直流系統(tǒng)為變電站的繼電保護(hù)、控制系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、自動(dòng)裝置、UPS和事故照明等提供電源。隨著直流系統(tǒng)中荷貝克閥控鉛酸蓄電池、智能型高頻開(kāi)關(guān)充電裝置等附屬設(shè)備的技術(shù)性能日益優(yōu)越，安全可靠性進(jìn)步，促進(jìn)了直流系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備的迅速發(fā)展。我分公司范圍內(nèi)的直流系統(tǒng)主要應(yīng)用于變電所直流電源及UPS電源，此兩種電源工作狀況對(duì)于公司內(nèi)的電氣安全生產(chǎn)運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，如何通過(guò)有效措施及維護(hù)手段保證特種電源的穩(wěn)定是我們面臨的一個(gè)關(guān)鍵題目。
電力系統(tǒng)中的直流電源部分由荷貝克蓄電池組、充電設(shè)備、直流屏等設(shè)備組成。它的作用是：正常時(shí)為變電站內(nèi)的斷路器提供合閘直流電源；當(dāng)廠、站用電中斷的情況下為繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、斷路器跳閘與合閘、發(fā)電廠直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的廠用機(jī)械提供工作直流電源。它的正常與否直接影響電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。UPS不中斷電源是一種含有儲(chǔ)能裝置、以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的電源設(shè)備，是通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等不得斷電的系統(tǒng)不可缺少的外圍設(shè)備之一，它的作用是在外界中斷供電的情況下，UPS電源會(huì)自動(dòng)切換，確保計(jì)算機(jī)、關(guān)鍵閥門、控制系統(tǒng)等設(shè)備正常工作不中斷，以免重要數(shù)據(jù)的丟失及硬件的損壞，同時(shí)保證關(guān)鍵閥門及控制系統(tǒng)安全可靠工作。由此可以看出，這兩種電源的直流部分是系統(tǒng)安全運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大家也越來(lái)越關(guān)注其工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，并且探討采取了一些積極有效的措施手段，力求電源的可靠運(yùn)行�，F(xiàn)就使用維護(hù)方面的幾點(diǎn)感悟做一簡(jiǎn)析。
一、直流系統(tǒng)的配置
1．變電站的直流電源
變電站的直流系統(tǒng)應(yīng)采用單母線或單母線分段接線。單母線接線簡(jiǎn)單、清楚，但可靠性與靈活性差；單母線分段接線可靠性較高，任一段母線出現(xiàn)故障或需要檢驗(yàn)都不影響直流系統(tǒng)供電，建議變電站廣泛采用單母線分段接線。
在以往的變電站中，10kV斷路器多采用電磁操縱機(jī)構(gòu)，需要直活動(dòng)力合閘電源，其額定合閘電流較大，以CD10、CD-35、CD-25系列為例，合閘線圈電流為40～147A，所以事故放電末期承受沖擊負(fù)荷時(shí)，確保直流母線電壓在答應(yīng)值范圍內(nèi)，是選擇蓄電池容量的決定性因素。近年來(lái)，越來(lái)越多的10kV斷路器采用彈簧操縱機(jī)構(gòu)，這樣就不需要直流系統(tǒng)提供動(dòng)力合閘電源了，其合閘電流很小，則蓄電池的容量由全站的經(jīng)常負(fù)荷和事故負(fù)荷決定，這樣可大大減少蓄電池容量。目前使用中的個(gè)別直流電源配置方面有些過(guò)剩，可以考慮降低蓄電池容量，但是要留意統(tǒng)籌兼顧，不能簡(jiǎn)單的變動(dòng)蓄電池的容量，蓄電池容量降低，直流電源的其他方面（如充電裝置參數(shù)調(diào)整等）要做相應(yīng)改動(dòng)。
2．UPS電源
UPS電源的配置模式應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的具體情況區(qū)別對(duì)待。產(chǎn)業(yè)企業(yè)中，UPS電源一般為儀表工作電源，主要用于DCS系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)儀表、電磁閥等負(fù)荷。DCS是裝置儀表控制的心臟。一般都有配置雙回路冗余電源受電的產(chǎn)品。這些設(shè)備的冗余電源配置僅要求任何情況下不發(fā)生二回電源同時(shí)失電，設(shè)備就能夠正常運(yùn)行。ESD系統(tǒng)全部采用雙回路冗余配置的電源，只需供給二回不同回路的電源即可，設(shè)備本身帶有雙電源調(diào)整器，任何時(shí)候只要有一回電源正常供電系統(tǒng)就能夠正常工作�，F(xiàn)場(chǎng)儀表一般對(duì)電源瞬間波動(dòng)沒(méi)什么影響，但對(duì)于參與聯(lián)鎖的信號(hào)可能有所影響。可以采用增加延時(shí)來(lái)消除電源短時(shí)中斷所帶來(lái)的影響。執(zhí)行元件直接關(guān)系到閥門的打開(kāi)或封閉動(dòng)作，非常重要。采用雙電源并聯(lián)供電的方法解決。二臺(tái)24V直流電源的電源部分分別由不同回路的二個(gè)AV220V電源供電，保證電磁閥、電氣轉(zhuǎn)換器等執(zhí)行元件的正常運(yùn)行。因此，建議采用以下方式對(duì)儀表電源供電。
UPS容量的選擇是按大于設(shè)備容量的1.5倍來(lái)選擇，沒(méi)有按設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷來(lái)配置電源容量。故在UPS電源投用后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)實(shí)際負(fù)荷僅有百分之十幾甚至不超過(guò)百分之十的現(xiàn)象。目前我公司范圍內(nèi)大部分UPS電源容量嚴(yán)重過(guò)剩（其它企業(yè)也存在類似情況），存在資源浪費(fèi)的狀況，應(yīng)該重新核算實(shí)際負(fù)荷，優(yōu)化配置。以下是部分裝置UPS電源負(fù)荷率統(tǒng)計(jì)：
二、直流系統(tǒng)的監(jiān)控
變電所的直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地，不會(huì)產(chǎn)生短路電流，則可繼續(xù)運(yùn)行。但是必須及時(shí)查找接地點(diǎn)并盡快消除接地故障，否則當(dāng)發(fā)生另一點(diǎn)接地時(shí)，就有可能引起信號(hào)裝置、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、斷路器的誤動(dòng)作或拒盡動(dòng)作，有可能造成直流電源短路，引起電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，使設(shè)備失往操縱電源，引發(fā)電力系統(tǒng)嚴(yán)重故障乃至事故。因此，不答應(yīng)直流系統(tǒng)在一點(diǎn)接地情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，迅速查找并排除接地故障，杜盡因直流系統(tǒng)接地而引起的電力系統(tǒng)故障。過(guò)往，各個(gè)變電站都有人值守，因而可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理其出現(xiàn)的異�，F(xiàn)象，保證變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，推行無(wú)人值守變電站，如何能在異�，F(xiàn)象剛出現(xiàn)時(shí)就及時(shí)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理，是一個(gè)亟需解決的題目。在這種情況下，直流監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它的主要作用就是把直流設(shè)備信息及時(shí)采集上傳，并且實(shí)時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行盡緣監(jiān)測(cè)。這樣，維護(hù)職員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的不正常狀態(tài)，及時(shí)處理，而不等其發(fā)展演變成事故。所以，直流監(jiān)控系統(tǒng)的建立，可以節(jié)省人力物力，進(jìn)步工作效率。目前使用的微機(jī)型的直流盡緣監(jiān)測(cè)和電壓監(jiān)視裝置靈敏度高，正、負(fù)母線盡緣同時(shí)降低時(shí)也能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并帶有分支回路在線監(jiān)測(cè)裝置，能指出盡緣下降或出現(xiàn)接地故障的回路，大大縮短了查找直流系統(tǒng)接地故障的時(shí)間。我公司在總變電所使用了一套在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，裝置利用了信號(hào)相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結(jié)構(gòu)等技術(shù)，從而根本上解決了判定數(shù)據(jù)不全、選線不準(zhǔn)等弊病。
根據(jù)直流系統(tǒng)的特殊性，此裝置的丈量從丈量?jī)?nèi)容區(qū)分，可分為兩大部分，一是母線監(jiān)測(cè)，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示兩段母線電壓，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓情況，則自動(dòng)報(bào)警；二是分支回路查循，并顯示接地電阻阻值，還能自動(dòng)分辨兩條或兩條以上支路同時(shí)接地的故障。實(shí)際使用效果較好，能夠及時(shí)反映出直流系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，消滅了事故隱患。但目前其它變電所尚沒(méi)有能夠有效監(jiān)測(cè)識(shí)別分支回路盡緣的措施，考慮盡快完善。
同時(shí)，對(duì)于UPS電源直流環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)，尤其是蓄電池端電壓的監(jiān)測(cè)，尚需要做一些細(xì)致的工作。在電池處在浮充狀態(tài)下時(shí)，每節(jié)電池間的電壓差不應(yīng)相差太大，一般越小越好。如超過(guò)一定值時(shí)（如1V），應(yīng)引起足夠的重視：有可能有電池容量變小或損壞。假如及時(shí)識(shí)別出工作狀態(tài)較差的電池，就可以對(duì)其進(jìn)行單體活化，進(jìn)步其工作性能，從而進(jìn)步電池組的整體性能。
三、荷貝克蓄電池的維護(hù)
荷貝克蓄電池做為直流系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元件，是系統(tǒng)可靠運(yùn)行的核心部件。做好蓄電池的日常維護(hù)，才能保證外界電源中斷時(shí)發(fā)揮其應(yīng)有的作用。由于鎘鎳蓄電池維護(hù)量大，故障率高，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用一種免維護(hù)密封鉛酸蓄電池，簡(jiǎn)稱閥控蓄電池。由于是全密封電池，無(wú)須加水，這給維護(hù)帶來(lái)很多好處的同時(shí)，也給監(jiān)測(cè)和維護(hù)帶來(lái)困難。"免維護(hù)"這一名詞又給使用者帶來(lái)熟悉上的誤區(qū)，導(dǎo)致使用者放松對(duì)蓄電池的日常維護(hù)治理。廠家說(shuō)明書(shū)上標(biāo)注的壽命是有條件的，要在規(guī)定的運(yùn)行溫度，標(biāo)準(zhǔn)的充放電方式（包括負(fù)載大小）下運(yùn)行，實(shí)際上這些條件，只有在實(shí)驗(yàn)室才能達(dá)到。多年的使用經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，實(shí)際壽命與標(biāo)注壽命還是有很大差距的。如下表所列，為我公司07年部分直流屏蓄電池實(shí)際放電實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果：
可以看出，標(biāo)注十年壽命的蓄電池，實(shí)際使用壽命大相徑庭。通過(guò)對(duì)影響蓄電池使用壽命的因素進(jìn)行分析，有的放矢，才能采取有效應(yīng)對(duì)措施，充分發(fā)揮其功效。影響閾控蓄電池壽命主要有如下幾個(gè)因素：
Ⅰ、蓄電池的匹配組合。蓄電池在加工生產(chǎn)中不可能做到每只電池的充放電特性完全一致，到了用戶手中更沒(méi)有挑選的余地了。在使用中，用同一個(gè)充電電源，又向同一負(fù)荷放電，久而久之，個(gè)別電池由于特性差別越來(lái)越大，而影響整個(gè)裝置的性能。
Ⅱ、荷貝克蓄電池的工作溫度。工作溫度是影響蓄電池使用壽命的一個(gè)決定性因素，而大多數(shù)人對(duì)此熟悉不足。適宜的電池運(yùn)行環(huán)境溫度為20℃－25℃，對(duì)照生產(chǎn)廠家提供的溫度／壽命特性表，可以看出當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)25℃后，每升高10℃電池壽命幾乎就要縮短一半，例如：對(duì)5年期壽命的電池，當(dāng)環(huán)境溫度為35℃時(shí)，實(shí)際壽命只有2.5年，假如再升高10℃達(dá)到45℃時(shí)，其壽命只有約1.25年了。加上安裝閾控蓄電池的配電室，為防小動(dòng)物進(jìn)室，門窗都比較封閉，室內(nèi)溫度還要升高，對(duì)蓄電池的運(yùn)行極為不利。
Ⅲ、荷貝克蓄電池的浮充電的工作狀態(tài)。這一點(diǎn)也是影響蓄電池使用壽命的一個(gè)關(guān)鍵因素。目前，蓄電池大多數(shù)都處于長(zhǎng)期的浮充電狀態(tài)下，只充電，不放電，這種工作狀態(tài)極不公道。大量運(yùn)行統(tǒng)計(jì)資料表明，這樣會(huì)造成蓄電池的陽(yáng)極極板鈍化，使蓄電池內(nèi)阻急劇增大，使蓄電池的實(shí)際容量(Ah)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其標(biāo)準(zhǔn)容量，從而導(dǎo)致蓄電池所能提供的實(shí)際后備供電時(shí)間大大縮短，減少其使用壽命。假如市電一直處于正常的供電之中，蓄電池就沒(méi)有工作的機(jī)會(huì)，就有可能長(zhǎng)時(shí)間浮充而損壞。有的“養(yǎng)兵千日”，一旦到“用兵一時(shí)”的時(shí)候卻無(wú)法使用，甚至造成很大的損失，所以，要定時(shí)進(jìn)行人為的強(qiáng)制放電工作，這樣不但可以活化電池，還可以檢驗(yàn)直流系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)，并可以使操縱職員熟悉直流供電系統(tǒng)的使用。
Ⅳ、荷貝克蓄電池的過(guò)度放電或過(guò)度充電。蓄電池被過(guò)度放電是影響蓄電池使用壽命的另一重要因素。這種情況主要發(fā)生在交流停電或充電模塊損壞后，蓄電池組為負(fù)載供電期間。當(dāng)蓄電池被過(guò)度放電到輸出電壓為零時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部有大量的硫酸鉛被吸付到電池的陰極表面，在陰極板上形成的硫酸鹽越多，電池的內(nèi)阻越大，電池的充、放電性能就越差，其使用壽命就越短。過(guò)充電會(huì)使電池冒液。在電池外表及連接片上產(chǎn)生墨綠色氧化物，腐蝕構(gòu)件，降低盡緣，使自放電增加。假如電池使用不當(dāng)，長(zhǎng)期處于過(guò)充電狀態(tài)，那么電池的柵板就會(huì)變薄，減少極板有效面積，容量降低，會(huì)縮短使用壽命。
Ⅴ、蓄電池的失水：蓄電池失水也是影響其使用壽命的因素之一，蓄電池失水會(huì)導(dǎo)致電解液比重增加，電池柵板的腐蝕，使蓄電池的活性物質(zhì)減少，從而使蓄電池的容量降低而導(dǎo)致其使用壽命減少。當(dāng)失水5.5％時(shí)，容量降到75％；失水達(dá)到25％時(shí)，容量基本消失。
總之，直流系統(tǒng)的題目在很大程度上是電池的題目，只要正確使用電池，并經(jīng)常對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)，就能使其保持良好的狀態(tài)，也就解決了直流系統(tǒng)的關(guān)鍵題目，就能保證直流系統(tǒng)隨時(shí)處于正常工作狀態(tài)，也就可以使設(shè)備在安全的環(huán)境中工作。
以上就我公司廣泛使用的直流系統(tǒng)的配置、監(jiān)測(cè)及蓄電池維護(hù)等方面的實(shí)際體會(huì)做了簡(jiǎn)單的闡述。直流系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)企業(yè)控制系統(tǒng)中的作用舉足輕重，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的基石，因此，采取積極有效措施，持續(xù)改善及進(jìn)步直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，公道配置直流系統(tǒng)，將是一個(gè)值得研討的課題。