摘要：介绍某典型220kV变电站直流系统的现状及存在的问题，对直流系统改造中重要负荷不停电这个难题进行了深入细致的分析，并给出了解决方法。采用这一方案顺利地完成了改造工程，保证了直流系统的安全运行。目前电力系统中投运较早的220kV变电站普遍存在直流系统老化及设计不合理的问题，提出的直流系统改造方案对其他变电站直流系统改造有一定的参考价值，具有较大的应用价值。
关键词：变电站；直流系统；连续供电；解决方案
作者简介：谷晓东（1977-），男，河南郑州人，郑州供电公司变电运行二部，助理工程师，技师；马杰（1985-），女，河南郑州人，郑州供电公司变电运行二部，助理工程师。（河南郑州450006）
中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）06-0144-02
变电站的直流系统承担着为全站控制、保护、自动装置、信号、事故照明以及直流油泵或其他直流电机等重要负荷提供不间断供电的任务，因而是变电站不可或缺的重要设备。由于历史或其它各种原因，许多投运较早的变电站直流系统存在各种各样的问题，已不能满足供电可靠性的要求，给安全运行埋下了事故隐患[1]。本文以对某220kV变电站的直流系统改造为例，分析了直流系统中存在的问题，制定了相应的改造方案，并对直流系统改造中重要负荷不停电倒换这个难题进行了深入细致的分析，并给出了解决方法。
一、某220kV变电站直流系统简介及存在的问题
该220kV变电站位于郑州东南地区，两台主变供电容量480MVA，地理位置及所供负荷十分重要。该站共有两组直流系统，如图1所示。其中1#直流系统采用104只美国豹牌TC2450X型阀控式蓄电池，容量为400Ah，单只电压为2V，配深圳奥特讯电力设备公司GZDW300/230型高频开关电源充电机（4×20A）。2#采用104只德国阳光阀控式蓄电池，容量为300Ah，单只电压为2V，配深圳奥特讯电力设备公司GZDW300/230Ⅱ型高频开关电源充电机（4×20A）。
由于1#直流系统设计时存在缺陷，且运行时间已经长达12年，存在着很多问题，给安全生产和维护带来隐患。其存在的主要问题如下。
1.直流系统接线问题
1#直流系统电源接线方式不合理，充电机及蓄电池都接于母线上，运行方式不能改变，不利于蓄电池的核对性充放电。充放电时蓄电池和充电机都不能从母线上脱离，造成母线电压波动。
2.直流接地问题
绝缘监察装置及接地选线仪均发生故障，相关厂家早已停产倒闭，不能进行维修，造成一组直流系统接地时不能报出信号，无法进行及时处理，给安全运行埋下隐患。
3.蓄电池老化问题
整组蓄电池变形严重，个别单只已经开裂，经测量电压已为零。蓄电池已不能担负起它应有的作用。
4.充电机问题
高频模块使用年限已久，频繁故障。半年内四组模块中已有两组故障维修，另两组也已经维修过，不能保证对直流系统可靠的供电。
5.直流刀闸配置不当问题
根据《预防直流电源系统事故措施》、《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》的要求，在用直流系统用断路器如采用普通交流开关的，应及时更换为具有自动脱扣功能的直流断路器[2]。1#直流控制母线馈线开关为SF2－63保险式闸刀，不符合防止直流系统事故措施的要求。
二、直流系统改造方案
由于该变电站直流系统存在上述问题，因此需要立即对1#直流系统进行更换，并改良系统接线。
1.改造后的直流系统接线方式的优点
改造后的直流系统接线如图2所示。改造后的直流系统接线与之前直流系统相比具有以下优点。
（1）接线方式更加灵活。每年对蓄电池进行定期核对性充放电时，可以合上母联开关，用2#直流系统带一段直流母线负荷，把1#直流蓄电池和充电机从母线脱离，单独进行充放电，不会对母线负荷造成影响。
（2）系统运行更加可靠。由于安装了新型的直流系统绝缘选线装置，系统发生绝缘故障时，能及时发现并处理，保证了直流供电的可靠性。更换了蓄电池和充电机，增加了事故时的备用续航能力和正常运行时负荷能力，也增加了直流系统的供电可靠性。
（3）直流系统开关更换为直流系统专用直流断路器，在系统故障时能可靠快速的断开，隔离故障，保证了系统的正常运行，提高了直流系统运行的安全性。
2.直流系统改造主要步骤
改造方案的完善与否决定了直流系统工程改造工作能够安全可靠进行。本次改造方案主要包括以下几部分。
（1）查看图纸，分析原直流系统接线存在的问题，绘制新的直流系统接线图，制定更换改造方案。在改造工程开始前，充分研究分析改造工程中各种不安全因素及难题，制定相应的措施和操作步骤，并根据相关规程，确定验收检查程序。
（2）确定充电机及蓄电池与馈线柜更换先后顺序。为了以最短的时间完成本次改造任务，减少单电源运行时间，因此必须确定最优的更换顺序。从保证安全可靠的角度出发，结合新装蓄电池必须充放电的实际情况，决定首先更换蓄电池，其次更换充电机。在对蓄电池完成充放电后，最后更换直流母线倒换负荷。这样使得单电源运行的时间最短。
（3）进行负荷转移，安全不间断的转移负荷是这次更换工程中的重点难点。保护电源倒换时不能失去电源，以免造成保护拒动。单电源的重要负荷倒换也是难点，因为没有双电源接线实现并倒，所以必须拉临时线路进行并倒，带来许多不安全因素。
（4）更换1#直流系统蓄电池后，倒换1#直流系统所带负荷，更换直流系统。
（5）改造后直流系统的验收，负荷的恢复。验收是对本次改造是否成功的一种检验。结合本次改造需解决的问题制定验收规范，重点验收充电机的性能，蓄电池核对容量的充放电记录，直流选线装置的传动试验，直流空开的测试等。
三、直流系统改造中负荷不停电倒换问题的分析及实施
进行直流系统改造的首要条件就是要将所有直流负荷倒至2#直流母线上运行。必须确保原1#直流系统所带负荷能有可靠的直流电源，才能停运1#直流装置。由于操作电源及其重要负荷不能停电，需要进行并环倒负荷。
不停电更换直流电源系统工作中，直流馈电屏所带重要负荷的安全倒换是一个相当复杂的过程。直流系统中个别分路没有环网运行，为了不停电倒换至2#直流系统中，需要临时对接。临时对接分路需要带电包扎电缆接头，并将电缆接头下放到电缆沟。这些工作极易发生短路或接地，可能造成事故。因此倒带电负荷问题是直流改造工作的关键。本文经过分析研究，把需要倒换的负荷进行分类，制定了不同的倒换对策，具体方案如下。
（1）首先进行电源倒换操作。合上母线联络刀闸，将一组直流充电机及蓄电池停运并进行更换。其注意事项为：合环前检查母线电压差在允许范围内，合环后停1#充电机及蓄电池前，检查2#直流系统带一组母线运行正常。
（2）倒换环网负荷。三条合闸环网回路，因为允许短时间停电，采取切倒方式就可以将负荷倒走。而直流分电屏保护回路、运动不间断电源回路等环网回路由于不能停电，应采用并倒的方式，将负荷倒至2#直流系统。其注意事项为：由于环网供电，电缆接头带电，拆除电缆接头时一定要小心认真，防止短路和接地。包扎电缆接头要分清正、负极，防止恢复时接错极性造成短路，电缆下放电缆沟时小心谨慎，防止电缆绝缘包扎头脱落。
（3）重要馈线负荷倒换。10kV I段操作、10kV II段操作及测控直流电源设计为单电源供电方式，并且不能停电，因此这些负荷的倒换是本次直流系统改造工作的难点。本文采取了临时搭接环网的方法在保证不停电的前提下将负荷倒走。以倒换测控直流电源为例，首先在2#直流馈线屏上找到一个备用馈线开关做好标签，再接上临时电缆并做好标记，另一端引到1#直流屏测控直流馈线负荷处，将两个电缆头对接。对接时要注意极性、标记，所用备用开关要在断开位置，防止短路和带负荷接火伤害人身。接好后合上标记好的备用开关进行并倒，断开一组测控直流电源馈线负荷开关。将对接的电缆头包好绝缘下放电缆沟。倒换示意图如图3所示。其他分路的倒换方法同测控直流电源倒换。
（4）直流负荷的恢复。待1#直流电源装置安装、调试及蓄电池充放电工作结束后，就可以恢复直流负荷。恢复过程中要认真检查标记、核对极性，接一路送一路，防止电缆接混，埋下安全隐患。
四、结束语
由于直流系统老化及设计不合理等历史原因，直流负荷供电可靠性差是投运较早的变电站普遍存在的问题。本文分析了某220kV变电站直流系统存在的问题，制定了1#直流系统更换改造方案，解决了直流系统存在的主要问题，保证了全站直流负荷的可靠供电。针对改造工程中重要直流负荷不停电问题，进行了细致的分析，给出了详细的解决方法。
采取本文的改造方案，在保证了改造工程中供电可靠性的要求的前提下，安全可靠地更换了直流系统。本文制定的直流改造方案及重要直流负荷不停电解决方案对其他变电站直流系统改造工程有较大的借鉴意义。
参考文献：
[1]郑新才,周鑫.220kV变电站直流系统改造探讨[J].电气应用,2009,(9).
[2]国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施[Z].
[3]白忠敏.电力工程直流系统设计手册[M].北京:中国电力出版社,1999.
[4]方健安,许庆桂.变电站直流系统改造技术探讨[J].闽江学院学报,2010,(2).
（责任编辑：刘丽娜）