直流系统蓄电池组失效分析

2022-11-25李振军

电力安全技术 2022年3期

李振军

(国神集团秦皇岛发电有限责任公司，河北秦皇岛 066003)

0 概述

直流电源是电力系统中控制、保护、自动装置及重要辅机最稳定、可靠的电源，而蓄电池组作为直流系统中的后备电源，当电力系统出现故障时，电力系统中的直流系统可以通过蓄电池供电来维持其正常工作。因此，蓄电池的稳定性对保障电力设备的正常运行具有重要意义。

1 系统配置

某厂220 kV系统接线方式为双母线带旁路，正常运行中2条母线并联运行，母联开关合入。2台发电机组分别接入2条220 kV母线，2条220 kV线路也分别接入2条220 kV母线。2台发电机组配有1台启动变。

220 kV系统设2套母线差动保护，分别为南京南瑞的RCS-915和深圳南瑞的BP-2B型母差保护。线路设2套纵联差动保护，分别为南京南瑞的RCS-931AM和北京四方的CSC-103B型保护，及1套南京南瑞的RCS-923C型断路器失灵保护。

发变组电量保护采用双重化配置，保护A，B两柜相互独立，A，B柜采用南瑞的PCS-985B型发电机变压器成套保护装置；保护C柜为非电量保护，采用南瑞的PCS-974A-G型非电量保护装置；2台机组配有北京四方的CSC-821厂用电源快速切换装置；启动变配备2套许继的WFB802A型电量保护和一套FCZ-832型操作箱。

220 kV升压站直流系统设2段动力与控制混用母线，采用单母线供电，1号浮充柜与1号蓄电池组带网控直流A段母线，2号浮充柜与2号蓄电池组带网控直流B段母线，A，B段母线之间设联络刀闸，每组蓄电池由104个电瓶组成。

1，2号浮充柜配备双电源自动切换，设为常用电源和备用电源两路。1号浮充柜的常用电源取自1号机组保安段，备用电源取自2号机组保安段；2号浮充柜的常用电源取自2号机组保安段，备用电源取自1号机组保安段。1，2号浮充柜双电源自动切换装置可以实现常用电源异常时自动向备用电源切换，常用电源恢复后再切换至常用电源运行。

2 故障概况

2020-10-27，1号机组停备，2号机组正常运行。220 kV系统双母线并联运行，2条220 kV线路运行正常无操作，启动变联动备用。

17：15，接电网调度命令，1号机组准备启动并网。1号机组锅炉上水启动1号电动给水泵时，220 kV网控盘发“母线保护B柜报警”“网控1号浮充柜失电”光字牌，2号发电机电气盘发“2号发变组A柜保护故障”光字牌。检查母差保护B柜开入变位，开入异常报警灯亮，2条线路保护A柜发“保护装置异常”报警。

查看各保护装置的报文得到详细报警信息，2号发变组保护A柜报文为“强电开入电源监视1→0”，220 kV母差保护B柜报文为“刀闸位置变化”，2条线路RCS931AM保护装置报文为“闭重三跳0→1”，2号机组厂用电快速切换装置报文为“电源失电Ugz=96.11 V，Uby=0 V”，网控直流1号浮充柜报文为“交流失压”。

2020-10-28T01：36，1号机组锅炉上水再次启动1号电动给水泵时，上述信号再次发出。

3 报警行为分析

3.1 初步分析

故障发生后，对所有报警信息进行了初步分析，因发变组保护、母差保护、线路保护均发出报警，而且报警似乎都与电压量有关，分析后判断应是由电网系统电压波动所致。而电动给水泵在机组以往的启动过程中和正常运行中启动时，从未发出过这些报警，因此未将两者联系在一起。

3.2 报警信息分析

2020-10-28T01：36，启动1号电动给水泵时，上述信号再次发出。判断应从给水泵启动入手，分析给水泵启动与所有报警信息的联系，最终得到正确的故障原因。

(1) 保护装置失电。2号发变组保护A柜PCS-985B型发变组保护装置的报文“强电开入电源监视1→0”，是由于保护装置电源失电导致装置开入量电源消失而发出相应报警信息，说明保护装置的直流电源曾经失电。

案例2：某大学针对某项政策的态度调查，随机抽取300名该校不同身份的被调查者，了解其对该政策的观点，调查结果如表2所示。

(2) 开关操作箱失电。BP-2B型母差保护装置的刀闸切换是通过接于母线的各元件刀闸的辅助接点启动开关操作箱，再启动母差保护开入量单元的光隔实现的。刀闸切换回路由母线刀闸位置接点和电压切换继电器组成，当相关元件的开关操作箱直流电源失电后，电压切换继电器返回，常开接点断开，电源恢复后常开接点再次闭合。相对于母差保护装置的刀闸位置指示来说，相当于刀闸由合闸变为分闸再回到合闸状态。刀闸位置状态发生变化时，装置会发刀闸位置变位报警。报文“刀闸位置变化”说明相关开关操作箱直流电源曾经失电。

(3) 重合闸装置失电。南瑞RCS-931AM保护装置中沟通三跳为常闭接点，重合闸装置故障或直流电源消失，将沟通三跳接点闭合，发“闭重三跳”信号报警。报文“闭重三跳0→1”也说明重合闸装置直流电源曾失电。

(4) 启动变高压侧开关操作箱失电。CSC821微机型厂用电快速切换装置中，备用电源电压检测的是220kV母线电压。220 kV母线电压经过启动变高压侧开关操作箱的电压切换回路开入，操作箱电压切换回路由母线刀闸位置接点和电压切换继电器组成。当操作箱直流电源消失时，电压切换继电器返回，常开接点断开，快切装置的备用电压检测回路检测到的电压为0。因此，报文“电源失电Ugz=96.11 V，Uby=0 V”，说明启动变高压侧开关操作箱曾经失电。

通过以上报文分析，得出这些保护装置或开关操作箱的直流电源都曾经短暂失电。

4 原因分析

4.1 保护装置电源接线方式分析

对2号发变组保护A柜、线路重合闸装置和220 kV线路开关、220 kV母联开关和启动变开关操作箱的直流电源进行筛查，发现这些电源均取自网控直流A段，且该A段母线曾短暂失电，失电的原因应与电动给水泵启动有关系。

4.2 电动给水泵启动对浮充柜的影响

电动给水泵电机功率为5 500 kW，额定电压为6 kV，额定电流为599 A。每次电机启动时，对厂用电电压影响较大，6 kV厂用母线电压会大幅下降。本次启动时，6 kV厂用母线电压下降到4.88 kV，380 V厂用母线电压下降到309 V。1号组电动给水泵接于6 kV工作A段母线，而该机组380 V保安段的上级电源380 V工作A段母线同样取自6 kV工作A段母线。因此，在启动1号电动给水泵时，380 V保安段的电压也下降到了309 V左右。

网控直流1号浮充柜因保安段母线电压降低，发生了交流电源切换，故网控盘发“网控1号浮充柜失电”光字牌，网控直流1号浮充柜发“交流失压”报文是正确的。

4.3 浮充柜交流电源切换工作原理

浮充柜的交流电源输入分为手动控制和自动切换控制2种输入方式，两路交流电源输入时采用自动切换方式，使用交流电源自动切换控制盒并辅以2个交流电源接触器组成自动切换电路，实现系统两路交流电源的自动切换输入。

经查阅说明书发现，电源切换设定的电压偏低，切换点定值为相电压170 V，换算到380 V电压等级为293 V。定值在出厂时被固化在电源投切模块中，运行中不能更改。

查阅相关行业标准，发现标准的规定与电压切换的设定值有所偏差，如DL/T 724—2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》规定，充电装置的基本参数交流输入额定电压为(380±10 %) V；DL/T 857—2004《发电厂、变电所蓄电池用整流逆变设备技术条件》规定，交流电网电压波动范围，380 V电网为342～437 V。由此可见，设定值相较于上述标准偏低。

在实际运行中，启动1号电动给水泵时，380 V保安段电压都会下降到310 V左右，但每次浮充柜交流电源都会切换，说明电源投切模块的电压采样并不准确，而且每次交流电源切换都会使浮充柜中断输出。

4.4 直流母线蓄电池失效分析

直流系统因有蓄电池组存在，浮充柜输出中断并不会使直流母线失电，如出现直流母线失电，则说明蓄电池组可能失效。

检查网控直流1号蓄电池组的电流表显示为0，浮充柜控制器显示浮充电流为-0.3 A，说明浮充电运行方式下蓄电池组工作状态可能异常。对每个单体蓄电池进行电压测量，发现4号、68号瓶单体电压为0，69号瓶单体电压为12 V。倒换直流母线运行方式后，测量1号蓄电池组出口端电压在20～30 V摆动，进一步验证了1号蓄电池组已经失效。1号网控浮充柜两路交流电源切换过程中，切换的时间约为15 s，因1号蓄电池组失效，网控直流A段母线也就失电大约15 s，这样就可以合理解释电动给水泵启动时，各保护装置所发报警是由1号蓄电池组失效所致。

更换4号、68号及69号瓶之后，蓄电池组电压恢复至232 V，浮充电流也指示正常，蓄电池组恢复正常功能。

5 风险预控措施

5.1 风险分析

本次事件因设备启动引起，直流母线失电时间较短，未引发严重不利影响。但是，交流电源如发生长时间故障，直流母线会因蓄电池组失效而失电。从网控直流A段所接带负荷来看，2台机组的A套发变组电量保护、线路保护、母差保护及启动变保护的其中1套保护和线路重合闸装置均失电，线路开关、母联开关及启动变高压侧开关的操作箱均失电。如发生系统故障，将因直流电源失电造成保护及自动装置拒动，各开关无法正常操作而致事故影响扩大，严重威胁系统及设备安全。