一起交直流系统DC110V失电事件的原因分析及处理措施

引言

在城市轨道交通供电系统中,变电设备的保护单元等二次部件通常采用DC110V电源,该电源由交直流屏中的直流屏提供。正常情况下,交流屏输出互为备用的两路AC220V电源至直流屏,直流屏中的交流切换单元自动选择其中一路并通过充电模块整流为DC110V电源,供全所变电设备的二次回路使用。在任意一路或两路交流输入因检修或故障而停电时,蓄电池作为后备电源还能提供持续的稳定的DC110V电源。本文主要对直流系统的功能及工作原理进行阐述,针对一起交直流系统DC110V失电事件展开原因分析,并提出失电后的可行处理措施。

1交直流屏系统组成

交直流屏系统由交流系统和直流系统组成,APM线交直流屏设备采用国内某厂家生产的成套设备,其中交流系统由一面交流屏组成,直流系统由一面充电屏、一面直流馈电屏和一面蓄电池屏组成。

2直流系统的功能和工作原理

直流系统用于为变电所的设备提供稳定持续的用于设备控制和监控的DC110V电源。直流电源系统主要由交流配电、充电模块、监控模块、母线调压(降压硅链)、直流馈电(包括合闸回路、控制回路)、绝缘监测、蓄电池组等几部分组成,如图1所示。

当系统交流输入正常时,交流自动切换控制选择其中一路输入,并通过交流配电给各个充电模块供电。充电模块将输入三相交流电转换为高质量的110V直流电,经隔离二极管隔离后输出,一方面给电池充电,另一方面给合闸负载供电。此外,合闸母线还通过降压硅链装置为控制母线提供电源。

当交流输入停电或异常时,充电模块停止工作,由蓄电池向负载供电。监控模块监测电池电压、电流和放电时间,当电池放电到一定程度时,监控模块发出告警。交流输入恢复正常以后,监控模块根据电池放电情况自动选择充电方式,控制充电模块对电池进行充电,使电池恢复到满容量状态。

3直流系统失电实例

某变电所当天需要进行两项检修作业,其中一项为交直流屏维护及蓄电池充放电作业,另外一项为1段AC380V低压开关柜停电检修维护作业。第一组作业人员先进行交直流屏维护及蓄电池充放电作业,期间断开了蓄电池回路与直流馈电母排的连接:当第二组作业人员开展1段AC380V低压开关柜停电检修维护作业时,全所DC110V电源失电,该所变电设备在主控上灰显,无法监控。

现场检修人员通过手动断开交流柜的QF1断路器,合上QF3母联断路器,恢复充电柜的供电,全所DC110V电源恢复。

4直流系统失电原因分析及处理措施

交直流屏电源来自变电所的AC380V的1、11段低压开关柜的"所用电"抽屉开关,分别接入至QF1、QF2断路器的上端。QF1、QF2、QF3断路器由智能交流监控单元控制自投/自复,智能交流监控单元和QF断路器操作电机的DC110V工作电源来自直流系统馈电柜。QF3母联开关的动作原理是:当QF1、QF2其中一路进线缺相或失压后延时2s分该开关,该进线分闸后再延时0.1s合母联开关。

交流切换单元通过逻辑判断,自动选择一路、两路交流输入(优先选择一路交流输入),由充电模块整流出DC110V电源,再通过馈电柜输出到各负载,其中包括交直流屏各单元的工作电源。

正常情况下,在1段或11段低压开关停电后,在交流输入自动切换前,蓄电池作为后备电源通过馈电柜给各负载和交流切换单元等部件供电,确保QF3母联完成自投和一/两路交流输入电源完成切换。

本次失电的主要原因是蓄电池组退出运行,交直流屏部件在充电模块无输出的情况下失电而未能完成充电模块的交流电源切换工作,最终DC110V电源失电。

结合交直流屏工作原理,如图2所示,对失电原因进一步分析。

在两项作业开始前,设备均处于正常运行状态,智能交流切换单元选择一路交流作为直流系统的输入,当第一项作业开始并断开蓄电池柜与馈线柜的连接后(图2中③、④回路),直流系统仅依靠充电模块的输出(图2中②回路)保持负载的正常运作:但当Ac380VI段低压开关柜因检修而停电后,交流柜QF1交流输入失电,充电柜交流接触器JCQ1失电,充电模块无交流电源输入(图2中回路①)随即停止输出,直流系统DC110V母排失电,智能交流切换单元、QF断路器操作电机和交流切换单元的DC110V工作电源失电导致QF3无法进行自投,交流切换单元也无法自动切换交流接触器,继而导致全所DC110V电源失电。

在DC110V电源失电后,检修人员结合交直流屏的工作原理,手动断开交流柜的QF1开关并合上QF3开关,恢复了充电模块的交流输入,全所DC110V电源恢复。此外,通过手动旋转"QJK选择开关"至"两路",可以跳过交流切换单元对两路交流接触器JCQ1、JCQ2的控制,直接接通JCQ2交流接触器线圈回路,JCQ2交流接触器触点闭合,充电模块的交流输入也能恢复。

交直流系统中蓄电池组可以在两路交流输入失电的情况下,确保变电所DC110V电源不间断,APM线设计蓄电池持续供电时间为2h,给维修人员在充电模块未正常输出的情况下提供充足时间进行故障排查和处理,但是随着蓄电池运行年限的增长,其容量势必会逐渐减少,性能逐渐下降。一旦蓄电池组故障无法正常输出,此时若出现交流输入故障或整流模块故障,将会导致全所DC110V失电,致使该所变电设备在主控上灰显,调度无法监控设备运行状态,严重影响变电设备的正常运行。

因此,在日常的检修维护中,要加强对蓄电池的检修维护。在交直流系统直流输出故障时,故障维修人员应尽快查找故障并恢复充电模块的输出,避免蓄电池组因电量耗尽而导致全所DC110V电源失电。

5结语

直流系统作为供电系统中的一个重要环节,给变电所各设备的保护单元提供了持续稳定的DC110V电源。若DC110V电源失电,将对全所的变电设备造成影响,甚至影响调度对该所变电设备的远程操作和监控。通过认识直流系统的工作原理及了解导致失电情况的原因,有助于检修人员在设备检修前做好安全防护工作,或在故障发生后用最快的速度恢复设备,保证"先通后复",进一步保障供电系统的安全运行。