引言

在城市軌道交通供電系統(tǒng)中,變電設備的保護單元等二次部件通常采用DC110V電源,該電源由交直流屏中的直流屏提供。正常情況下,交流屏輸出互為備用的兩路AC220V電源至直流屏,直流屏中的交流切換單元自動選擇其中一路并通過充電模塊整流為DC110V電源,供全所變電設備的二次回路使用。在任意一路或兩路交流輸入因檢修或故障而停電時,蓄電池作為后備電源還能提供持續(xù)的穩(wěn)定的DC110V電源。本文主要對直流系統(tǒng)的功能及工作原理進行闡述,針對一起交直流系統(tǒng)DC110V失電事件展開原因分析,并提出失電后的可行處理措施。

1交直流屏系統(tǒng)組成

交直流屏系統(tǒng)由交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)組成,APM線交直流屏設備采用國內某廠家生產(chǎn)的成套設備,其中交流系統(tǒng)由一面交流屏組成,直流系統(tǒng)由一面充電屏、一面直流饋電屏和一面蓄電池屏組成。

2直流系統(tǒng)的功能和工作原理

直流系統(tǒng)用于為變電所的設備提供穩(wěn)定持續(xù)的用于設備控制和監(jiān)控的DC110V電源。直流電源系統(tǒng)主要由交流配電、充電模塊、監(jiān)控模塊、母線調壓(降壓硅鏈)、直流饋電(包括合閘回路、控制回路)、絕緣監(jiān)測、蓄電池組等幾部分組成,如圖1所示。

當系統(tǒng)交流輸入正常時,交流自動切換控制選擇其中一路輸入,并通過交流配電給各個充電模塊供電。充電模塊將輸入三相交流電轉換為高質量的110V直流電,經(jīng)隔離二極管隔離后輸出,一方面給電池充電,另一方面給合閘負載供電。此外,合閘母線還通過降壓硅鏈裝置為控制母線提供電源。

當交流輸入停電或異常時,充電模塊停止工作,由蓄電池向負載供電。監(jiān)控模塊監(jiān)測電池電壓、電流和放電時間,當電池放電到一定程度時,監(jiān)控模塊發(fā)出告警。交流輸入恢復正常以后,監(jiān)控模塊根據(jù)電池放電情況自動選擇充電方式,控制充電模塊對電池進行充電,使電池恢復到滿容量狀態(tài)。

3直流系統(tǒng)失電實例

某變電所當天需要進行兩項檢修作業(yè),其中一項為交直流屏維護及蓄電池充放電作業(yè),另外一項為1段AC380V低壓開關柜停電檢修維護作業(yè)。第一組作業(yè)人員先進行交直流屏維護及蓄電池充放電作業(yè),期間斷開了蓄電池回路與直流饋電母排的連接:當?shù)诙M作業(yè)人員開展1段AC380V低壓開關柜停電檢修維護作業(yè)時,全所DC110V電源失電,該所變電設備在主控上灰顯,無法監(jiān)控。

現(xiàn)場檢修人員通過手動斷開交流柜的QF1斷路器,合上QF3母聯(lián)斷路器,恢復充電柜的供電,全所DC110V電源恢復。

4直流系統(tǒng)失電原因分析及處理措施

交直流屏電源來自變電所的AC380V的1、11段低壓開關柜的"所用電"抽屜開關,分別接入至QF1、QF2斷路器的上端。QF1、QF2、QF3斷路器由智能交流監(jiān)控單元控制自投/自復,智能交流監(jiān)控單元和QF斷路器操作電機的DC110V工作電源來自直流系統(tǒng)饋電柜。QF3母聯(lián)開關的動作原理是:當QF1、QF2其中一路進線缺相或失壓后延時2s分該開關,該進線分閘后再延時0.1s合母聯(lián)開關。

交流切換單元通過邏輯判斷,自動選擇一路、兩路交流輸入(優(yōu)先選擇一路交流輸入),由充電模塊整流出DC110V電源,再通過饋電柜輸出到各負載,其中包括交直流屏各單元的工作電源。

正常情況下,在1段或11段低壓開關停電后,在交流輸入自動切換前,蓄電池作為后備電源通過饋電柜給各負載和交流切換單元等部件供電,確保QF3母聯(lián)完成自投和一/兩路交流輸入電源完成切換。

本次失電的主要原因是蓄電池組退出運行,交直流屏部件在充電模塊無輸出的情況下失電而未能完成充電模塊的交流電源切換工作,最終DC110V電源失電。

結合交直流屏工作原理,如圖2所示,對失電原因進一步分析。

在兩項作業(yè)開始前,設備均處于正常運行狀態(tài),智能交流切換單元選擇一路交流作為直流系統(tǒng)的輸入,當?shù)谝豁椬鳂I(yè)開始并斷開蓄電池柜與饋線柜的連接后(圖2中③、④回路),直流系統(tǒng)僅依靠充電模塊的輸出(圖2中②回路)保持負載的正常運作:但當Ac380VI段低壓開關柜因檢修而停電后,交流柜QF1交流輸入失電,充電柜交流接觸器JCQ1失電,充電模塊無交流電源輸入(圖2中回路①)隨即停止輸出,直流系統(tǒng)DC110V母排失電,智能交流切換單元、QF斷路器操作電機和交流切換單元的DC110V工作電源失電導致QF3無法進行自投,交流切換單元也無法自動切換交流接觸器,繼而導致全所DC110V電源失電。

在DC110V電源失電后,檢修人員結合交直流屏的工作原理,手動斷開交流柜的QF1開關并合上QF3開關,恢復了充電模塊的交流輸入,全所DC110V電源恢復。此外,通過手動旋轉"QJK選擇開關"至"兩路",可以跳過交流切換單元對兩路交流接觸器JCQ1、JCQ2的控制,直接接通JCQ2交流接觸器線圈回路,JCQ2交流接觸器觸點閉合,充電模塊的交流輸入也能恢復。

交直流系統(tǒng)中蓄電池組可以在兩路交流輸入失電的情況下,確保變電所DC110V電源不間斷,APM線設計蓄電池持續(xù)供電時間為2h,給維修人員在充電模塊未正常輸出的情況下提供充足時間進行故障排查和處理,但是隨著蓄電池運行年限的增長,其容量勢必會逐漸減少,性能逐漸下降。一旦蓄電池組故障無法正常輸出,此時若出現(xiàn)交流輸入故障或整流模塊故障,將會導致全所DC110V失電,致使該所變電設備在主控上灰顯,調度無法監(jiān)控設備運行狀態(tài),嚴重影響變電設備的正常運行。

因此,在日常的檢修維護中,要加強對蓄電池的檢修維護。在交直流系統(tǒng)直流輸出故障時,故障維修人員應盡快查找故障并恢復充電模塊的輸出,避免蓄電池組因電量耗盡而導致全所DC110V電源失電。

5結語

直流系統(tǒng)作為供電系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié),給變電所各設備的保護單元提供了持續(xù)穩(wěn)定的DC110V電源。若DC110V電源失電,將對全所的變電設備造成影響,甚至影響調度對該所變電設備的遠程操作和監(jiān)控。通過認識直流系統(tǒng)的工作原理及了解導致失電情況的原因,有助于檢修人員在設備檢修前做好安全防護工作,或在故障發(fā)生后用最快的速度恢復設備,保證"先通后復",進一步保障供電系統(tǒng)的安全運行。