崔　濤，劉孝剛，姜珊珊，許建剛，高　翔(.江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京0；.江蘇省電力公司，江蘇南京004；.杭州高特電子設(shè)備有限公司，浙江杭州00)

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變電站直流電源系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)裝置的研制與應(yīng)用

崔濤1，劉孝剛1，姜珊珊1，許建剛2，高翔3
(1.江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京211102；2.江蘇省電力公司，江蘇南京210024；3.杭州高特電子設(shè)備有限公司，浙江杭州310012)

摘要：變電站在運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些斷路器的偷跳、保護(hù)裝置不明原因的誤動(dòng)或拒動(dòng)，在許多事故案例的處理過程中發(fā)現(xiàn)其事故原因往往與直流電源系統(tǒng)有關(guān)，但對(duì)事發(fā)時(shí)直流電源系統(tǒng)的運(yùn)行狀況無(wú)法拿出實(shí)時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，且給事故分析增添了許多不確定性。文中對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)的故障及異常情況進(jìn)行了全面的分析研究，提出了一種對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)發(fā)生異常狀況時(shí)快速啟動(dòng)錄波的思路，為變電站和發(fā)電廠直流電源系統(tǒng)故障分析提供了有力的支撐。

關(guān)鍵詞：直流電源系統(tǒng)；故障信息采集；背景數(shù)據(jù)；突變量；自適應(yīng)

變電站直流電源系統(tǒng)是保障變電站設(shè)備正常運(yùn)行的血脈，它的健康狀況將直接影響到變電站的安全運(yùn)行。但變電站的直流電源系統(tǒng)實(shí)際上并不是理想的系統(tǒng)，常常會(huì)因直流電源設(shè)備的質(zhì)量問題（如開關(guān)電源故障、蓄電池內(nèi)阻增大）、外部干擾（如交流竄入、過電壓耦合）、內(nèi)部擾動(dòng)（如絕緣監(jiān)察裝置動(dòng)作、穩(wěn)壓裝置動(dòng)作、短路或接地）等原因都給直流電源系統(tǒng)電源質(zhì)量構(gòu)成污染，常常引起電氣設(shè)備的誤動(dòng)或拒動(dòng)，對(duì)變電站的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。而當(dāng)變電站發(fā)生事故或異常情況時(shí)是否與直流電源系統(tǒng)有關(guān)，現(xiàn)有直流電源系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)裝置無(wú)法提供對(duì)直流電源系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，只能依賴事后的推斷，缺少事發(fā)時(shí)故障信息的數(shù)據(jù)支撐。

為能提供變電站發(fā)生事故或異常情況時(shí)是否與直流電源系統(tǒng)有因果關(guān)系的證據(jù)，需要有一種變電站直流系統(tǒng)故障信息采集裝置及分析系統(tǒng)，能對(duì)直流系統(tǒng)的異常信息快速進(jìn)行記錄和分析，為變電站發(fā)生事故或異常的分析提供準(zhǔn)確可靠的判斷依據(jù)，填補(bǔ)直流電源系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的空白。本文根據(jù)現(xiàn)有變電站直流電源系統(tǒng)的組成情況，對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)的各類異常及擾動(dòng)因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)故障故障信息采集裝置及分析系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能及性能進(jìn)行了初步探索，以期為發(fā)現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的設(shè)備異常提供數(shù)據(jù)支撐，為提高變電站直流電源系統(tǒng)運(yùn)行管理水平起到積極的作用。

1　直流電源系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境剖析

1.1設(shè)備或器件的影響

（1）絕緣監(jiān)察裝置的影響。在現(xiàn)有直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置中，為避免在對(duì)地進(jìn)行接地電壓的檢測(cè)過程中平衡電橋?qū)y(cè)量精度的影響，往往采用單臂電橋進(jìn)行測(cè)量，這就需在測(cè)量過程中對(duì)電橋正負(fù)對(duì)地回路進(jìn)行分別切換[2，3]。而現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)在電橋的切換過程中會(huì)造成直流系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，這種頻繁地波動(dòng)實(shí)際上相當(dāng)于給直流系統(tǒng)疊加了一個(gè)干擾源。在實(shí)際運(yùn)行過程中，有些變電站在兩段直流母線上分別配有直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察，當(dāng)兩段母線分列運(yùn)行時(shí)，兩段母線上的絕緣監(jiān)察裝置平衡橋的中性點(diǎn)分別接地運(yùn)行，當(dāng)因故兩段直流母線需并列時(shí)，應(yīng)使某一段母線的絕緣監(jiān)察裝置的平衡橋的中性點(diǎn)接地點(diǎn)斷開，如果操作人員在直流母線并列操作過程中未能正確操作將其斷開，則會(huì)人為形成直流系統(tǒng)的兩點(diǎn)接地，當(dāng)并列前兩段直流母線正負(fù)對(duì)地絕緣電阻不對(duì)稱時(shí)，極易造成設(shè)備地誤動(dòng)。

（2）穩(wěn)壓裝置動(dòng)作的影響。從充電母線至控制母線配置有穩(wěn)壓裝置的，其穩(wěn)壓裝置一般有硅鏈或直流斬波器，當(dāng)充電電源失電后，直流控制母線的穩(wěn)壓裝置將會(huì)動(dòng)作，造成直流控制母線電壓地波動(dòng)，影響直流電源的品質(zhì)。如穩(wěn)壓裝置出現(xiàn)故障，則對(duì)直流電源系統(tǒng)構(gòu)成致命性威脅，所以，有些變電站的設(shè)計(jì)中，從安全的角度則取消了穩(wěn)壓裝置。當(dāng)然從控制母線的穩(wěn)壓控制方面則失去了調(diào)節(jié)手段。

（3）蓄電池內(nèi)阻的影響。蓄電池長(zhǎng)期運(yùn)行后由于電池質(zhì)量或壽命原因，使得電池內(nèi)阻變大，當(dāng)直流電源充電裝置失電后，如蓄電池的內(nèi)阻過大會(huì)引起直流母線電壓的大幅度跌落，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成繼電保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)。例如，某變電站在站用電失電后，由于蓄電池內(nèi)阻偏大，直流母線電源跌落嚴(yán)重，使得110 kV母線電壓切換裝置直流繼電器返回，造成站內(nèi)所有110 kV線路保護(hù)中距離保護(hù)的交流回路失壓，此時(shí)恰巧一110 kV線路發(fā)生區(qū)外故障，造成該線路保護(hù)距離三段保護(hù)誤動(dòng)，使得對(duì)側(cè)變電站全站失電。

（4）開關(guān)電源模塊的影響。變電站高頻開關(guān)電源由于原理上的原因，其輸出的直流電流中總是避免不了含有一定的諧波分量，根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，其諧波含量不得超過3%。但如果高頻電源模塊的質(zhì)量較差，則在其輸出的電流中將會(huì)含有較高的諧波分量?，F(xiàn)在的保護(hù)及自動(dòng)化裝置本身均帶有逆變電源模塊，其過高的諧波含量雖對(duì)這些裝置不能構(gòu)成直接威脅，但會(huì)對(duì)蓄電池的充電帶來(lái)較大影響，會(huì)加速蓄電池的劣化，縮短蓄電池的壽命。

1.2二次回路的影響

（1）直流電源系統(tǒng)濾波電容的影響。直流電源系統(tǒng)為了濾去諧波一般會(huì)配置濾波電容，有些直流系統(tǒng)電容數(shù)值高達(dá)100 μF。如此大容量的電容儲(chǔ)備了大量的電能量，其電容積聚的能量如加載在設(shè)備動(dòng)作線圈上足以使繼電器動(dòng)作。

（2）直流回路分布電容的影響。變電站的控制電纜數(shù)量眾多，電纜越長(zhǎng)其分布電容越大，由于各分布電容的并聯(lián)作用，再疊加直流系統(tǒng)的濾波電容，使得直流系統(tǒng)存在較大的對(duì)地電容，當(dāng)設(shè)備出口動(dòng)作線圈的正極端發(fā)生接地時(shí)，由于直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置的平衡橋有一個(gè)中性點(diǎn)接地存在，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)地電容會(huì)通過這個(gè)中性點(diǎn)對(duì)動(dòng)作線圈放電，極易造成設(shè)備誤動(dòng)作。

1.3交流竄入的影響

交直流串?dāng)_實(shí)質(zhì)上也是直流接地，要嚴(yán)防交流竄入直流故障出現(xiàn)。因直流系統(tǒng)是通過絕緣監(jiān)測(cè)裝置的平衡橋接地的，正常運(yùn)行時(shí)正負(fù)極對(duì)地絕緣電阻是對(duì)稱的。而交流系統(tǒng)的零線是接地的，一旦交直流發(fā)生串?dāng)_，就會(huì)形成直流回路一點(diǎn)接地。因此繼電保護(hù)操作回路中不允許交直流有公共接地點(diǎn)，以免引起交直流串?dāng)_。對(duì)于直流操作回路，由于電纜的分布電容比較大，一旦發(fā)生直流回路接地或發(fā)生交直流串?dāng)_，就會(huì)使分布電容放電，在直流操作回路中極易造成設(shè)備地誤動(dòng)。交流竄入的形式有多種，各種形式的竄入對(duì)直流回路的影響程度各有不同，但其危害結(jié)果卻類同，極易造成設(shè)備地誤動(dòng)。

（1）交流耦合竄入。由于設(shè)計(jì)施工的不合理，交流電源電纜與直流電纜合用，或交流電纜與直流電纜長(zhǎng)距離并行敷設(shè)，造成交流的耦合竄入，耦合的交流分量疊加在直流電源上對(duì)直流電源的質(zhì)量帶來(lái)較大影響。高壓隔離開關(guān)的分合操作過程中，由觸頭間電弧引起的電磁感應(yīng)在直流電纜上會(huì)產(chǎn)生較高的耦合電壓，如二次電纜的屏蔽接地如做的不好，耦合的高電壓極易造成直流回路絕緣損壞或二次回路器件的損壞。再者，當(dāng)雷擊落在變電站地網(wǎng)上，地電流耦合到直流電纜上，如直流二次回路的屏蔽及接地設(shè)計(jì)施工的不合理，也會(huì)造成直流回路絕緣損壞或二次回路器件的損壞。

（2）金屬性交流竄入。金屬性交流竄入主要是指因?yàn)槿藛T誤碰或誤接線，致使將交流電源回路搭接到直流回路引起的交流竄入，因此而造成的事故案例也比較多。

（3）空氣擊穿交流竄入。主要是指因設(shè)備原因造成交流電源回路與直流電源回路絕緣擊穿，如輔助開關(guān)、接觸器的觸點(diǎn)飛弧造成交流竄入直流回路。例如2011年4月1日17：30，江蘇鹽城大豐風(fēng)電場(chǎng)側(cè)華電220 kV 2W33線路A相、B相開關(guān)在無(wú)保護(hù)動(dòng)作情況下跳閘，之后200 ms南自PSL603保護(hù)后備三相跳閘動(dòng)作，跳開C相開關(guān)，對(duì)側(cè)華豐變電站2W33開關(guān)未跳閘。事后經(jīng)調(diào)閱風(fēng)電場(chǎng)故障錄波分析及現(xiàn)場(chǎng)檢查后發(fā)現(xiàn)2W33開關(guān)誤跳閘的原因，在2W33開關(guān)跳閘前（17:17:20:062）35 kVⅡ母出線B相發(fā)生單相接地，引起35 kV消弧線圈動(dòng)作，因該消弧線圈接觸器的動(dòng)作線圈采用的是直流電源，消弧線圈接觸器動(dòng)作過程中觸點(diǎn)飛弧，使得交流竄入直流回路，如圖1所示。竄入的交流使得2W33開關(guān)操作回路絕緣擊穿，致使2W33 A相、B相開關(guān)直接動(dòng)作，如圖2所示。

圖1　消弧線圈ZC接觸器圖

圖2　操作箱總線背板圖

還有因?yàn)槎俗优诺慕泳€排列不合理，交直流的接線端子間隔離不符要求，加之端子箱的密封不嚴(yán)，積塵嚴(yán)重，除濕措施不力，因污穢形成端子間爬電而造成交流竄入直流回路。極易造成直流回路絕緣損壞或二次回路器件的損壞，甚至造成設(shè)備地誤動(dòng)。

（4）設(shè)備故障引起的交流竄入。變電站的設(shè)備中，有許多設(shè)備均接入了交流和直流電源，這些設(shè)備發(fā)生故障極易造成交流竄入直流。如事故照明切換裝置、UPS電源裝置，由于這些設(shè)備中交直流的接線靠的較近，一旦裝置發(fā)生故障，交流電源極易竄入直流回路，引發(fā)直流回路故障。

2　直流電源系統(tǒng)故障特征檢測(cè)

通過上述分析，雖然知道變電站直流系統(tǒng)隨時(shí)可能遭受來(lái)自環(huán)境干擾、設(shè)備異常、人員誤操作等各方面地威脅，但在發(fā)生事故時(shí)，特別在發(fā)生不明原因的事故跳閘時(shí)，到底直流系統(tǒng)發(fā)生了什么情況，是直流設(shè)備發(fā)生了故障，還是直流回路的絕緣出現(xiàn)了問題，目前還沒有一個(gè)有效手段來(lái)偵測(cè)，只能依賴事故后的排查分析，既耗費(fèi)了大量的排查分析時(shí)間，還給事故原因分析留有許多不確定性。為了保證在任何情況下對(duì)直流電源系統(tǒng)發(fā)生的任何異常情況都能捕捉到，對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)故障信息地采集有著某些特殊的要求，現(xiàn)就這些特殊要求進(jìn)行一些探討和探索。

2.1直流電源系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)的需求

變電站發(fā)生不明原因的事故跳閘或異常時(shí)，直流電源系統(tǒng)到底有無(wú)異常情況，或異常情況發(fā)生的程度如何，希望能有一個(gè)類似于黑匣子的設(shè)備，能在任何情況下對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)所發(fā)生的故障及異常信息都能全程高精度地采集到，為事故分析提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，以提高事故分析的快捷性和準(zhǔn)確性。要實(shí)現(xiàn)這些目的，應(yīng)達(dá)到以下基本的功能及性能需求：

（1）應(yīng)具有高密度采集信息能力，因直流電源系統(tǒng)在遭受的干擾中，有穩(wěn)態(tài)的也有暫態(tài)的，有些暫態(tài)的干擾在現(xiàn)場(chǎng)很難發(fā)現(xiàn)痕跡，如瞬間絕緣擊穿、交流瞬間竄入等，給事故分析帶來(lái)不確定性，如能快速地捕捉到所有暫態(tài)信息，對(duì)事故分析將帶來(lái)重大幫助。

（2）應(yīng)具有故障錄波功能，當(dāng)直流電源系統(tǒng)發(fā)生任何異常情況時(shí)，將這些異常狀態(tài)下的信息記錄下來(lái)，且要保證在任何情況下（包括在直流系統(tǒng)崩潰的情況下）都能快速地將故障信息記錄，并能將采集的信息可靠存儲(chǔ)。正常情況下可將數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)及時(shí)分析，如網(wǎng)絡(luò)中斷，也可從采集裝置的存儲(chǔ)卡中取出數(shù)據(jù)，保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全性，并具有事故追憶功能。

（3）為了能快速、準(zhǔn)確地對(duì)直流電源系統(tǒng)異常信息作出分析判斷，還需建立一套信息查看及分析系統(tǒng)，為專業(yè)人員在事故分析時(shí)提供專業(yè)的分析工具。同時(shí)，當(dāng)接入的變電站越來(lái)越多后，提供大數(shù)據(jù)的分析功能，這也將對(duì)直流電源系統(tǒng)的管理和發(fā)展提供重要的信息支持。

2.2數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的選擇

為了能對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)狀況有一個(gè)整體的監(jiān)測(cè)，選擇檢測(cè)點(diǎn)也很重要。監(jiān)測(cè)對(duì)象應(yīng)包括直流電源設(shè)備、直流系統(tǒng)的絕緣、直流系統(tǒng)的外來(lái)干擾。為了保證監(jiān)測(cè)目的的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該對(duì)充電模塊的交流輸入電源、直流充電母線、直流控制母線設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流充電模塊、蓄電池、穩(wěn)壓裝置、直流回路絕緣狀況的監(jiān)測(cè)，保證故障分析的數(shù)據(jù)需求。

（1）為了監(jiān)測(cè)直流充電模塊的交流電源輸入情況，需在充電模塊的交流小母線上設(shè)置電壓采集點(diǎn)，為直流電源系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)是否與交流電源有因果關(guān)系提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)。因高頻整流模塊出現(xiàn)異常時(shí)可能引起三相交流輸入電流異常，同時(shí)可能在直流回路出現(xiàn)較大的諧波分量，所以要在交流輸入回路設(shè)置電流采集點(diǎn)也具有一定的必要性。

（2）直流高頻電源模塊是直流電源系統(tǒng)的核心部位，將輸入交流電源整流成直流電源并輸出到充電母線。對(duì)充電模塊的直流輸出狀況地監(jiān)測(cè)應(yīng)該是對(duì)直流電源系統(tǒng)的第一個(gè)重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過設(shè)置充電母線電壓采集點(diǎn)，就能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到直流充電模塊的工作是否正常。另外，有些老變電站采用電磁合閘機(jī)構(gòu)，充電母線同時(shí)也是合閘母線，斷路器合閘動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大地合閘電流，對(duì)直流電源系統(tǒng)產(chǎn)生較大的負(fù)荷沖擊，在合閘母線上設(shè)置電流采集點(diǎn)也可監(jiān)測(cè)到斷路器動(dòng)作情況。

（3）直流控制母線的運(yùn)行狀況將直接影響到設(shè)備能否正常運(yùn)行，所以直流控制母線是直流系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)，直流電源系統(tǒng)的絕緣狀況、直流控制母線的電壓狀況、交流竄入狀況將通過該監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)信息的采集。同時(shí)，通過該監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)充電母線至控制母線間的穩(wěn)壓裝置（硅鏈或直流暫波器）的工作情況、蓄電池的供電情況也都得到了監(jiān)測(cè)，如穩(wěn)壓裝置或蓄電池出現(xiàn)異常將會(huì)及時(shí)得到報(bào)警。

（4）蓄電池組經(jīng)蓄電池總?cè)劢z及蓄電池總開關(guān)并接在合閘母線上。正常運(yùn)行時(shí)，充電模塊的直流輸出除提供直流系統(tǒng)的負(fù)荷外，同時(shí)經(jīng)過充電母線對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充電。當(dāng)充電模塊失電或故障時(shí)，蓄電池將通過充電母線供電，并經(jīng)過穩(wěn)壓裝置向直流控制母線供電，保持直流電源系統(tǒng)持續(xù)供電。通過對(duì)蓄電池組電流回路地監(jiān)測(cè)，將能判斷蓄電池組的充放電狀態(tài)，如蓄電池回路出現(xiàn)異常的充放電現(xiàn)象將會(huì)被準(zhǔn)確記錄。

以220 kV變電站一段母線為例，直流電源系統(tǒng)故障信息采集點(diǎn)設(shè)置如圖3所示。

2.3故障錄波啟動(dòng)的判據(jù)

一旦直流電源系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)要能及時(shí)完整地將異常信息記錄，這就要對(duì)何時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)錄波的判據(jù)選擇進(jìn)行仔細(xì)的分析研究，要充分考慮直流電源系統(tǒng)的各類故障及異常情況下均能可靠啟動(dòng)錄波。啟動(dòng)判據(jù)至少應(yīng)考慮以下幾種情況。

圖3　變電站直流電源系統(tǒng)故障信息采集點(diǎn)

（1）直流接地啟動(dòng)。直流電源系統(tǒng)發(fā)生接地是較為常見的現(xiàn)象，一點(diǎn)接地可能造成保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，兩點(diǎn)接地還可能造成直流保險(xiǎn)絲熔斷，控制回路失去電源。通過檢測(cè)正負(fù)母線對(duì)地之間的電壓，可以直接反映直流母線的對(duì)地絕緣狀況，如正負(fù)母線對(duì)地之間的電壓偏離超過了一定的值將啟動(dòng)檢測(cè)裝置錄波。

（2）交流竄入啟動(dòng)。交流竄入直流電源系統(tǒng)實(shí)際上造成直流電源系統(tǒng)接地，極易引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，危害嚴(yán)重。交流竄入直流電源系統(tǒng)有時(shí)往往是暫態(tài)的，絕緣監(jiān)察裝置無(wú)法監(jiān)測(cè)到，給查找故障帶來(lái)很大困難。為能捕捉到這些暫態(tài)或靜態(tài)的異常信息，通過濾取控制母線上的工頻分量作為啟動(dòng)錄波的判斷。

（3）直流大負(fù)載動(dòng)作啟動(dòng)。直流電源系統(tǒng)大負(fù)載動(dòng)作時(shí)對(duì)直流電源系統(tǒng)的供電能力是嚴(yán)峻地考驗(yàn)，特別對(duì)一些老變電站，斷路器的合閘采用電磁合閘機(jī)構(gòu)的，對(duì)直流電源容量的要求則更高。當(dāng)直流電源系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，需要看是否有大電流輸出，為判別是大負(fù)載動(dòng)作還是直流回路短路提供分析數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有大電流輸出時(shí)應(yīng)啟動(dòng)錄波。該狀況下錄波同時(shí)也能夠監(jiān)測(cè)到高頻電源模塊的性能和蓄電池組容量的狀況。

（4）控制母線電壓異常啟動(dòng)。在變電站的直流回路設(shè)計(jì)中，有許多變電站的直流控制母線是由充電母線通過硅鏈或直流斬波器穩(wěn)壓后供電的。當(dāng)穩(wěn)壓裝置出現(xiàn)異?；蚬收希瑢?huì)對(duì)直流控制母線的供電回路帶來(lái)致命地威脅。因此，當(dāng)判斷出充電母線與控制母線的電壓差值及電壓跟隨特性變化異常時(shí)應(yīng)啟動(dòng)錄波，及時(shí)發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓裝置對(duì)直流控制母線供電潛在的危險(xiǎn)。

（5）80%電壓時(shí)啟動(dòng)。在繼電保護(hù)的技術(shù)要求中，要求直流控制母線電壓在80%的額定電壓時(shí)能可靠動(dòng)作。但從直流電源管理的角度，應(yīng)對(duì)此狀態(tài)視為故障態(tài)，此種狀況可能持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，不可能全程進(jìn)行錄波，但可以動(dòng)態(tài)調(diào)整錄波的時(shí)間間隔，以便隨時(shí)跟蹤直流電源系統(tǒng)的劣化過程。

（6）交流電源異常啟動(dòng)。當(dāng)充電電源模塊的交流電源失電時(shí)，或當(dāng)輸入高頻電源模塊的交流電壓過大或過小都會(huì)引起模塊地自動(dòng)保護(hù)而停止直流輸出，或當(dāng)輸入交流電源缺相時(shí)使部分高頻電源模塊停止直流輸出，此時(shí)直流電源系統(tǒng)完全靠蓄電池供電，直流電源系統(tǒng)將發(fā)生較大的波動(dòng)，應(yīng)啟動(dòng)一段錄波看其波動(dòng)情況如何。反過來(lái)，當(dāng)直流電源系統(tǒng)發(fā)生異常也可判斷與交流電源系統(tǒng)是否有關(guān)。交流的判別需監(jiān)測(cè)三相交流輸入電壓的幅值、負(fù)序、零序，以保證正確地進(jìn)行啟動(dòng)錄波。

（7）其他監(jiān)測(cè)設(shè)備告警啟動(dòng)。直流電源系統(tǒng)中配置有許多微機(jī)監(jiān)控設(shè)備，如高頻電源模塊、絕緣監(jiān)測(cè)裝置、交流竄入直流報(bào)警裝置、蓄電池巡檢裝置等。這些設(shè)備主要負(fù)責(zé)監(jiān)控交流及蓄電池狀態(tài)等眾多的物理量，能及時(shí)地對(duì)直流電源系統(tǒng)異常情況進(jìn)行檢測(cè)和告警。一旦這些裝置發(fā)出告警時(shí)，也可直接啟動(dòng)檢測(cè)裝置錄波。其啟動(dòng)判據(jù)可從這些設(shè)備提供的干接點(diǎn)或通訊口獲取。

（8）48 V通信電源故障啟動(dòng)?，F(xiàn)在變電站和發(fā)電廠中大量使用較先進(jìn)的光傳輸、PCM設(shè)備，這些通信設(shè)備主供電源為48 V，這些通信設(shè)備時(shí)整個(gè)廠站的信息交互命脈，對(duì)48 V電源的電壓進(jìn)行監(jiān)視將顯得尤為重要。因此，當(dāng)48 V電源發(fā)生異常時(shí)也需要進(jìn)行相應(yīng)錄波。

3　故障信息采集裝置應(yīng)考慮的幾個(gè)問題

3.1自備電源

由于直流電源系統(tǒng)故障信息采集裝置與保護(hù)的故障錄波器的監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同，要求故障信息采集裝置在直流電源系統(tǒng)任何狀況下均能可靠啟動(dòng)錄波，包括在直流電源系統(tǒng)發(fā)生崩潰的情況下也能可靠啟動(dòng)錄波。為了保證即使在站用電全部消失、蓄電池容量放盡的情況下裝置仍能可靠工作，這就需求配置自備的工作電源，以及備用電池的自動(dòng)維護(hù)功能。

3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

正常情況下，裝置采集的信息可通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上傳至上一級(jí)服務(wù)器，但也需考慮在網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，其采集的信息數(shù)據(jù)能可靠地就地存儲(chǔ)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通訊恢復(fù)后可重新上傳，或從采集裝置上直接導(dǎo)出數(shù)據(jù)，以便能對(duì)采集數(shù)據(jù)及時(shí)得到分析。

3.3自適應(yīng)啟動(dòng)方法

由于各變電站的設(shè)備配置狀況不同，直流電源系統(tǒng)的容量配置、系統(tǒng)電壓、對(duì)地電容、負(fù)荷容量、系統(tǒng)絕緣狀況等都不可能相同，故障信息采集裝置的啟動(dòng)值設(shè)置將是一件非常困難的事情，如設(shè)置不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重影響錄波地準(zhǔn)確啟動(dòng)。為使錄波啟動(dòng)的設(shè)置簡(jiǎn)單化，應(yīng)使故障信息采集裝置啟動(dòng)門檻的設(shè)置具有自適應(yīng)的能力。裝置應(yīng)通過一定時(shí)段內(nèi)多次信息采集的積累，將積累的信息進(jìn)行分析計(jì)算，以此作為直流系統(tǒng)正常狀態(tài)下的背景數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行啟動(dòng)浮動(dòng)門檻的設(shè)置，對(duì)錄波啟動(dòng)值作出微調(diào)。

4　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

裝置樣機(jī)在變電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)，分別進(jìn)行了直流電源充電裝置輸入交流電源失電、直流電源系統(tǒng)交流竄入、直流電源系統(tǒng)接地、直流電源系統(tǒng)大負(fù)荷沖擊等測(cè)試，均能及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行錄波啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行試驗(yàn)故障波形記錄情況如圖4所示。

圖4　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)故障錄波

5　結(jié)束語(yǔ)

基于本文對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)的分析，提出了研制變電站直流電源系統(tǒng)故障信息采集裝置的思路。能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全工況的信息采集和記錄，且是該系統(tǒng)有別于其他直流電源系統(tǒng)監(jiān)控產(chǎn)品的創(chuàng)新，從而填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)的故障信息采集的空白。

該裝置的成功研發(fā)，將會(huì)對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)故障分析提供數(shù)據(jù)支持，對(duì)系統(tǒng)存在的故障隱患進(jìn)行預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)中設(shè)備及直流回路上的隱患，大大提高變電站直流電源系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理水平。目前該裝置已在試運(yùn)行測(cè)試階段，通過變電站直流系統(tǒng)故障信息監(jiān)控平臺(tái)的建立，直流設(shè)備維護(hù)人員可以在辦公室桌面即可對(duì)變電站直流設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控和分析，特別在變電站直流設(shè)備發(fā)生運(yùn)行異常時(shí)，運(yùn)行維護(hù)人員能及時(shí)收到報(bào)警信號(hào)，及時(shí)作出處理，同時(shí)通過回放記錄的故障波形信息，對(duì)故障查找和分析提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文洪.變電站直流電源系統(tǒng)典型故障分析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014：10-16.

[2]楊波，張寶生.直流系統(tǒng)在線絕緣檢測(cè)裝置的研制[J].繼電器，2006，34（17）：42-46.

[3]趙建偉.變電站直流系統(tǒng)絕緣測(cè)量方法[J].電工技術(shù)，2004 （8）：12-13.

崔濤（1956），男，江蘇南通人，工程師，從事電力系統(tǒng)變電運(yùn)行維護(hù)管理工作；

許建剛（1980），男，江蘇無(wú)錫人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)變電運(yùn)行維護(hù)管理工作；

劉孝剛（1971），男，湖南郴州人，高級(jí)工程師，從事繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)及研究工作；

姜珊珊（1981），女，江蘇南通人，工程師，從事繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)及研究工作；

高翔（1975），男，浙江紹興人，工程師，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制與智能控制方面的研究工作。

The Development and Application of Fault Detection for DC Power System

CUI Tao1, LIU Xiaogang1, JIANG Shanshan1, XU Jiangang2, GAO Xiang3
(1. State Grid Jiangsu Electric Power Maintenance Branch Company, Nanjing 211102, China; 2. Jiangsu Electric Power Company, Nanjing 210014, China; 3. Hangzhou Gaote Electronic Device Company, Hangzhou 310012, China)

Abstract：In substation, switchgear accidents and unwanted refuse operations of the protection devices for unknown reasons often occur. It can be found that the accident causes are often associated with DC power source. However, the real-time detection data of DC power source operation can't be provided. This brings a lot of uncertainties to accident analysis. In this paper, a comprehensive study on the fault and abnormal condition of the DC power supply system in substation is carried out, and a new method for rapidly starting wave-recording when failure occurs in substation DC power system is proposed, which provides a powerful support to fault analysis of DC power source system in substations and power stations

Key words：DC power system; fault information collection; background data; fault component; self-adaption

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期：2015-11-02；修回日期：2015-12-20

中圖分類號(hào)：TM63;TM855

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1009-0665（2016）02-0026-05