论变电站直流电源设备技术改造

直流电源系统包含整流、馈线和蓄电池三大部分，担负着为电力系统变电站提供站用能源的重任。它的连续可靠稳定运行对电力系统的安全稳定有着重要的意义。然而由于电子元器件的寿命有限，在当直流系统运行达到一定年限时必须对其进行升级改造。在改造过程中存在着馈线电缆由旧直流系统向新直流系统的转移过程，这也使得直流系统的升级改造成为了直流电源运行维护过程中风险较大的工作。本文结合实际工作，对直流电源系统的改造流程做了较为详细的介绍。
基于电力电子技术的变电站站用直流电源设备，担负着为整座变电站输送电能、为站内的各种控制、保护、储能、测量和通信设备提供工作能源的重任。站用直流电源设备对于变电站作用犹如心脏之于人体，其在整个电力系统中的重要性是不言而喻的。
然而，在一套直流电源设备的整个运行寿命中，随着时间的增长，直流电源设备内部的各种元器件也处在缓慢的老化过程。二极管会出现漂移、电解电容会干涸、金属会被逐渐氧化、塑料和橡胶会老化从而影响其机械强度以及绝缘性能。以上这些都会进一步影响直流电源设备的性能，诸如纹波系数、稳压稳流能力、绝缘水平等重要的电源参数，造成各种可预见或不可预见的设备缺陷，从而进一步影响对整座变电站的可靠供电，以至于对电网安全稳定运行形成隐患。因此，为了防止电源设备成为整座变电站安全运行的短板，基于电力电子技术理论和实际运行维护经验，规定对已投运的直流电源设备进行十年左右一次的技术改造。
由于为了保证变电站的持续稳定运行，必须实现直流电源系统对整座变电站的不间断供电。因此在直流设备的改造过程中，必须采用搭建临时电源系统和带电驳接电缆等技术手段（在较早以前曾采用过将全站直流电源系统停电后进行直流设备改造的方法，这种方法虽然不存在人身风险，但是由于受所批准停电时间的限制，施工进度较为仓促，施工质量较难保证，同时也存在更大的电网安全风险），以保证直流电源的用电设备在改造期间不会受到任何影响。
直流电源设备的技术改造工作一共分为临时直流电源系统的搭建、用电负荷由原直流屏向临时直流屏的转出、旧屏的拆除和新屏的安装、用电负荷由临时直流屏向新直流屏的转入以及最后临时电源屏的拆除一共五个步骤。下面就这五个步骤进行分别的介绍。
一、首先，是临时直流电源系统的搭建工作。临时直流电源担负着在设备升级改造期间向变电站内用电负荷供电的重任，其工作时间视具体设备改造工作量的大小可能由一周至两周不等。临时直流电源一共包含临时充电机屏、临时馈线屏和临时蓄电池共三个部分（对于只有一组蓄电池的变电站，必须使用临时电池以保证在改造中临时电源不会因为交流输入的中断导致直流负荷失电；对于两组蓄电池的变电站，可以退出原有的一组蓄电池作为临时蓄电池使用，从而省去繁重的临时蓄电池搬运工作）。在搭建系统的过程中，首先要考虑到临时充电机屏的交流输入电源，可以使用交流屏上空余的备用开关，也可以使用检修箱电源；其次对于临时馈电屏，由于临时电缆长度有限，应放置临时馈电屏尽可能在靠近原直流馈线屏的位置；第三，对于临时蓄电池，进行临时蓄电池组接线的时候要防止发生蓄电池短路（蓄电池短路事故发生时，会产生相当大的短路电流，具有很大的破坏性）。
二、接下来，就可以开始进行用电负荷由原直流屏向临时直流屏的转出工作，它与之后的用电负荷由临时直流屏向新直流屏的转入工作是整个改造工程中风险最大的部分。在这两步工作中都要遵循一个最基本的原则，那就是要绝对保证变电站的直流用电设备不能失电，因此就要采取带电驳接电缆的方法。转接时，首先将从原馈线屏至直流用电设备的电缆在馈线屏后的出线端子处将绝缘外皮破口，之后将临时电缆正负极对应与原馈线电缆在破口处牢固缠绕相接，用绝缘胶布缠绕包扎；此时用万用表测量临时馈线开关的下侧有电，这表明临时馈线电缆已与原馈线电缆良好相接；验证极性后合上临时馈线开关，断开原馈线开关，此时观察原馈线屏上的对应指示灯仍然点亮，进一步用万用表测量原馈线开关下侧仍有电，这表明该负荷已成功由原馈线屏转入临时馈线屏；接下来在原馈线屏后之前对馈线电缆破口后接入临时电缆并包扎处与端子排之间将原馈线电缆剪断，此时原馈线屏上对应的指示灯熄灭，测量原馈线开关下侧无电，这表明该负荷已与原直流系统脱离，成功转入临时直流系统供电。在对电缆剪断处进行绝缘包扎并对该电缆的负荷名称明确标注后即可完成该条负荷的转接。
三、在对所有的负荷转接完毕并且拆除了原直流屏的四遥告警输出电缆和至远动的直流母线电压测量输出电缆后，将原直流系统的交流输入和蓄电池连接电缆切断，就可以进行旧设备的拆除和新设备的安装工作。新设备安装调试完毕之后，就可以开始进行下一步用电负荷由临时直流屏向新直流屏的转入工作。但是在转接工作开始之前，要用万用表仔细测量新直流设备馈线开关以及屏后对应端子的极性是否正确，防止在后面的工作中发生短路事故。
四、进行负荷转入的工作时，首先在原馈线电缆上与临时电缆破口相接处下侧对原馈线电缆外皮进行破口，将其接入新直流设备馈线屏后的端子排，此时观察新馈线屏上的对应指示灯点亮，进一步用万用表在新馈线开关下侧测量有电后，即可证实馈线电缆已与新设备连接良好。之后合上新屏对应馈线开关，断开临时屏对应馈线开关，在此同时用万用表测量临时馈线开关下侧始终有电，这样就可以确保该负荷已成功转入新直流系统运行。接下来在屏后端子排将临时电缆剪断，同时测量临时馈线开关下侧由有电变为无电，表明该负荷已脱离临时直流电源系统，转入新直流系统运行。
五、所有负荷从临时直流电源系统向新直流电源系统转接完毕后，将之前拆除的四遥告警输出电缆和至远动的直流母线电压测量输出电缆接入新的直流系统，将变电站站用蓄电池接入新系统。最后完成标签的张贴，电缆排的悬挂，和屏底的封堵。拆除临时直流系统，整理临时电缆、清理临时屏屏面后搬运出工作现场。这样，就完成了全部的直流电源设备升级改造工作。
通过以上介绍可以看出，在直流电源设备改造过程中由于其不能停电和需要带电接线的特点，存在一定的人身与设备安全风险，对工作人员的技术水平和现场工作的协调配合提出了较高的要求。在转接负荷的时候，需要严格的按照以上所讲的步骤进行操作，从而保证对用电设备的不间断供电。当然，以上总结的工作方式肯定还存在需要完善改进之处，在此也希望进一步与同行探讨研究，从而在今后更加安全高效的开展站用直流电源系统的技术改造工作，进一步保证电网的安全稳定运行。