换流站低压110V直流系统改造
发布日期：2016-03-04 来源：作者:肖烨辉 刘斯佳 费 斌 上海市电力公司检修公司直流运检中心
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上海南桥换流站于1989年投运，至今已有20多年的运行历史。随着电网安全运行、可靠性要求的不断提高，肩负大容量、远距离输电重任的换流站，在跨区电网中的重要地位越发显著。公司针对南桥站设备老旧等问题，于2013年4月，对低压110V直流系统进行了改造。
一、低压直流系统概况
换流站的低压110V直流系统，主要由蓄电池、充电模块、绝缘巡检仪、充电柜、馈线柜、联络柜、分电柜等直流设备组成，主要为断路器分合闸、继电保护、自动装置、通信设备的运行提供直流电源；当站用电断开时，独立地对继保、自动化、通信装置，断路器分合闸、事故照明等设备提供直流电源。
低压110Ｖ直流系统必须24h不间断地运行，一般不安排停电检修，因此直流系统一旦发生故障，必须在带电状态下进行消缺，其安全风险非常很大。如果电力系统同时发生故障，可能会由于保护装置、断路器因直流电源丢失而不能及时隔离故障，造成事故扩大，进而危及电网的安全。为了防患于未然，确保电力系统的安全、稳定运行，低压110V直流系统的可靠性必须能得到保证。
二、存在的问题
低压直流系统除了将免维护的阀控式密封蓄电池替代早期的铅酸蓄电池以外，其他设备均未改造，主要存在两大问题：一是，原直流接地巡检仪只能检测单段直流母线有无接地，无法对具体的接地支路进行定位，而且接地的极性需要手动进行确认，因此需要进行试拉法才能逐步定位接地支路，这为直流接地的异常消除带来了诸多不便；二是，南桥站投运20多年，经过多次大小修改造以及多次调整直流负载的接线方式，造成南桥站电缆沟内新旧电缆叠加，不利于电缆的安全运行和电缆沟的维护。
三、改造方案
改造期间，大直流系统设备为停运状态，而低压直流系统母线上还有部分交流系统的负载，这些负载处于运行状态，不具备翻接改造的条件。为了不影响在役设备运行，确保完成低压直流系统的改造和割接，将负载分为三类：A类为大直流系统负载，该类设备处于停运状态，具备停电割接的条件；B类为交流站用电系统负载，该类负载可以通过切换站用变的方式来创造割接条件；C类为交流系统负载，该类设备在运行状态，需要确保低压直流的持续供电，不具备割接条件。
1、A类负载
虽然A类负载的支路具备停电割接的条件，但会直接影响到C类负载，因此按照不停电的条件来制定割接方案。
（1）割接准备阶段
根据图纸，敷设各支路负载电缆、电源电缆及信号电缆；根据图纸，在控制楼二楼继电器室的新屏位安装3面直流充电屏、2面直流联络屏、2面直流馈线屏及6面直流馈线分屏，并按调试规程由厂家配合对新充电屏、联络屏、馈线屏进行带电调试及定值设定工作。合上极1、极2联络闸刀2把，拉开极1蓄电池开关，退出极1蓄电池；施放蓄电池电缆至新直流系统，并将极1蓄电池接入新系统一段。
（2）割接施工阶段
确认已按设计要求敷设各支路负载电缆、电源电缆及信号电缆；在新屏安装新充电屏、联络屏和馈线屏；原极1蓄电池组接入新直流系统一段；确保原所有负载恢复供电，并将原极2蓄电池组接入新直流系统二段；确认原极1蓄电池退出原直流系统，并已接入新直流系统一段，合上新直流系统母联开关；将电缆清册上极1、极2直流系统（极1极2已停运）中负载接入新直流系统。从新直流屏极1、极2施放两组电缆到原极1、极2直流屏上两个开关上，原极1、极2直流屏作为馈线屏用；退出极2蓄电池，接入新直流系统二段；确认所有A类负载供电正常，自动化后台信号正常。
2、B类负载
Ｂ类负载是指3台站用变低压侧8台开关的110V直流电源，这8条支路的电源电缆翻接难度大，因电缆沟敷设繁杂，现场危险点多，配合操作复杂，需要特别注意。当前交流380V系统的一次接线图如（图１交流380V系统的一次接线图）所示。
检修人员提供的电缆铺设走势图如（图2电缆铺设走势图所示），图中：虚线为电缆沟位置；实线为电缆铺设走势。
四、改造前后比较
在改造时要特别注意变电站直流系统的不接地系统。当直流系统发生一点接地时，不会立即发生短路现象，一般来说对保护没有影响，即便如此，如果在没有排除该点接地的情况下，再发生一点接地，构成寄生回路，对设备运行会产生无法预计的后果，严重时还会发生继电保护误动、拒动和直流电源短路。因此，直流绝缘的监测和直流接地的处理，是直流电源运行的一项重要工作。
1、改造前
（1）三种供电方式
根据负荷的重要性，可将110V直流系统分为三种供电方式。
第一种供电方式：从交流380V的Ⅰ母线和Ⅲ母线引两路供电，采用二极管隔离。如果二极管后有直流接地，则拉停某一母线的开关，在该母线绝缘检测装置上会显示“接地”，只有将该负荷的两路开关均拉停，接地信号才会消失。
第二种供电方式：由交流380V的Ⅰ母线和Ⅲ母线分别向继保室供电，中间不采用二极管耦合。
第三种供电方式：单一供电，即一个开关供一个负荷。
（2）处理方法
一旦发生直流接地，直流系统监控后台仅显示某一段110V母线直流接地故障的告警信号，常规的处理方法为：① 查明直流回路上是否有人工作。如有人工作，停止其工作，排除因其工作产生的直流接地的可能；② 通过直流监控后台报警，初步判断故障点在哪一条母线上；③ 拉开另一条母线上第一种供电方式的所有用户开关；④ 先试拉次要负荷，后拉重要负荷；⑤ 先拉后备保护，后拉主保护；⑥ 先室外，后室内；⑦ 先支路，后总电源；⑧ 拉完负荷后，再试拉母线，最后检查绝缘检测装置。
在处理时试拉应逐一进行，断开一路后，判明“接地”没消失，则应立即合上该开关，再进行下一路的试拉，不允许同时断几路开关。上述处理方法，工作量大并且存在一定的风险。
2、改造后
改造后的110V直流系统，采用具有直流接地故障定位的绝缘检测仪，对整个系统的正负极对地电阻、母线电压进行检测，主要是通过接地电阻形成电流回路来判断接地故障。这种带支路检测的绝缘检测仪，不需要拉直流负载，发生直流接地时，很快检测到母线绝缘下降，自动启动支路巡检功能，找出接地支路，迅速报警并且确定哪一条直流接地。因此，一旦直流监控后台发出110V直流系统接地告警，操作步骤为：① 根据告警信号判断故障母线；② 找到控制楼二楼对应母线的直流充电柜；③ 根据直流充电柜上的直流绝缘检测仪所显示的支路编号，查表得出相应的回路；④ 断开对应支路的空气断路器，若故障消除，则是外接回路有接地，然后查外接回路接地点并排除故障。
改造后的接线方式与常规换流站的典型设计方式有所不同。常规换流站的低压直流系统遵循的是每一极对应一套低压直流系统。每一套系统均包含3台充电装置和两组直流蓄电池，直流母线为单母线分段。两组直流蓄电池及其中的2台充电装置各接一段母线，另1台充电装置跨接在两段母线上，作为两段母线的备用。两段母线均采用带有自切功能的双电源供电，每极的直流负荷分别接在二段母线上。这种接线方式避免了因一极的停运而引起另一极的停运，保证了直流系统的可靠性和灵活性，但也相应增加了对设备的投资费用。
五、结语
直流系统应充分考虑设备检修时的冗余，采用2组蓄电池、3台充电机的方案。满足蓄电池和充电机应分别接于Ⅰ段直流母线上，第3台充电机（即为备用装置）可在两段母线之间切换，任一工作充电装置退出运行时，投入第3台充电装置。
直流母线应采用分段运行方式，每段母线分别由独立的蓄电池组供电，并在两段直流母线之间设置联络开关，正常运行时该开关处于断开位置。
南桥换流站低压110V 直流系统改造后，优化了电缆敷设工艺，梳理了电缆沟的电缆排列。通过排除隐患，消除了之前一直存在的缺陷和隐患，为换流站的稳定、可靠运行提供了保障。
