直流屏維護(hù)技術(shù)：從傳統(tǒng)運(yùn)維到智能協(xié)同的全維度實(shí)踐
日期：2025-09-03    瀏覽次數(shù): 93

直流屏作為電力系統(tǒng)的 "神經(jīng)中樞"，為繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和信號(hào)系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的直流電源，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，直流屏維護(hù)已從傳統(tǒng)的定期巡檢模式演進(jìn)為融合邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的預(yù)測性維護(hù)體系。本文將系統(tǒng)闡述直流屏的維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、核心技術(shù)及實(shí)操方法，構(gòu)建覆蓋基礎(chǔ)維護(hù)、智能診斷和故障治理的全生命周期維護(hù)框架。

基礎(chǔ)維護(hù)體系的構(gòu)建與執(zhí)行

直流屏維護(hù)的核心目標(biāo)是確保在正常和事故狀態(tài)下，為各類控制、保護(hù)裝置提供持續(xù)可靠的直流電源。根據(jù) DL/T 459-2010《電力系統(tǒng)直流電源柜運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》和 DL/T 724-2021《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》等現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)維護(hù)體系需涵蓋充電模塊、蓄電池組和監(jiān)控系統(tǒng)三大核心組件的定期檢查與校驗(yàn)。

充電模塊作為直流屏的 "心臟"，其維護(hù)質(zhì)量直接影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)于高頻開關(guān)電源組成的充電單元，日常巡檢應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注散熱風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)、輸出電流是否在額定范圍內(nèi)以及有無異常噪聲。每月需使用數(shù)字萬用表精確測量輸出電壓，確保浮充電壓維持在 2.23-2.28V×N（N 為電池節(jié)數(shù)）的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，均充電壓則應(yīng)控制在 2.30-2.35V×N。每季度應(yīng)進(jìn)行一次模塊清掃，采用絕緣毛刷清除內(nèi)部積塵，特別注意保持散熱通道暢通。對(duì)于具備溫度補(bǔ)償功能的模塊，需每月確認(rèn)溫度傳感器有效性，補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)設(shè)置為 - 3mV/℃/ 節(jié)以適應(yīng)環(huán)境變化。

蓄電池組的維護(hù)采用 "分級(jí)周期法" 進(jìn)行管理。新安裝或大修后的閥控式密封蓄電池組，應(yīng)立即進(jìn)行全核對(duì)性放電試驗(yàn)；正常運(yùn)行后，前 6 年每 2-3 年進(jìn)行一次核對(duì)性放電，運(yùn)行 6 年以上的蓄電池則需每年檢測一次。放電過程中需嚴(yán)格控制電流恒定，每小時(shí)記錄電池組端電壓和單體電壓，當(dāng)標(biāo)稱 2V 的單體電池電壓降至 2.00V 時(shí)必須終止放電。對(duì)于鎘鎳蓄電池，除常規(guī)充放電外，每 3 年應(yīng)更換一次電解液以避免碳酸鉀積累影響性能，更換前需將電池放電至終止電壓，更換后進(jìn)行活化處理方可重新投入運(yùn)行。每月還需進(jìn)行一次均衡充電，將鉛酸蓄電池電壓保持在 13.7V，鎘鎳蓄電池電壓保持在 1.5V，持續(xù)時(shí)間不少于 4 小時(shí)。

絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的維護(hù)是防止直流系統(tǒng)接地故障的關(guān)鍵。根據(jù) DL/T 459-2010 要求，系統(tǒng)絕緣電阻應(yīng)不低于 1MΩ（220V 系統(tǒng)）或 0.5MΩ（110V 系統(tǒng)）。日常巡檢需檢查絕緣監(jiān)測裝置是否正常告警，每季度使用兆歐表進(jìn)行一次絕緣電阻測試，測試前必須斷開蓄電池并進(jìn)行充分放電，避免高壓損壞設(shè)備。對(duì)于采用平衡橋法的監(jiān)測裝置，應(yīng)定期校驗(yàn)檢測電阻精度，確保 100kΩ 以上接地故障能被準(zhǔn)確識(shí)別。

智能診斷技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新

隨著電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，直流屏維護(hù)已進(jìn)入 "全域感知 + 邊緣智能" 的新時(shí)代，智能監(jiān)控模塊的應(yīng)用使傳統(tǒng)被動(dòng)維護(hù)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)預(yù)警模式。新一代監(jiān)控系統(tǒng)如 JN070JK/RY 系列采用雙 MCU 協(xié)同架構(gòu)，主控芯片 NXP i.MX RT1170（主頻 1GHz）負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，協(xié)處理芯片 STM32H743 承擔(dān)邊緣計(jì)算任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)采集到智能決策的本地化處理。

電池健康管理（BHM）技術(shù)是智能維護(hù)的核心應(yīng)用之一。通過集成內(nèi)阻在線測量功能（精度 ±1mΩ）和 "主動(dòng)均衡 + 被動(dòng)均衡" 混合策略，可使電池組一致性提升 40%。系統(tǒng)采用 LSTM 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，能提前 30 天預(yù)測電池組剩余壽命，誤差控制在 8% 以內(nèi)，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的容量測試方法。動(dòng)態(tài) SOC（荷電狀態(tài)）校準(zhǔn)通過 "安時(shí)積分 + OCV 修正" 算法實(shí)現(xiàn)，誤差＜3%，滿足 DL/T 724-2021 對(duì)電池狀態(tài)監(jiān)測的精度要求。某 220kV 變電站應(yīng)用該技術(shù)后，電池壽命延長 30%，年節(jié)省更換成本超 50 萬元。

絕緣故障定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從 "盲目排查" 到 "精準(zhǔn)定位" 的突破。智能模塊采用 128Hz 低頻信號(hào)注入法，通過電流傳感器檢測支路漏電流，結(jié)合拓?fù)浞治隹稍?10 秒內(nèi)定位故障點(diǎn)，定位精度達(dá) ±5m（1000m 母線長度）。該方法抗 50Hz 工頻干擾能力提升 50dB，解決了傳統(tǒng)平衡橋法在復(fù)雜接地情況下誤報(bào)率高的問題。在地鐵等特殊場景，系統(tǒng)通過 CAN 總線冗余通信設(shè)計(jì)，單通道故障時(shí)自動(dòng)切換，使系統(tǒng)可用性達(dá)到 99.999% 以上。

通信協(xié)議的融合應(yīng)用打破了傳統(tǒng)直流屏的信息孤島狀態(tài)。智能模塊內(nèi)置 IEC 61850、Modbus TCP/RTU 和 DNP3.0 等多協(xié)議轉(zhuǎn)換引擎，無需外置網(wǎng)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的無縫對(duì)接，GOOSE 報(bào)文傳輸時(shí)間＜3ms。通過 RESTful API 接口，可將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳至阿里云 IoT、華為云等第三方平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和大數(shù)據(jù)分析。黑匣子功能記錄故障前 10s 數(shù)據(jù)（采樣間隔 1ms），結(jié)合內(nèi)置故障案例庫（覆蓋 90% 以上常見故障），為運(yùn)維人員提供精準(zhǔn)的修復(fù)建議。

故障治理的系統(tǒng)性方法論

直流屏故障處理需要建立 "監(jiān)測 - 診斷 - 修復(fù)" 的閉環(huán)體系，結(jié)合傳統(tǒng)檢測手段和智能分析工具，快速定位問題根源并采取針對(duì)性措施。根據(jù)故障發(fā)生部位，可將常見故障分為充電模塊故障、蓄電池故障和絕緣故障三大類，每類故障都有其特征表現(xiàn)和處理流程。

充電模塊常見故障包括輸出電壓異常、均流失衡和保護(hù)動(dòng)作等。當(dāng)模塊輸出電壓偏離設(shè)定值時(shí)，首先應(yīng)檢查電壓反饋回路是否松動(dòng)，隨后使用校準(zhǔn)治具通過 DAC 調(diào)整進(jìn)行精度校準(zhǔn)。對(duì)于均流不平衡度超標(biāo)的情況（標(biāo)準(zhǔn)要求≤±5%），需檢查模塊間通信線連接是否可靠，必要時(shí)重新進(jìn)行均流調(diào)試。模塊頻繁保護(hù)停機(jī)可能是由于散熱不良或負(fù)載異常引起，應(yīng)清潔風(fēng)扇濾網(wǎng)、檢查風(fēng)道，并使用霍爾傳感器測量各支路電流，排查是否存在過載情況。更換模塊時(shí)需注意新元件額定參數(shù)不低于被更換元件，晶閘管門極觸發(fā)電壓和電流應(yīng)保持一致。

蓄電池故障主要表現(xiàn)為容量下降、單體電壓不均衡和殼體鼓包等現(xiàn)象。當(dāng)核對(duì)性放電容量不足額定值的 80% 時(shí)，需進(jìn)行活化處理：對(duì)于鉛酸電池采用二階恒流充電法，鎘鎳電池則按 5h 率或 10h 率進(jìn)行充放電循環(huán)。單體電壓差異過大（超過 0.05V）時(shí)，可啟用智能模塊的主動(dòng)均衡功能（均衡電流可達(dá) 2A），對(duì)落后電池進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)充充電。發(fā)現(xiàn)電池鼓包或漏液時(shí)，應(yīng)立即檢查充電電壓是否過高，并測試環(huán)境溫度是否超過 35℃，必要時(shí)更換電池并重新進(jìn)行整組配組。處理蓄電池故障時(shí)必須佩戴耐酸手套，若酸液接觸皮膚，立即用 5% 蘇打水沖洗。

絕緣故障的治理需要結(jié)合傳統(tǒng)測試和智能定位技術(shù)。當(dāng)絕緣監(jiān)測裝置告警時(shí)，首先使用兆歐表分段測量各支路絕緣電阻，排除虛假接地情況。對(duì)于多點(diǎn)接地故障，可利用智能模塊的 SVM 支持向量機(jī)算法，識(shí)別故障類型并定位故障點(diǎn)。在潮濕環(huán)境下，需重點(diǎn)檢查端子排和電纜接頭是否凝露，可采用熱風(fēng)干燥處理并涂刷絕緣漆。對(duì)于反復(fù)出現(xiàn)的接地故障，應(yīng)檢查環(huán)境濕度是否超標(biāo)（建議控制在 40%-60%），必要時(shí)加裝除濕裝置或?qū)耋w進(jìn)行密封處理。

系統(tǒng)性故障排查應(yīng)充分利用智能監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力。通過調(diào)取歷史曲線，可分析故障發(fā)生前的參數(shù)變化趨勢，如電池內(nèi)阻逐漸增大可能預(yù)示容量衰減，紋波系數(shù)超標(biāo)可能暗示濾波電容失效。某變電站曾通過分析充電模塊輸出紋波的異常波動(dòng)，提前發(fā)現(xiàn)濾波電容老化問題，避免了蓄電池過充損壞。建立完善的設(shè)備臺(tái)賬和維護(hù)記錄，記錄每次故障的現(xiàn)象、處理方法和更換部件，結(jié)合智能系統(tǒng)的故障統(tǒng)計(jì)功能，可識(shí)別出易損部件和薄弱環(huán)節(jié)，制定針對(duì)性的預(yù)防措施。

結(jié)論與展望

直流屏維護(hù)技術(shù)正朝著 "標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、協(xié)同化" 的方向發(fā)展，傳統(tǒng)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)代智能技術(shù)的融合成為必然趨勢。實(shí)踐表明，采用 "基礎(chǔ)維護(hù) + 智能診斷" 的混合模式，可使直流系統(tǒng)可用性提升至 99.99% 以上，顯著降低電力事故風(fēng)險(xiǎn)。DL/T 724-2021 等新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，為維護(hù)工作提供了更新更全的技術(shù)依據(jù)，推動(dòng)維護(hù)工作從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變。

未來直流屏維護(hù)將呈現(xiàn)三大發(fā)展趨勢：一是預(yù)測性維護(hù)的全面普及，通過多維度傳感器融合和 AI 算法優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)故障的超前預(yù)警；二是數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建直流系統(tǒng)虛擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)全生命周期的狀態(tài)可視化；三是運(yùn)維機(jī)器人的引入，在變電站等復(fù)雜環(huán)境中完成自動(dòng)巡檢和簡單維護(hù)作業(yè)。這些技術(shù)創(chuàng)新將進(jìn)一步提升維護(hù)效率，降低人工成本，為構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)提供堅(jiān)實(shí)保障。

對(duì)于運(yùn)維人員而言，既需要掌握傳統(tǒng)的電氣測試技能，如準(zhǔn)確使用兆歐表、萬用表和放電設(shè)備，又要熟悉智能系統(tǒng)的操作與數(shù)據(jù)分析方法。建議建立分層培訓(xùn)體系：基礎(chǔ)層側(cè)重標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程和實(shí)操技能，進(jìn)階層強(qiáng)化智能設(shè)備應(yīng)用，專家層培養(yǎng)故障診斷和系統(tǒng)優(yōu)化能力。只有不斷提升專業(yè)素養(yǎng)，才能適應(yīng)直流屏維護(hù)技術(shù)的發(fā)展需求，為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行保駕護(hù)航。