直流系統設計、驗收、運行中的幾個問題分析

1 直流系統設計
1．1 系統接線
避免采用了兩臺充電機，一組閥控蓄電池的接線方式。某些變電站的典型設計中的直流系統采用了兩臺充電機，一組閥控蓄電池的接線方式。這種設計不太合理。兩臺充電機，一組蓄電池的設計是沿襲原來采用相控充電機、固定防酸蓄電池時的設計思想。殊不知設備情況已發生了變化。原來的相控充電機可靠性不高，因此一般采用兩臺充電機；而固定防酸蓄電池造價高、壽命長、可靠性高，所以一般采用一組蓄電池。目前采用的高頻開關電源的充電機為N+1備份，且各模塊可脫離監控單元獨立進行工作，充電機的可靠性已大大提高。而閥控蓄電池雖使用安全、日常維護量小但其可靠性和壽命明顯不如固定防酸蓄電池。MCHAELR．M00RE通過對超過7萬5千只閥控蓄電池近1O年的研究表明，閥控蓄電池的實際使用壽命為4～8年，遠低于其1O～20年的設計使用壽命。因此合理的設計應重點加強蓄電池的可靠性。應采用雙套充電機、雙組蓄電池而非雙套充電機、單組蓄電池。為不提高投資，蓄電池的容量可選用原蓄電池容量的一半。這樣本質上為兩套直流系統，兩組蓄電池電、兩臺充電機、兩面饋線屏，正常運行為分裂運行，充電機或蓄電池檢修時并列運行。系統方式靈活，每段母線上的充電機和蓄電池可同時撤出系統，當撤出系統后充電機和放電回路可對本段母線的蓄電池進行核對性充放電。
1．2 蓄電池的選用
變電站的蓄電池常選用閥控蓄電池和固定防酸蓄電池。目前變電站的閥控蓄電池主要采用2V和12V兩種。各有其優缺點。2V蓄電池的優點是電池設計壽命長并且可靠性高，損壞1～2節可將其短接，不會對系統電壓有大的影響，缺點是造價較高、維護量大、占地面積大。12V蓄電池的優點是每組僅18塊(220V系統)，維護、更換都比較方便，造價比相同容量的2V電池低、結構緊湊、占地面積小，缺點是設計壽命少于2V電池，損壞1～2節對系統電壓影響較大，不能短接，一般需更換。權衡利弊后11OkV變電站宜采用2組12V、100AH的蓄電池；330kV及以上變電站宜采用2組2V、大于等于300AH的蓄電池。
固定式防酸蓄電池可靠性和魯棒性優于閥控蓄電池，但占地面積大，需進行加水、測密度、調酸等日常維護工作，且易產生酸霧，對蓄電池室有特定的要求，對環境污染較大。對于特別重要、可靠性要求特別高的變電站建議采用固定式防酸蓄電池。
1．3 放電回路
蓄電池的核對性充放電，對蓄電池的壽命和整個直流系統的安全至關重要，是以后運行過程中的一項長期、經常性的工作。為日后的運行維護方便，應設計蓄電池放電回路、并帶有放電模塊，運行中可將單臺充電機、單組蓄電池撤出運行進行核對性充放電。并要求具有智能放電功能，可根據放電電流、單瓶截止電壓、整組截止電壓、放電時間等參數設置放電方式。
1．4 饋線方式
變電站直流網絡的饋線應采用何種形式更為合理。DL／T 5044―2004《電力工程直流系統設計技術規定》4．6．1條規定“直流網絡宜采用輻射供電方式”。而《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》13．3．1．1規定“新、擴建或改造的變電所(站)直流系統的饋出網絡應采用輻射狀供電方式，不應采用環狀供電方式。在用設備如采用環狀供電方式的，應盡快改造成輻射狀供電方式。”
相比而言設計規范的規定比較合理，反措的規定有些片面。330kV及以上變電站一般設有保護小室，采用輻射狀供電時的電纜敷設距離短(電纜僅需從饋線屏輻射到各保護小室的分電屏，從分電屏輻射到各保護裝置)，且蓄電池的容量大，易滿足饋線網絡的多級級差配合。因此在330kV及以上變電站采用輻射狀供電方式較合理。11OkV變電站有多條1OkV出線，且目前的保護設計多為就地設計，直流如采用輻射供電方式，電纜用量多，造價高。反措中要求輻射供電是為了提高可靠性，在輻射供電方式下如果一條1OkV出線保護的電源開關越級跳閘，不會使上一級保護由于失去電源而不能動作，造成事故擴大。其實只要對主變和母聯間隔的1OkV開關操作、保護電源單獨從直流饋線，其他1OkV出線仍采用傳統的環網供電就可很好地平衡可靠性和造價。
1．5 其它
每個充電機有兩路交流輸入，當運行的交流輸入失去時能自動切換到備用交流輸入供電。交流輸入應設有防雷保護環節。
在動力母線(或蓄電池輸出)與控制母線間設有母線調壓裝置的系統，必須采用防止母線調壓裝置開路造成控制母線失壓的雙通道設計(如采用備用硅鏈等措施)。

2 直流系統的驗收
2．1 驗收的總體原則
直流系統不僅包含直流屏，還包含其饋出線網絡，對其驗收應本著先部分、后整體，先元件后系統的原則進行。例如可先對蓄電池、充電機、絕緣監察(測)、饋線屏等主要部件的性能進行驗收，再對整個直流系統進行整體驗收。
2．2 蓄電池的驗收
應由運行單位對蓄電池進行核對性充放電試驗、進行蓄電池內阻(電導)的測試，檢驗其容量是否滿足要求、記錄其內阻(電導)的原始值，并應與廠家提供的放電曲線、內阻(電導)值相吻合。應測量蓄電池連接條的內阻(電導)，保證蓄電池連接良好。
蓄電池核對性充放電的目的是用放電來定量地檢測蓄電池容量，是檢驗蓄電池質量的重要試驗手段。施工單位一般無專業儀器，往往利用電阻進行放電，難以保持放電電流的穩定，對截止電壓的控制采用人工控制，放電容量不夠準確。在實際工作中，由于人員業務技術素質等原因的影響，往往不能夠做好這項工作，甚至對蓄電池組造成損害，縮短其使用壽命。因此，為加強對蓄電池組核對性充放電的管理，應由運行單位的專業班組進行此項重要試驗，確保試驗的可靠性。
蓄電池的內阻是反映運行中蓄電池健康狀態(SOH)的一項重要的參數。但不同儀器測試的結果偏差較大，且同一蓄電池內阻進行縱向比較才與SOH有較高的相關性。因此，驗收中運行單位應該用自己內阻測試儀記錄蓄電池內阻的原始值并作為參考數值，運行中定期測量蓄電池的內阻并與參考值相比較。
2．3 充電機的驗收
充電機主要進行穩壓、穩流、充電程序轉換的驗收，如果有條件還應進行紋波系數的驗收。對采用高頻開關電源的充電機應驗收其模塊間的均流特性。