李晓英

摘要：电力事业飞速发展，电网建设日新月异。随着数字化、程序化及智能变电站技术的快速发展和应用，直流电源系统的运行可靠性变得更加重要。文章主要对变电站直流电源系统设计进行了探讨。

关键词：直流电源系统；蓄电池组；绝缘监测装置

中图分类号：TM642 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0116-02

1 变电站直流电源系统作用

变电站直流电源系统主要用于为变电站控制保护装置、自动化装置、高压断路器分合闸机构、通信、计量、事故照明等装置提供电源，其性能与质量直接关系到变电站设备的安全可靠，甚至影响到整个电网的稳定运行。

2 变电站直流电源系统构成

变电站直流电源系统主要由交流进线、充电装置、监控单元、馈线回路、蓄电池组、绝缘监测装置等组成。

2.1 交流进线

交流进线主要由交流输入开关、交流接触器、防雷器等部件组成。为了保证交流供电的可靠性，交流进线大多使用两路交流输入，此时就需要配备带机械互锁装置的交流接触器或是双电源自动切换装置，两路交流电源应分别取自站用电不同段的交流母线。

2.2 充电装置

充电装置采用智能高频开关电源模块，具有体积小、效率高、扩容方便等优点。

2.2.1 模块采用N+1冗余设计，可带电热拔插。

2.2.2 多个模块并列运行时，具有良好的均流特性。

2.2.3 每个模块内部具有监控功能，能不依赖总监控单元，独立工作。

2.2.4 模块具有输入过压、欠压、缺相或相间不平衡、输出过压、欠压、短路、模块过温保护等功能。

2.3 监控单元

微机监控单元是高频开关电源及其成套装置的监控、测量、信号和管理系统的核心部分。装置一方面能根据直流系统运行状态，综合分析各种数据和信息，对整个系统实施控制和管理；另一方面还能将整个电源系统的信息以客户指定的通讯协议上传到后台，而且能适应直流系统各种运行方式。监控单元一般有按键式和触摸屏两种操作方式，用户可以根据自己的需要灵活选择。

2.4 馈线回路

根据用户的实际需要设计一定数量的馈线回路，包括馈线开关、状态/报警触点、指示灯等部件。

2.5 蓄电池组

2.5.1 蓄电池组的型式。蓄电池组是直流系统的重要组成部分，一般选用阀控式密封铅酸蓄电池。

2.5.2 蓄电池组的配置。为满足控制和保护冗余供电需要，220～500kV变电站直流电源系统均应配置两组高频充电装置和两组蓄电池；为满足无人值班直流供电冗余需要，110kV变电站直流电源系统宜配置两组高频充电装置和两组蓄电池。

2.5.3 蓄电池组的安装方式。蓄电池组可以采用集中安装和分散安装两种方式。集中安装一般采用组屏安装然后与其余的充馈电柜等安装在一起；分散安装则需设立独立的电池室，将电池安装在电池架上。用户可以根据现场的实际情况选择合适的安装方式。当变电站设有继电保护装置小室时，一般采用分散安装方式。

2.5.4 接线方式。

（1）一组蓄电池直流系统采用单母线分段接线或单母线接线。单母线分段接线分为两种类型：一组蓄电池配置一套充电装置时，二者接入不同母线段；一组蓄电池配置两套充电装置时，两套充电装置接入不同母线段，蓄电池组跨接在两段母线上。

（2）两组蓄电池直流系统采用两段单母线接线，蓄电池组分别接于不同母线段，二段母线之间设联络电器。它可分为两种类型：两组蓄电池配置两套充电装置时，二者接入不同母线段；两组蓄电池配置三套充电装置时，两组蓄电池及两套充电装置分别接入不同母线段，第三套充电装置经切换电器对两组蓄电池进线充电。

两组蓄电池正常情况下应分列运行，考虑到定期充、放电试验要求，为了转移直流负荷，

需要对二段母线进行切换操作。切换时蓄电池组不得脱离直流母线，切换过程中允许两组蓄电池短时并列运行。并联操作时两组蓄电池的压差应满足小于系统额定电压的5%的要求。

两段母线间的联络电器可以采用直流隔离开关，因短时并联操作频率低，可加装机械锁。

2.5.5 蓄电池组出口保护电器。蓄电池组出口保护电器大多采用熔断器。由于多种因素导致熔断器熔断后其报警触点不能可靠地发出报警信号，所以运行人员不能及时发现蓄电池组自动脱离直流母线的重大故障。一旦站用交流发生异常，将会导致全站直流失压，造成非常严重的

后果。

针对以上情况提出一些解决方案：一是当系统某回路发生短路后，运维人员应对该回路进行系统的检测，尤其是蓄电池组熔断器，必要时要更换熔断器；二是在蓄电池组增加一只电流传感器，当回路电流为零时报警；三是蓄电池组保护电器可以选用带辅助触点的直流专用断路器。

2.6 绝缘监测装置

2.6.1 功能。绝缘监测装置的主要功能是对母线电压、母线对地绝缘电阻及各馈线支路、蓄电池回路绝缘状况进行测量判断，超过正常范围时自动发出报警信号，并正确指示发生故障的支路。它既可通过串口与监控模块通讯，也可直接与综合自动化系统相连。

2.6.2 工作原理。支路绝缘监测原理目前有两组检测法，即低频信号注入法和直流漏电流检测法。

（1）低频信号注入法：较早的绝缘监测装置基本上都采用了小信号注入法，即当母线检测到接地异常时，将一个约5～20V，5～20Hz的低频信号注入母线，交流CT通过锁相技术等方式便可检测到不平衡电流即漏电流，然后再通过数据线将检测信号送至主机做相应处理。优点是CT结构简单、成本较低。缺点是一旦注入交流信号的幅值或频率及低频信号源选择不当，容易引起保护误动或干扰设备正常运行；检测精度受接地电容影响，不能识别母线接地极性，当系统存在较大电容电流时，会影响装置的正确

判断。

（2）直流漏电流检测法：优点是无需向母线注入交流信号，受接地电容的影响小，能识别接地母线的极性，能测量双端接地。缺点是成本高于交流CT，环境温度和工作电压的波动会影响测量精度。

2.6.3 配置原则。直流系统发生一点接地时系统仍然可以维持运行，但应立即报警尽快消除，否则再发生一点接地就会形成两点接地，很有可能造成保护装置误动、拒动或直流系统短路等故障。因此直流系统绝缘监测装置应具有较高的绝缘故障监测灵敏度和绝缘阻值测量精度，应能连续长期运行，必须具有防止直流系统一点接地引起保护误动作的功能。

绝缘监测装置分主机和分机，主机需要配置平衡桥电阻和检测桥电阻，而分机不用。

220kV及以上变电站应按蓄电池组数量配置相应数量的直流微机绝缘监测装置主机。

同一变电站内两段独立的直流母线应在各自的直流主屏上分别配置一套同型号、独立的直流绝缘监测装置

主机。

直流分电屏应配置直流监测装置分机，不应再配置

主机。

独立运行的两段直流母线，若需要短时间并列运行时，应退出一套绝缘监测装置及断开平衡桥接地回路。为了操作方便，可以安装绝缘监测装置手动/自动投入开关。为了便于发生接地故障时能够较快查出接地位置，可以尽量多增加一些馈线开关，减少下级并联支路。

3 结语

为了更好地满足电网安全、可靠运行的要求，同时为了避免因为直流系统故障，扩大为事故，并导致大型设备损坏或引起大面积电网事故的可能性。我们应该不断地加强技术进步，优化设计方案，生产出优质的、高水平的

产品。

参考文献

[1] 电力工程直流系统设计技术规程（DL/T5044-2004）[S].

[2] 直流电源系统绝缘监测装置技术条件.

（责任编辑：赵秀娟）