直流系统是核动力发电厂的重要组成部分。在核电站中，机组控制，监控系统对电源质量和供电可靠性都提出了很高要求，特别是在核岛内，部分电动阀、仪控设备以及主控室照明都需要可靠稳定的不间断电源，要求无论机组厂用电中断还是电网故障，都不应中断供电。一旦这些装置失电，将使机组失去必要的监视和调节手段，严重威胁机组的安全稳定运行，严重的会导致机组停运，循环散热系统停止工作，最终导致核反应堆熔堆，发生严重的核泄漏及核污染事故。因此，直流系统在核电厂中应用显得非常的重要。
　　
　　一 什么是直流系统
　　
　　直流系统是应用于水力、火力、核能发电厂、各类变电站和其他使用直流设备的用户，为了供给控制、信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统一般包括直流电源：包括蓄电池组、整流器；保护监视设备：含绝缘监测装置、闪光报警装置、电压监察装置；负载：含直流母线、直流负荷、电池放电装置等设备。
　　
　　按功能直流系统分为以下几个单元：整流系统，监控系统，绝缘监测单元，电池巡检单元，开关量监测单元，降压单元，配电单元。电力整流就是把交流电整流成直流电的单元，整流系统自身有较为完善的各种保护功能如:输入过压保护、输出过压保护、输出限流保护和输出短路保护等。监控系统是整个直流系统的控制、管理核心，其主要任务是：对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量数据及运行状态及时进行处理，实现电源系统的全自动管理，保证其工作的连续性、可靠性和安全性。绝缘监测单元是监视直流系统绝缘情况的一种装置，可实时监测线路对地电阻，当线路对地绝缘降低到设定值时就会发出告警信号。

目前有母线绝缘监测和支路绝缘监测。电池巡检单元是对蓄电池在线电压情况循环检测的一种设备，可以实时检测到每节蓄电池电压的大小，能通过监控系统显示出哪一节蓄电池发生故障。开关量检测单元是对开关量在线检测及告警干节点输出的一种设备。比如在整套系统中哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断后开关量检测单元就会发出告警信号，并能通过监控系统显示出是哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断。降压单元就是降压稳压设备，是合母电压输入降压单元，降压单元再输出到控母，调节控母电压在设定范围内。当合母电压变化时，降压单元自动调节，保证输出电压稳定。降压单元也是以输出电流的大小来标称的。目前有两种降压单元：有级降压硅链和无极降压斩波。不过无极降压斩波技术还不是很成熟，常发生故障，所以还是降压硅链使用较广泛。配电单元主要是直流屏中为实现交流输入、直流输出、电压显示、电流显示等功能所使用的器件如：电源线、接线端子、交流断路器、直流断路器、接触器、防雷器、分流器、熔断器、转换开关、按钮开关、指示灯以及电流、电压表等。
　　
　　二 直流系统在核电站中的作用
　　
　　在核电站中，直流系统的应用可以说是系统的二次能源，可以提供核电站中的较为重要装置运行的直流电源。在核电站中各种控制保护系统及其复杂，其目的都是为了增强电力系统的可靠性，但是控制保护系统发挥作用的基础是需要有一套稳定可靠的电源系统。交流电源一般取自系统，无法存储，当系统发生故障时可能造成交流电全停，这样我们的控制系统保护系统无法正常工作将危机核电站设备安全，可能扩大事故，这是不允许的。直流系统与整个发电系统的运行无关，一般都配有一定容量的蓄电池，平时有交流电通过充电机向蓄电池充电，当系统发生故障失去交流电时通过蓄电池向重要设备提供直流电，保证设备正常运行及事故处理。而当直流系统发生故障时，断路器会因为失去直流系统提供的直流电源而不能自动跳闸避免可能发生的意外，而导致重要电器设备损坏造成难以想象的后果。所以直流系统的可靠性对于核电站的安全运行来说是至关重要的，我们必须加强对直流系统的日常维护。
　　
　　2.1 蓄电池屏包含蓄电池组、蓄电池监测仪等。

蓄电池组经蓄电池总熔丝,并经蓄电池总开关接在合闸母线上,正常运行时由整流模块的直流输出提供各种直负荷,并经合母对蓄电池进行充电(浮充、均充)。当交流输入故障时,蓄电池合闸母线供电并经硅链向控制母线供电,保持直流系统持续供电。同时,蓄电池组有蓄电池监测仪,对蓄电池电压、充放电电流等进行实时监测。直流系统中央监控器可对电力直流电源的各个部分电气运行参数进行实时监测,遇到故障等异常情况,发出声光报警,并通过多种数字通讯手段,将故障信息上报监控后台。监控系统的另一大作用是智能化的蓄电池充放电管理,根据电池组的容量状态调节整模块的输出电压和限流值,使电池组容量充满。并延长电池组的使用寿命;此外还可实现两路交流输入电源的切换控制功能,保证一路交流电失效时,另一路交流电能及时供应,保证直流电源的可靠工作。绝缘监测仪接在控母及各馈线绝缘监测元件上,实现对所有直流馈线的绝缘检测。可反映各直流回路的接地情况的。
　　
　　2.2 直流系统，是发电厂发电厂或不可缺的必要系统。

它在日常生活中为继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等电源的运行提供保障，它的可靠性到电力系统的安全息息相关，是发电过程中极为重要的一部分。直流系统是一个独立的电源，它与整个发电系统的运行无关。当外部交流电中断时，会有另外一后备个电源--蓄电池继续为直流电源提供蓄电。而当直流系统发生故障时，断路器会因为失去直流系统提供的直流电源而不能自动跳闸避免可能发生的意外，而导致重要电器设备损坏造成难以想象的后果。所以直流系统的可靠性对于对发电厂的安全运行来说是至关重要的，我们必须加强对直流系统的日常维护。
　　
　　2.3 绝缘监察装置的维护。

早期的绝缘监察装置由于比较陈旧，又因为直流系统界限方式的影响没办法起到预想的作用仍然处于由直流母线来报警的阶段。对于寻找具体支路，接地点的寻找方式仍然采用支路断电查找。绝缘监察装置主要出现的问题有：装置死机、插件损坏、插件烧毁等。一些绝缘监察装置的死机会造成发电厂直流系统失去地接点，除此之外，一些绝缘监察装置在同一母线的多路电源支线的电压预定值同时下降时无法正确报警。对绝缘监察装置能否正常运行造成决定性影响的是直流系统的网络拓扑。

　　
　　三.直流系统常见问题及维护措施
　　
　　发电厂直流系统故障有很多种,比较常见的主要有蓄电池故障、充电模块故障、微机控制系统故障、直流系统接地故障等。
　　
　　1.蓄电池故障及维护措施
　　
　　在发电厂中蓄电池产生的故障主要有以下几方面：一是蓄电池内部开路（极板腐蚀严重断裂、极柱脱落），电池失效（极板硫化严重失去活性），电瓶亏液，电池外壳破损（会导致电解液泄露，腐蚀安装支架，并且造成蓄电池组短路，造成严重事故），对于蓄电池的使用影响较大；二是蓄电池组中单个电池的电压偏高或者偏低，单个蓄电池组的电压偏差超过了发电厂中对蓄电池电压的规定范围，会影响整个电池组的性能，整体放电能力下降，不能保障设计容量也会在关键时刻掉链子，造成不可预估的损失；三是蓄电池组的熔断器开关熔断或脱扣，在发电厂的正常运行过程中，蓄电池组是通过熔断器浮充或均充电运行，通过整流设备的电流来补充蓄电池的放电消耗，在发电厂中的负载平时是不受蓄电池供电的，当熔断器开关熔断或脱扣时交流突然失电，此时电池组不能正常给负载供电，造成断电设备停运重大事故。
　　
　　对于以上故障，应加强蓄电池的日常维护和检测，目的是查出不合格的电池。通常是使用专业蓄电池状态测试仪测试电池的内阻和电压，从而估计出电池的容量，初步确定蓄电池是否符合继续使用的要求。这就做到了容量测试和对日常蓄电池状态的有效掌握，通过检测不合格设备并及时维护，保证直流供电电池的正常工作状态。对不合格蓄电池的处理：检测出来的不合格电池不能直接丢弃或者报废，首先要做的工作是再次检测，看是否有修复的可能或者是用作其他用途。一条重要的原则是，新旧电池不能混用，不同品牌和不同批次型号的电池不能混用。对蓄电池普通性能指标的修复可以采用专业的蓄电池活化仪来完成，它能在一定程度上解决不能有效修复蓄电池的问题。
　　
　　2.充电机故障及处理措施
　　
　　对于这种故障，应该在日常的检查中对某些点进行重点检查:比如三相交流输入电压是不是平衡状态或者有没有缺相;运行中的噪声是否是正常状态;各种保护信号所显示的信息是否是正常状态;直流输出的电压值和电流值是不是处于正常的值域范围;正负母线与地面之间是否依然保持比较好的绝缘性能。在日常检查中特别注意以上列出的几点,有助于及时发现充电模块中出现的问题,并且可以有针对性地对其进行处理。目前,直流系统的充电单元都装有监控设备,可以对充电模块进行持续的监测,并且还有定时均充的功能,为工作人员减少了很多的工作量。但是也应该对出现的情况有一个比较完整的记录,定期对充电模块的运行情况进行检测,是否准时均充,并且对均充期间的电流和电压进行检查,确保它们的值正确。
　　
　　3.微机控制系统故障及处理措施
　　
　　在发电厂中的微机系统比较复杂，元器件比较繁多，较易出现故障。主要存在的故障及处理措施反映如下：一是微机显示界面报各功能自单元板故障，如充电机检测单元、蓄电池检测单元、绝缘检测单元等故障。故障产生的原因可能是各单元自身故障、设定参数不正确或者通讯故障。采取处理故障措施是：按照系统检查报故障单元是否真的故障或有操作、检测相关参数设置或者找到告警的功能子单元板使其复位，或使整个微机监控系统重新上电复位；二是系统界面显示充电机电压和蓄电池电压、蓄电池熔断信息，比如充电机电压与系统一致、充电机过压、充电机欠压等信号。故障产生的原因可能为蓄电池正极、负极或两极保险熔断或者开路，或者充电机设定中充电机设定电压过高或过低以及充电机出现故障、市电失电造成电池过度放电等原因。采取的故障处理措施是查明原因立即更换蓄电池熔断器（或刀闸），修复断路点；否则交流停电将会导致直流屏无直流电送出设备不能正常运行，另外通过重新设置充电机过压或欠压值使其在正常范围内。
　　
　　4. 直流系统接地故障及处理措施
　　
　　发电厂直流系统接地是一种易发生且对电力系统危害性较大的故障。直流系统正极接地，就会有造成继电保护误动的可能，因为一般跳闸线圈（如出口中间继电器线圈和跳闸线圈等）均接电源负极，回路再发生接地或绝缘不良就会形成两点接地，引起保护误动；直流系统负极接地，如果回路中再有一点接地，形成两点接地可将跳闸回路或合闸回路短路，保护拒动，此时系统发生故障，保护的拒动必然导致系统事故扩大（即越级扩大事故），同时还可能烧坏继电器的触点和烧保险。
　　
　　当直流系统发生接地时，由直流系统绝缘监察装置发出预告信号。此时，应首先确定是正极接地，还是负极接地；是完全接地，还是绝缘电阻降低。然后再根据运行方式、检修、操作及气候等因的影响，判断可能接地的地点，确定寻找地点的方法和步骤。寻找接地点的一般原则：
　　
　　（1）对于两段以上并列运行的直流母线，先采用“分网法”，拉开两段母线的分段刀闸，判明属哪一段母线接地，以缩小查找范围。
　　
　　（2）对直流母线上允许短时停电的直流负荷馈线，采用“瞬间停电法”寻找。当拉开某一回路时，如接地信号消失，并且各极对地电压恢复正常，则说明接地点在该回路上。
　　
　　（3）对于不允许短时停电的重要直流负荷，可采用“转移负荷法”查找接地点。
　　
　　（4）如接地不在各直流负荷上时，可瞬间解列充电设备、蓄电池和倒换直流母线查找接地点。
　　
　　四.直流系统改进措施研究
　　
　　1.加强教育，改善环境
　　
　　(1)加强对运行人员的培训，使其认识到蓄电池对于电力系统安全稳定运行的重要性。加强对蓄电池的巡视，及时发现问题，及时处理。
　　
　　(2)从硬件上对运行人员提供支持。可以在现有设备的基础上增加电池组智能巡检仪，方便运行人员巡视。
　　
　　2.引进原理先进的充电机
　　
　　现有的各电压等级的充电器常采用浮充的方式，由于充电器运行时间比较长，设备存在一定的老化现象，存在诸如触点粘合、整定值偏移、实际电压输出值与现场检测值存在较大偏差等故障，使得现有的充电设备在一定程度上对机组的安全运行造成威胁。
　　
　　可以使用均浮充自动转换的充电机，便于对亏电电池快速充电以及维护。
　　
　　3.开发先进的智能放电设备
　　
　　(1)采用智能放电设备，用于检验蓄电池容量，作为核对性试验时的直流负荷。由于其可以对蓄电池恒流放电，改变了无法控制放电电流的缺点，保证了蓄电池的良好使用。在机组检修、设备维护周期内，定期对各电压等级的所有蓄电池进行充放电试验，检测现有蓄电池的健康状况。
　　
　　(2)蓄电池在进入系统工作之前，应进行细致的充放电试验，认真检测每一节电池，以保证蓄电池性能一致。
　　
　　(3)现使用的蓄电池大多是密封铅酸蓄电池，采用定电压限流充电新技术后，确保了蓄电池的使用寿命。
　　
　　4.改变检测蓄电池容量的手段
　　
　　采用智能巡检仪，改变以往只用电表测量输出电压的简单方法。传统的电池电压测量方法只是用电表测电池在浮充状态下的电池端电压，实际上只能知道电池在浮充状态下的化学电势，即使是一个容量非常小的电池，在浮充状态下其端电压也可能显示正常，所以通过在浮充状态下测量电池电压来判断电池好坏的方法不可取。新型装置不仅可以测量电池电池内阻、充放电时电池电流及端电压的变化，还可以从容量分析判断电池的性能。

　　
　　作者简介：
　　
　　马李红，电力工程师，就业于北宁电力电子（北京）有限公司，从事电源行业20多年，曾发表多篇绿色节能型文章，参与多项中石油、中石化、中国核电、中广核电国家重点项目建设。
　　
　　编辑：Harris