用，2013，（28）
[3]高文英.500kV变电站直流系统异常及接地处理[J].科技信息，2012，（24）.