刘孝刚，黄浩声，崔晓祥，蔡振辉

(1.江苏省电力公司检修分公司，江苏南京 211102；2 江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京 211103)

直流系统是至关重要的电源系统，它为电力系统的控制回路、信号回路、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠稳定的不间断电源，还为断路器的分、合闸提供操作电源。尽管直流电源相对稳定可靠，但由于其在电力系统应用中的特殊性和重要性，极易使得直流系统自身故障演化成电力系统更大的故障[1]。

1 保护动作情况

某日，220 kV 线路1 因风筝挂线发生AB 相间短路，线路两侧开关三跳未重合，保护正确动作。11 s后，相邻220 kV 变电站A 线路2 第一套保护WXH-803 距离Ⅲ段动作，跳开线路开关，第二套保护PSL-603 保护只启动，未动作。故障系统接线示意如图1 所示。其中变电站C 由变电站A 通过线路2 单线馈供。

图1 故障系统接线示意图

2 故障检查及分析

现场对220 kV 变电站A 线路2 第一套WXH-803 保护开展相关试验，装置检查结果正常。检查发现变电站内第一套保护均启动。另外，还发现站内Ⅱ段直流电源消失，恢复供电后进行模拟全站所用电全失试验，发现在切断直流Ⅱ段充电机交流电后，直流电压有短时下降现象。为查找直流电压下降原因，对站内直流电源系统进行了检查，同时对直流系统故障原因开展分析。

2.1 Ⅱ段直流母线电压告警分析

故障发生时，直流绝缘在线监测装置记录到Ⅱ段母线相关告警信息，告警值为69.2 V。装置Ⅱ段直流电压欠压定值为198 V，而此次动作值显示仅为69.2 V，表明故障发生时刻，直流母线电压从额定220 V 急剧下降，导致在装置动作时，第一个采样点幅值（69.2 V）已远低于定值。

2.2 Ⅱ段直流母线电压降低原因分析

针对直流电压下降的情况进一步开展分析，图2为Ⅱ段直流系统脱开充电装置后，由蓄电池组给直流负载带电的系统简图。绝缘监测装置中平衡桥的2个电阻阻值相等约47 kΩ，钳制直流正负母线对地电压。

图2 Ⅱ段直流系统简图

绝缘监测装置检测的直流电压是正母线与负母线之间的电压，母线直流电压降低有可能是蓄电池组故障或是蓄电池组至直流母线电压之间有电阻分压，如螺丝没有拧紧、接触不良等。对该回路进行了仔细的检查，发现蓄电池组与正负母线的回路接触良好，排除蓄电池组至直流母线电压之间存在电阻分压的可能。进一步检查Ⅱ段母线上蓄电池组在线监测装置相关告警信息，发现故障当日凌晨，在运行人员送上充电机交流电源给蓄电池组充电过程中，30 号蓄电池电压3 次超限，最高电压达到11.58 V，如表1 所示。根据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，蓄电池组充电电压调整范围为90%～130%（6 V，12 V 阀控式蓄电池）[2]，变电站站内蓄电池单节标称电压为6 V，充电电压范围应为5.4～7.8 V，30 号蓄电池充电电压明显过高。

充电过程中蓄电池电压过高是蓄电池内部存在故障的一个特征，蓄电池内部故障会导致蓄电池组放电时端电压迅速下降，因此在变电站充电装置断电，由第二组蓄电池组直接带负载时，由于其30 号蓄电池内部存在故障，致使蓄电池组直流电压迅速下降，造成直流系统失电故障。事后将该组蓄电池更换，对30 号蓄电池进行电导测试，测试结果为0 S，即内阻无穷大，表明蓄电池内部确实存在物理故障。

表1 单节蓄电池超限信息

2.3 故障过程分析

线路1 因风筝挂线发生AB 相间短路，导致变电站A 220 kV 母线AB 相电压下降，35 kV 母线电压随之下降，变电站A 1 号所用变（35 kV 侧电压取自本站一段母线）、2 号所用变（35 kV 侧电压取自L1 线路，由变电站C 转某35 kV 变电站再接回变电站A）低压侧401，402 开关因失压瞬时脱扣跳开，站内直流母线I，II的充电装置失去交流电，由2 组蓄电池给负载供电。变电站A直流系统结构如图3 所示。

图3 变电站A 直流系统结构

Ⅰ段直流母线的蓄电池组带负载成功，Ⅱ段直流母线蓄电池组由于单节电池内部虚断，造成直流母线电压跌落，使接于Ⅱ段直流母线的220 kV 电压互感器（TV）并列装置中的交流电压切换继电器（单位置继电器）失去直流电而返回，导致全站保护失去母线电压。在区外线路故障的影响下，线路2 第一套保护装置WXH-803 启动，当三相母线电压消失后，相间测量阻抗为0，由于保护正处于启动后的故障处理程序中，不判TV 断线，因此在达到距离三段的延时后，保护动作出口跳开线路开关。WXH-803 保护故障录波如图4所示。

图4 WXH-803 保护录波图

由图4 可见，在保护跳闸前，线路2 二次三相电压均已消失，而三相电流仍为正常的负荷电流，呈典型的TV 断线特征。

线路2 第二套保护由于Ⅱ段直流母线失电造成装置失电，保护只启动没有动作出口。因此，本次故障是由于区外线路故障引起变电站35 kV 母线电压下降，所变低压侧总开关因低压瞬时脱扣，造成1 号、2 号充电机交流失电，全站直流负荷由1 号、2 号蓄电池组供电。由于2 号蓄电池组单节电池内部故障，Ⅱ段直流母线电压急剧下降，导致接于Ⅱ段直流母线的TV 并列装置失电，线路2 第一套保护WXH-803 装置三相电压消失，距离Ⅲ段动作出口。

3 整改措施

本次故障暴露了诸多问题，如该变电站所用变交流电源设计不合理、蓄电池组在线监测系统功能不够完善及所变低压侧开关低压脱扣方式不合理等，需及时采取以下措施加以解决。

（1）加强直流系统的运行和维护。蓄电池正常都以浮充方式运行，因长时间不放电，负极板上的活性物质易产生硫化铅结晶，不易还原，为保证放电容量和延长使用寿命，必须对其进行定期充放电和日常维护。

（2）完善现有蓄电池在线监测系统功能。当某只蓄电池内部开路而引起其他蓄电池过充时能适时发出过充告警，蓄电池开路达到一定延时即可发出电池开路报警[4]。

（3）规范所用变低压侧失压脱扣装置运行方式。脱扣装置需带一定延时，以便与继电保护动作时间相配合，避免由于区外故障的短时扰动即导致所变低压侧失电。

（4）严格执行反措，规范电压并列及切换回路设计。对TV 并列装置进行严格检查，确保TV 并列装置刀闸接点双位置开入[3]。因TV 并列装置涉及全站电压，其一旦失电，影响全站保护正常运行，必须使用双位置继电器，即使直流电源失去，由于继电器具有自保持功能，保护不会失去电压。

（5）对于重要的220 kV 联络变电站，所用变的两路交流电源应取自不同的可靠电源点，避免所用变两路电源同时失电。

4 结束语

通过详细地现场检查与分析，确定了区外故障下线路保护不正确动作的原因及直流蓄电池故障所在，并进一步提出了整改措施，为防止类似直流系统故障的发生提供了借鉴。

[1]谭重伟，梅 俊，欧阳德刚，等.500 kV 变电站直流系统故障分析及应对措施[J].湖北电力，2006，06(3)：29-31.

[2]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[S].

[3]国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施[M].北京：中国电力出版社，2005：76-89.

[4]黄森炯，王 晓，王 晴.蓄电池故障对110 kV 变电站安全运行影响分析探讨[J].蓄电池，2012，49(5)：212-214.