直流系统馈电网络改造

刘世燕

摘要：本文介绍了电站中二次设备的直流系统运行方式改变给继电保护带来的影响，本文以四川嘉陵江新政航电有限公司实际运行中因二次寄生回路或接线错误而引起的直流电源环网问题，并针对出现的直流环网问题提出了相应的解决办法，指出辐射式直流供电设计对于查找直流系统问题的优越性。

关键词：直流系统；馈电网络；集中辐射；直流接地

一、前言

水电站直流系统主要作为继电保护、自动装置回路、开关电器控制回路和信号回路的专用供电电源，应保证在任何情况下都能可靠供电。因此，直流系统作为水电站的一个重要系统，其性能质量直接关系到整个电站的稳定运行和设备安全。

二、目前电站直流系统的运行状况及存在缺点

1、环网直流系统的优缺点

电力系统直流电源是保证电站各个继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等电气设备正常运行和正确动作的基础，一旦直流电源发生故障，将造成保护拒动或误动，重要信息无法正常传输。

原新政航电有限公司装设220V直流电源系统一套，用于操作、测量、信号、继电保护、自动装置及机组起励等设备的供电，在发生交流电源消失事故情况下为事故照明、交流不停电设备提供电源。该系统分为两段，每段由不同的蓄电池组进行供电，并配置了充电柜和馈电柜各一面。正常运行时，两段直流母线分段运行，当某段母线设备检修或故障时，可通过切换开关倒至另一段母线联络运行。直流负荷的供电方式为环状网络供电。

环状网络供电方式虽然所用电缆数量相对较少，在一定程度上节约了成本，但是从运行效果看，其降低了供电的可靠性，环路中开关断开点不明显，容易造成两组蓄电池环状运行且开关编号繁琐，从而使操作复杂，寻找接地故障较困难。电站采用辐射式馈线直流供电系统将消除以往接线网络繁杂、供电回路误并联、级差配置不当及直流接地难以查找的缺点，保证了电站相关设备的安全稳定运行。

设计一种新型的直流馈电网络，将直流系统常见故障发生的概率和影响面降到最低、或者发生故障时能够快速恢复，最大程度减少因直流系统问题引起的电网事故是电力系统的一大课题。在新政电站直流系统改造中，通过对现场实际情况的调查和对国内直流系统接线方式的对比、研究，提出并实施了一种新型的集中辐射式直流系统馈电网络。

2、环网直流系统原理图

三、技改方案

根据设计的要求，考虑到现有直流系统供电方式的复杂性，在改造过程中务必做到：确保继电保护装置及二次控制设备直流电源不中断；确保改造过程中改造设备和未改造设备直流供电的可靠性和设备的安全性；确保未改造设备所在直流环状网络供电开关的开断正确性。环状供电方式改为辐射状供电方式的具体方案如下：

1、为减化网络接线和节约电缆，在负荷集中区设置直流分电箱。根据负荷及设备布置情况，共增设5个直流分电箱，其中在电缆夹层装设4个分电箱，分别用于1#机组、2#机组、3#机组、10.5kV及400V室设备，泵房装设1个分电箱，用于泵房及空压机室设备。

2、直流分电箱设置一段母线、两回电源进线、N+2回出线。两回电源进线分别取自直流系统Ⅰ、Ⅱ段母线，采用双电源自动切换装置，既使两回电源进线互为备用，确保负荷供电的可靠性，又防止环网运行的危险。N+2回出线，即至少预留二回作为备用电源（N：实际负荷个数，+2表示冗余设计并作为备用）。

3、直流电源空开尽量选用同一厂家系列产品（西门子），其分断能力满足直流系统短路电流的要求。直流馈电屏、分电箱和各负荷空开均应满足级差配合要求且有足够的灵敏系数。

4、在直流系统两段母线之间增设一组联络开关，使其具备环网供电功能。确保某段母线设备检修或故障时，该段母线下的负荷能无缝切换，实现设备持续供电。

5、辐射状供电网络图

四、实施步骤

为不影响机组正常发电，保证设备安全稳定运行，直流系统改造实施工作分阶段进行，并随年度设备检修完成。

1、各直流分电箱安装到位后，先将相应负荷屏柜的电缆敷设到位，对新敷设的电缆应进行对线、摇绝缘、走线等相关准备工作，同时，在对运行设备进行电缆敷设时，一定要在确保安全的基础上，使设备尽可能短的时间停电。

2、随检修进行改造的供电回路在改造后应进行详细的试验工作。设备恢复供电时，应先合直流分电箱内电源侧开关，再合负荷侧开关，观察设备运行是否正常。在保证设备运行正常的情况下，模拟两回电源进线任一故障时自动切换装置动作情况，以及任一直流回路故障时直流系统绝缘监测仪的报警情况。

3、对单一设备进行直流供电电源改造时，必须先对原环状供电回路进行详细勘察、了解，避免出现改动本回路接线时导致环路中的其它设备因解环而失电。

4、对某一直流环网内的设备全部改造完毕后，应对该直流环网进行解环和除环的工作。在解环过程中，须在该环网无电压时下进行，并不得影响设备的安全运行。

5、对全厂设备直流负荷供电回路全部改造完成后，方能将原环状供电方式所加的环路开关和接线退出，且必须退出。

五、新型馈电网络缺点的比较

1、新型馈电网络大大减少了公用部分，各个重要直流负荷电源回路相互独立，减少了相互之间的不利影响。系统某一支路发生短路故障时，不会造成其它直流用电负荷失电。提高了直流系统安全运行的可靠性。

2、全部取消了装于屏顶的裸露直流小母线，整个直流系统密闭运行，提高了直流系统运行的安全可靠性。同时也使接入的新负荷时不需带电作业，降低工作危险系数，同时杜绝了发生直流小母线短路造成大量负荷失电现象。

3、易于查找直流接地。各个直流负荷电源回路相互独立，可以快速确定是某一间隔发生接地。大大提高了查找直流接地速度。

4、便于直流系统日常运行维护和事故时的操作。直流系统馈电网络回路简单、清晰，各个馈电支路直接对应于基层用电负荷，一方面方便了运行人员的维护和操作，另一方面也杜绝了误操作、误碰造成的大面积直流停电的危险。

5、新型馈电网络的缺点是电缆较多，施工难度较大。因此在设计施工阶段就要一次性规划好，并按照变电所的终期规划做好直流系统的备用裕度。

六、新型馈电网络的应用

新型馈电网络适用于各种规模的电站，尤其是中小型变电站。这类电站间隔数目少，新型馈电网络的馈电屏回路数目少、清晰，发生故障时波及面小，运行维护人员的定期维护工作也简单。对于变电站的安全稳定运行来讲，也是值得的。

七、结束语

完善和优化直流馈电系统的回路，是提高变电站直流系统供电可靠性的主要措施。本文提出的新型馈电网络在中卫电网已经得到了广泛实施，运行情况稳定，效果显著，对于其他电网的变电站直流系统设计和改造有着良好借鉴作用。随着电网规模的日益强大，变电站的二次设备的安全稳定运行也更加重要。在工作中不断地发现问题，解决问题。同时大力发展和应用新技术，只有这样才能使电网的二次设备运行更可靠，更安全。

参考文献：

［1］白忠敏，於崇干，刘百震，现代电力工程直流系统，中国电力出版社，2003-09-01。

［2］国家电网公司，直流电源系统管理规范。中国电力出版社，2006.04.01。

［3］周志敏，周纪海，纪爱华，阀控式密封铅酸蓄电池实用技术，中国电力出版社，2004.10.

［4］中华人民共和国电力行业标准，国家能源局，电力工程直流系统设计与技术规程DL/5044-2014，中国计划出版社，2015.03.01。

［5］中华人民共和国电力行业标准，中华人民共和国国家经济贸易委员会，电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护规程，DL/T724-2000，2001.01.01。

［6］中华人民共和国标准，中华人民共和国城乡建设部/中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范，GB50172-2012，2012.12.01。

作者简介：

刘世燕（1976.12.26），女，大专，电气工程师，四川蜀港水电工程技术有限责任公司，四川省南充市，负责电气技术。