程皓

武汉洲际鸿电公司 43035 武汉

    摘  要：以武汉洲际鸿电公司GZDW型智能电力直流电源系统为例，介绍了智能高频开关直流电源系统维护中几个常见故障的排除，对其它型号智能直流电源系统维护工作亦有参考价值。
    关键词：GZDW系统，系统维护，输变电站

1 概述
    近年来，随着电力电网的扩容及城乡电网进一步改造，智能高频开关直流电源系统已逐步取代相控直流操作电源，成为了各级输变电站的主要设备之一。武汉洲际GZDW型智能高频开关直流电源系统是针对电力系统高可靠性和高电气性能的要求而设计，系统集PWM、软开关、微机控制技术于一体，整流模块采用热备份、自动均流技术，可带电更换，智能化电池管理可延长电池使用寿命。系统监控工控机可通过RS232、RS485或MODEM接口实现近端及远程监控，具有完善的四遥功能。馈电单元采用分断能力高、体积小的专用塑壳断路器、具有标识醒目、操作方便等特点。该系统主要用于各类发电厂、变电站、通信、电气化铁路及建筑变配电室二次回路、断路器分合闸及事故照明用电。
2 典型系统组成及工作原理
    GZDW型智能高频开关直流电源系统由高频开关整流模块单元、工控机监控单元、副监控单元、调压模块单元、电池巡检仪、绝缘监察单元、馈电单元、交流输入单元及电池柜几部分组成。由于各地区的实际情况和各用户负载设备差异较大，电力直流电源系统的组成多由用户自身选择。图1是GZDW用于10kV～110kV变电站及一般中小型电厂直流电源系统的组成。
    图1中，三相市电380VAC经交流输入空气开关、交流接触器送至整流模块，经整流输出为230VDC（电池均充时约247VDC）送至合闸母线，电池回路则经由电池接入单元送至合闸馈电单元。同时，合闸母线上较高的直流电压被送至调压模块，经硅链自动降压后输出稳定的220VDC，送至控制馈电单元，以上两部分共同组成直流输出系统。同时，配电单元的模拟量和开关量均被送往副监控单元，由副监控单元处理后，经422总线送工控机监控单元。整流模块、电池巡检仪、绝缘监察装置则直接通过422总线与工控机监控单元进行数字通讯。

3 系统维护
3.1 日常维护管理
    GZDW系统多用于无人值守的输变电站，正常条件下，可长时间稳定工作。通常，只需周期进行一般性的清扫、日常检查等工作。系统核心部分已提供充分冗余。整流模块在发生故障后，可带电更换，以保证供电系统的正常运行。控制馈电回路电流较小，系统稳定工作时仅数安培，核心部分—调压模块设计冗余度较大，其输出电流可短时间超出额定值的2～3倍而不至于立刻烧毁硅链。当自动调压模块控制电路发生故障时，可以通过手动调整，使其输出在合理范围内。以保证在维修前控制母线不至于失电。
    由于GZDW系统蓄电池电压为220VDC，系统各监控单元辅助电源均直流取自蓄电池组两极。日常维护中，即使无交流电源接入，系统也处于带电状况。考虑到220V电源对操作人员及设备安全均有一定的危险性，必须防止麻痹大意所造成的人身或系统事故。日常维护中，应注意以下几点：
    （1）确认是否有螺丝、电气连接松动的情况；各电气连接是否处于正常位置；是否有裸露、错接的接插件。
    （2）在电源接入前须确认各用户馈电连接是否正确，直流馈电回路是否有短路、接地等不正常情况。在以下情况未确认前，须断开电池接入空气开关及监控单元电源熔断路。
    （3）在系统维修后，应按以下步骤启动GZDW直流电源系统：
    a.合上交流进线开关
    b.合上整流模块交流输入开关
    c.合上电池接入开关
    d.合上调压模块开关
    e.开启绝缘监察装置电源开关
    f.开启电池巡检仪电源开关
    g.开启主监控
    h.系统配置及参数设置
3.2 电池维护
    现有的输变电站，用户合闸负载一般有电磁合闸方式和储能合闸方式两种。前者的合闸电流大于100A，此时蓄电池成为合闸电源，整流模块主要是对蓄电池进行日常充电和提供控制回路电源，即常说的充电机。当蓄电池容量不足的时候，可能无法合闸。在储能合闸方式下，合闸电流远小于整流模块额定输出电流，蓄电池主要作为后备电源使用；电池容量的不足不会导至无法合闸，但在交流失电或极少数恶性事故发生的时候，作为{zh1}保障的蓄电池，其容量的不足将会产生严重后果。所以，蓄电池的维护、在线监测一直是用户最为关心的问题。
    GZDW系统配有18～110节蓄电池在线监测装置。在安装了阀控电池和电池巡检仪后，容易误认为蓄电池单元从此无需人为干预管理。而电池巡检仪作为在线监测装置，可实时发现落后或故障电池，并可检测电池组的温度是否处于正常范围内，但其测量精度和可靠程度通常只用于定性分析。在出现电池告警后，维护人员仍需用电压表和温度计对电池电压和温度进行人工测量，而不可单以电池巡检仪所显示的参数作为判断电池优劣的惟一标准。
    通常，GZDW系统工作时输出电流较小，电池容量的不足或漏液、破损很难通过电池巡检仪发现，而电池内阻和电池容量的在线测试，准确度依旧不高。所以，每半年或一年的定期电池充放电测试对发现落后电池，排除隐患是必不可少的。对于交流情况较好，电池放电次数少的用户来说电池仍需定期进行均衡充电，GZDW系统已设置好智能充电程序。但由于电池品牌、型号及电池状况的不同，必要时仍需根据实际情况通过工控机重新调整电池充电参数，以保证电池处于良好工作状态。
4 常见系统故障的原因及排除
4.1 系统监控告警的解除
    GZDW系统主监控单元核心由80486CPU工控机组成，主监控单元作为系统数据存储处理的中心，汇集了系统所需的全部数据和信息。通常造成监控告警的主要原因有：
    （1）系统硬件、软件故障；
    （2）错误的系统设置；
    （3）用户端产生的告警信息。
    日常维护中大部分告警信息都可通过监控器的相应记录进行查询。系统电气故障应更换相应器件，用户端故障则由各制造商作出相应处理。受直流系统的工作环境和操作过程影响，少数情况下外界干扰或监控内部硬件“瞬间故障”可能造成系统误告警或监控死机现象。考虑以上原因，监控器已加入了“Watchdog”功能。通常的死机状况可通过“Watchdog”自动复位，而不必人为干预。对于极少出现无法自动恢复的软件故障可通过系统菜单中所提供的“初始化”功能对监控器进行重新设置，需注意的是初始化后系统参数必须重新输入。所以系统调试开通后，用户应记录下所需的参数设置。如“初始化”无法排除系统故障，则必须考虑更换主监控器。
    监控系统另一类常见故障是通信故障，GZDW系统采用的是RS422串行隔离通信口进行内部通信。RS422采用全双工平行驱动和差分输入方式进行数据传送，系统抑制共模干扰能力强、通讯速率高，各监控单元信号可实时传输。由于系统采用询问方式进行通信，当整流模块或检测装置内部故障时，工控机未能按时收到其反馈信息。监控程序会作出短时间的等待，通信速度会有所降低。如连续3次未能收到协议规定格式的反锅诈，工控机将显示相应单元通信不畅。造成通讯不畅通无阻原因较多，常用解决方法为：
    （1）检查对应设备是否已开机工作，通讯线是否联接好，若否，则开启相应设备，联接好通讯线；
    （2）检查主监控“系统配置”和“设备配置”各参数设置是否与实际情况一致。若否，则参照基本操作修改相应参数设置；
    （3）如果是整流模块通讯不畅，则在上述基础上再检查各整流模块地址号是否有重叠，以及地址号与主监控“设备配置”中模块号设置是否一致。若否，应参照基本操作重新设置地址号及模块号。
4.2 系统绝缘故障的排除
    电力系统的正、负母线绝缘电阻均不能低于规定门限值，当任一母线出现接地故障时必须迅速排除故障，以免出现正、负母线同时接地短路而造成的系统断电或人身伤害事故。
    GZDW系统绝缘监测有母线监察和支路巡查两种方式。母线监测式仅监测母排同保护地间绝缘电阻的变化情况。支路巡查则可同时监测母排和各支路的绝缘状况，并作出相应告警。GZDW发生绝缘告警的主要原有以下三种：
    （1）用户馈电回路绝缘电阻低于设定值；
    （2）直流系统本身绝缘性能不佳；
    （3）绝缘监察仪参数设置有误。
    智能绝缘监察装置属新型的监测装置，其灵敏度、监测的实时性远高于早期采用的人工平衡桥检测法。部分用户由于其馈线受潮、破损或负载设备安装错误诸因素，在未安装绝缘监察装置前忽略了存在的告警。同时，运输、开箱、安装过程中出现的导电异物都是造成系统绝缘告警的重要因素。告警发生的珂根据以下步骤对系统进行检查：
    （1）确认故障源位置，即确认故障点处于用户馈路或系统内部。其方式较简单，只需断开全部用户馈电回路，判断告警是否消失即可。如用户馈路断开后依旧告警，即可初步判断故障点位于系统内部。
    （2）如告警源位于系统内，可以采用逐段排除来确认告警具体位置。具体方法是：依次抽出整流模块、调压模块；断开各功能单元和母线间的熔断器连接；断开电池接入开关。分段、分步测量故障母线同保护地间的电压状况。通常，系统出厂后发生电气故障可能性较小，在找出“故障段”后，其故障点多可通过目测直接发现。在无法确认绝缘监测单元是否工作正常时，可以用万用表的电压档直接测量正负母线同机壳的电压是否平衡来确认绝缘状况的优劣。需注意的是，由于万用表内阻远小于系统正常时母线对机壳的开路电阻，所以在测量之前需在正负母线同时壳地间连接同等阻值，如50kΩ的电阻，方可正确测量。
    另外，在实际工作中，由于直流输出通常不便全部同时断开，用户常采用逐一开、断输出回路来判断告警回路，即断开一回路，立刻判断故障是否消失，若告警依旧，立刻合上此输出馈路，再断开另一回路，重复以上过程来判断告警源。由于用户负载间可能存在环路电阻Rx或Ry,如图2所示，当Rx或Ry小于绝缘电阻告警门限值或多路同时告警的时候，此种检测方式容易得出错误的结果。逐路开断后错误认为告警源位于GZDW系统内部，所以在情况不明时，必需同时断开全部馈电回路来进行判断。

4.3 交流输入和雷击造成的系统故障
    GZDW系统大量工作于山区、高地、雷区、水电站等市电环境恶劣的条件下，系统输入电压范围应在380V±20%内，大型电网市电均在此范围，但在少数不发达或以小水电站作为交流电源的地区市电可能超出此范围。由于系统输入过高、过低都可能损坏系统，故当输入电压极不稳定时整流模块会反复开关机保护。一般情况下，随着用户系统改造的进一步完成，此现象会得到改善。但在日常维护中，此现象易同系统故障混淆，维护人员需作出正确判断。
    考虑到GZDW系统可能用于雷电多发或交流浪涌干扰较强的地区，系统设计安装了防雷模块及滤波装置。实际使用证明，GZDW系统的抗干扰和防雷电破坏能力要远高于无防雷设计的其它设备。在雷电多发地区，直击雷的损坏多通过避雷针等方式防止；对于破坏力较强的感应雷，则可能直接损坏整流模块或其它交流单元，以致造成系统交流部分xx故障，所以根据实际情况，在雷击严重地区，应加装高级别的防雷装置或安装防雷保护器。

通信电源技术

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