摘要：本文對電力系統(tǒng)中廣泛應用的直流系統(tǒng)的配置及監(jiān)控等方面做了分析說明，并對于蓄電池的維護題目進行了相應闡述。

　　直流系統(tǒng)為變電站的繼電保護、控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、自動裝置、UPS和事故照明等提供電源。隨著直流系統(tǒng)中閥控鉛酸蓄電池、智能型高頻開關充電裝置等附屬設備的技術性能日益*，安全可靠性進步，促進了直流系統(tǒng)技術和設備的迅速發(fā)展。我分公司范圍內的直流系統(tǒng)主要應用于變電所直流電源及UPS電源，此兩種電源工作狀況對于公司內的電氣安全生產(chǎn)運行起著至關重要的作用，如何通過有效措施及維護手段保證特種電源的穩(wěn)定是我們面臨的一個關鍵題目。

　　電力系統(tǒng)中的直流電源部分由蓄電池組、充電設備、直流屏等設備組成。它的作用是：正常時為變電站內的斷路器提供合閘直流電源；當廠、站用電中斷的情況下為繼電保護及自動裝置、斷路器跳閘與合閘、發(fā)電廠直流電動機拖動的廠用機械提供工作直流電源。它的正常與否直接影響電力系統(tǒng)的安全可靠運行。UPS不中斷電源是一種含有儲能裝置、以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的電源設備，是通訊設備、計算機控制系統(tǒng)等不得斷電的系統(tǒng)*的外圍設備之一，它的作用是在外界中斷供電的情況下，UPS電源會自動切換，確保計算機、關鍵閥門、控制系統(tǒng)等設備正常工作不中斷，以免重要數(shù)據(jù)的丟失及硬件的損壞，同時保證關鍵閥門及控制系統(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)安全運行的一個關鍵環(huán)節(jié)，大家也越來越關注其工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，并且探討采取了一些積極有效的措施手段，力求電源的可靠運行?，F(xiàn)就使用維護方面的幾點感悟做一簡析。

　　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)應采用單母線或單母線分段接線。單母線接線簡單、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。

　　圖一單母線接線

　　在以往的變電站中，10kV斷路器多采用電磁操縱機構，需要直活動力合閘電源，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荷時，確保直流母線電壓在答應值范圍內，是選擇蓄電池容量的決定性因素。近年來，越來越多的10kV斷路器采用彈簧操縱機構，這樣就不需要直流系統(tǒng)提供動力合閘電源了，其合閘電流很小，則蓄電池的容量由全站的經(jīng)常負荷和事故負荷決定，這樣可大大減少蓄電池容量。目前使用中的個別直流電源配置方面有些過剩，可以考慮降低蓄電池容量，但是要留意統(tǒng)籌兼顧，不能簡單的變動蓄電池的容量，蓄電池容量降低，直流電源的其他方面（如充電裝置參數(shù)調整等）要做相應改動。

　　2．UPS電源

　　UPS電源的配置模式應根據(jù)負荷的具體情況區(qū)別對待。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)場儀表、電磁閥等負荷。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)生二回電源同時失電，設備就能夠正常運行。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，設備本身帶有雙電源調整器，任何時候只要有一回電源正常供電系統(tǒng)就能夠正常工作?，F(xiàn)場儀表一般對電源瞬間波動沒什么影響，但對于參與聯(lián)鎖的信號可能有所影響?？梢圆捎迷黾友訒r來消除電源短時中斷所帶來的影響。執(zhí)行元件直接關系到閥門的打開或封閉動作，非常重要。采用雙電源并聯(lián)供電的方法解決。二臺24V直流電源的電源部分分別由不同回路的二個AV220V電源供電，保證電磁閥、電氣轉換器等執(zhí)行元件的正常運行。因此，建議采用以下方式對儀表電源供電。

　　圖二儀表供電電源模式

　　UPS容量的選擇是按大于設備容量的1.5倍來選擇，沒有按設備的計算負荷來配置電源容量。故在UPS電源投用后，經(jīng)常會出現(xiàn)實際負荷僅有百分之十幾甚至不超過百分之十的現(xiàn)象。目前我公司范圍內大部分UPS電源容量嚴重過剩（其它企業(yè)也存在類似情況），存在資源浪費的狀況，應該重新核算實際負荷，優(yōu)化配置。以下是部分裝置UPS電源負荷率統(tǒng)計：

　　表一部分裝置UPS負荷情況

　　二、直流系統(tǒng)的監(jiān)控

　　變電所的直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地，不會產(chǎn)生短路電流，則可繼續(xù)運行。但是必須及時查找接地點并盡快消除接地故障，否則當發(fā)生另一點接地時，就有可能引起信號裝置、繼電保護及自動裝置、斷路器的誤動作或拒盡動作，有可能造成直流電源短路，引起電源開關斷開，使設備失往操縱電源，引發(fā)電力系統(tǒng)嚴重故障乃至事故。因此，不答應直流系統(tǒng)在一點接地情況下長時間運行，必須加強監(jiān)測，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。過往，各個變電站都有人值守，因而可以及時發(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)定運行。目前，推行無人值守變電站，如何能在異?，F(xiàn)象剛出現(xiàn)時就及時發(fā)現(xiàn)并及時處理，是一個亟需解決的題目。在這種情況下，直流監(jiān)控系統(tǒng)應運而生。它的主要作用就是把直流設備信息及時采集上傳，并且實時對直流系統(tǒng)進行盡緣監(jiān)測。這樣，維護職員可以及時發(fā)現(xiàn)設備運行的不正常狀態(tài)，及時處理，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，進步工作效率。目前使用的微機型的直流盡緣監(jiān)測和電壓監(jiān)視裝置靈敏度高，正、負母線盡緣同時降低時也能進行監(jiān)測，并帶有分支回路在線監(jiān)測裝置，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)接地故障的時間。我公司在總變電所使用了一套在線監(jiān)測系統(tǒng)，裝置利用了信號相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結構等技術，從而根本上解決了判定數(shù)據(jù)不全、選線不準等弊病。

　　圖三直流系統(tǒng)監(jiān)測裝置結構圖

　　根據(jù)直流系統(tǒng)的特殊性，此裝置的丈量從丈量內容區(qū)分，可分為兩大部分，一是母線監(jiān)測，在線實時監(jiān)測并顯示兩段母線電壓，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)過壓、欠壓情況，則自動報警；二是分支回路查循，并顯示接地電阻阻值，還能自動分辨兩條或兩條以上支路同時接地的故障。實際使用效果較好，能夠及時反映出直流系統(tǒng)的運行狀況，消滅了事故隱患。但目前其它變電所尚沒有能夠有效監(jiān)測識別分支回路盡緣的措施，考慮盡快完善。

　　同時，對于UPS電源直流環(huán)節(jié)的監(jiān)測，尤其是蓄電池端電壓的監(jiān)測，尚需要做一些細致的工作。在電池處在浮充狀態(tài)下時，每節(jié)電池間的電壓差不應相差太大，一般越小越好。如超過一定值時（如1V），應引起足夠的重視：有可能有電池容量變小或損壞。假如及時識別出工作狀態(tài)較差的電池，就可以對其進行單體活化，進步其工作性能，從而進步電池組的整體性能。

　　三、蓄電池的維護

　　蓄電池做為直流系統(tǒng)中的儲能元件，是系統(tǒng)可靠運行的核心部件。做好蓄電池的日常維護，才能保證外界電源中斷時發(fā)揮其應有的作用。由于鎘鎳蓄電池維護量大，故障率高，現(xiàn)在廣泛應用一種免維護密封鉛酸蓄電池，簡稱閥控蓄電池。由于是全密封電池，無須加水，這給維護帶來很多好處的同時，也給監(jiān)測和維護帶來困難。"免維護"這一名詞又給使用者帶來熟悉上的誤區(qū)，導致使用者放松對蓄電池的日常維護治理。廠家說明書上標注的壽命是有條件的，要在規(guī)定的運行溫度，標準的充放電方式（包括負載大小）下運行，實際上這些條件，只有在實驗室才能達到。多年的使用經(jīng)驗證實，實際壽命與標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際放電實驗所得結果：

      可以看出，標注十年壽命的蓄電池，實際使用壽命大相徑庭。通過對影響蓄電池使用壽命的因素進行分析，有的放矢，才能采取有效應對措施，充分發(fā)揮其功效。影響閾控蓄電池壽命主要有如下幾個因素：

　?、?、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*一致，到了用戶手中更沒有挑選的余地了。在使用中，用同一個充電電源，又向同一負荷放電，久而久之，個別電池由于特性差別越來越大，而影響整個裝置的性能。

　?、?、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決定性因素，而大多數(shù)人對此熟悉不足。適宜的電池運行環(huán)境溫度為20℃－25℃，對照生產(chǎn)廠家提供的溫度／壽命特性表，可以看出當環(huán)境溫度超過25℃后，每升高10℃電池壽命幾乎就要縮短一半，例如：對5年期壽命的電池，當環(huán)境溫度為35℃時，實際壽命只有2.5年，假如再升高10℃達到45℃時，其壽命只有約1.25年了。加上安裝閾控蓄電池的配電室，為防小動物進室，門窗都比較封閉，室內溫度還要升高，對蓄電池的運行極為不利。

　　Ⅲ、蓄電池的浮充電的工作狀態(tài)。這一點也是影響蓄電池使用壽命的一個關鍵因素。目前，蓄電池大多數(shù)都處于長期的浮充電狀態(tài)下，只充電，不放電，這種工作狀態(tài)極不公道。大量運行統(tǒng)計資料表明，這樣會造成蓄電池的陽極極板鈍化，使蓄電池內阻急劇增大，使蓄電池的實際容量（Ah）遠遠低于其標準容量，從而導致蓄電池所能提供的實際后備供電時間大大縮短，減少其使用壽命。假如市電一直處于正常的供電之中，蓄電池就沒有工作的機會，就有可能長時間浮充而損壞。有的“養(yǎng)兵千日”，一旦到“用兵一時”的時候卻無法使用，甚至造成很大的損失，所以，要定時進行人為的強制放電工作，這樣不但可以活化電池，還可以檢驗直流系統(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。

　?、簟⑿铍姵氐倪^度放電或過度充電。蓄電池被過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，蓄電池組為負載供電期間。當蓄電池被過度放電到輸出電壓為零時，會導致電池內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，電池的內阻越大，電池的充、放電性能就越差，其使用壽命就越短。過充電會使電池冒液。在電池外表及連接片上產(chǎn)生墨綠色氧化物，腐蝕構件，降低盡緣，使自放電增加。假如電池使用不當，長期處于過充電狀態(tài)，那么電池的柵板就會變薄，減少極板有效面積，容量降低，會縮短使用壽命。

　?、酢⑿铍姵氐氖盒铍姵厥彩怯绊懫涫褂脡勖囊蛩刂?，蓄電池失水會導致電解液比重增加，電池柵板的腐蝕，使蓄電池的活性物質減少，從而使蓄電池的容量降低而導致其使用壽命減少。當失水5.5％時，容量降到75％；失水達到25％時，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)常對電池進行維護，就能使其保持良好的狀態(tài)，也就解決了直流系統(tǒng)的關鍵題目，就能保證直流系統(tǒng)隨時處于正常工作狀態(tài)，也就可以使設備在安全的環(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)測及蓄電池維護等方面的實際體會做了簡單的闡述。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，是實現(xiàn)自動化控制的基石，因此，采取積極有效措施，持續(xù)改善及進步直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，公道配置直流系統(tǒng)，將是一個值得研討的課題。