直流母線電壓異常的原因

直流母線是一種承載直流電能傳輸?shù)拇笮蛯?dǎo)線系統(tǒng)，由多根金屬導(dǎo)線通過連接件組成，通常由銅、鋁等優(yōu)良導(dǎo)電材料制成，可用于將直流電源連接到負(fù)載設(shè)備，實現(xiàn)電能的輸送和分配。其電壓過高或過低的一些常見原因如下：  

供電源電壓異常  

過高電壓：電源提供的直流電壓超過設(shè)定范圍時，會導(dǎo)致直流母線電壓過高。這可能是因為電源自身的問題、調(diào)節(jié)裝置故障或者變壓器繞組接線錯誤等。例如，若變壓器原副邊繞組接線出現(xiàn)錯誤，可能使輸出電壓超出正常范圍，從而影響直流母線電壓。大型電力系統(tǒng)中，如果發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定且偏高，當(dāng)這部分電力傳輸?shù)街绷髂妇€時，也可能造成母線電壓過高的情況。  

過低電壓：如果電源提供的直流電壓低于設(shè)定范圍，直流母線電壓就會過低。造成電源電壓低的因素有電源電壓不穩(wěn)定、電路負(fù)載過重或者電源輸出能力不足等。比如，當(dāng)某個變電站中負(fù)載設(shè)備突然大量增加，遠(yuǎn)超電源的供應(yīng)能力，分配到直流母線上的電壓會隨之降低；再者，電源內(nèi)部電路老化或者出現(xiàn)故障，導(dǎo)致功率輸出降低，也會使直流母線電壓降低。  

接觸不良  

導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與連接件間的連接若不佳（如存在松動的螺栓、氧化的接觸面或者磨損的連接部件等情況），接觸電阻會增大，這會造成直流母線電壓降低。當(dāng)多個設(shè)備通過連接件連接成直流母線系統(tǒng)時，只要其中某一連接點出現(xiàn)接觸不良，就會在這個局部產(chǎn)生額外的電阻。根據(jù)歐姆定律，在電流不變的情況下，電阻的增加必然導(dǎo)致電壓降低。比如，在長期運(yùn)行的電氣設(shè)備中間的連接銅排，如果維護(hù)不到位，表面逐漸氧化，會使接觸電阻增大，進(jìn)而影響直流母線電壓值。  

負(fù)載變化  

大電流突變：當(dāng)負(fù)載突然增加時，直流母線電壓可能會降低，相反，大型負(fù)載突然斷開時，電壓可能會升高。例如大型電機(jī)啟動時，電機(jī)啟動電流往往能達(dá)到額定電流的數(shù)倍，這種大電流的突增對直流母線的電壓沖擊很大，會使得直流母線電壓瞬間下降；而當(dāng)電機(jī)停止工作或者大型負(fù)載設(shè)備從母線斷開時，原本消耗電能的設(shè)備停止消耗，母線電壓可能會快速上升。另外，若多個負(fù)載同時運(yùn)行并且有很大的波動性，也會經(jīng)常導(dǎo)致直流母線電壓不穩(wěn)定。  

調(diào)節(jié)裝置故障  

如果直流母線上的穩(wěn)壓器出現(xiàn)故障或者失效，無法正常地調(diào)節(jié)電壓，會導(dǎo)致直流母線電壓無法穩(wěn)定。元件老化、過載或者損壞等原因都可能使穩(wěn)壓器不能工作。例如在一個電子設(shè)備中，直流母線電壓經(jīng)過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓供給芯片使用，如果穩(wěn)壓器內(nèi)部的電容、電阻等元件因為長時間受熱或者使用達(dá)到壽命而發(fā)生性能衰退時，穩(wěn)壓器不能正確調(diào)整電壓輸出，從而影響直流母線電壓值。  

充電器或蓄電池相關(guān)

充電器跳閘：如果系統(tǒng)依賴充電器維持直流母線的電壓，充電器跳閘將影響母線供電，可能導(dǎo)致電壓異常。  

蓄電池故障：蓄電池是直流電源系統(tǒng)的重要組成部分，出現(xiàn)故障（例如內(nèi)部短路、極板老化虧電等）將不能正常輸出電壓，也會使直流母線電壓受到影響。  

熔斷器熔斷

熔斷器在電路中起到保護(hù)作用，當(dāng)電路發(fā)生過載、短路等故障時會熔斷以切斷電路。然而若熔斷器誤熔斷或者因為其他負(fù)載相關(guān)故障熔斷，會使電路中某部分?jǐn)嚯?，從而引發(fā)直流母線電壓異常。  

直流母線電壓異常的常見處理方法

針對充電器跳閘  

如果充電器跳閘，根據(jù)實際運(yùn)行情況啟動備用充電器。備用充電器可以及時補(bǔ)充直流母線的電能供應(yīng)，保證母線電壓的穩(wěn)定。例如，在某些數(shù)據(jù)機(jī)房直流電源系統(tǒng)中，配置了多臺充電器并行工作，當(dāng)一臺充電器因為內(nèi)部過熱等原因跳閘，監(jiān)控系統(tǒng)檢測到異常后會提醒運(yùn)維人員開啟備用充電器。通常這需要對整個電源系統(tǒng)有完善的監(jiān)控體系，可以實時監(jiān)測各充電器的工作狀態(tài)。此外，在啟動備用充電器前，還要檢查母線是否存在其他故障風(fēng)險，避免新投入的充電器受到二次損壞。  

針對蓄電池故障  

若蓄電池故障，應(yīng)將直流母線倒至另一組蓄電池帶。這種切換操作需要謹(jǐn)慎進(jìn)行，確保在切換過程中直流母線的供電不會中斷或造成較大波動。這一操作依賴于良好的母線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及高質(zhì)量的切換設(shè)備。例如，在變電站直流系統(tǒng)中，兩組蓄電池通過母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)相連，一旦監(jiān)測到其中一組蓄電池出現(xiàn)故障（例如電池開路、電量無法釋放等情況），可以手動或者通過自動切換裝置將母線負(fù)載切換到正常的蓄電池組上。同時，對故障蓄電池要進(jìn)行及時維修或者更換，并且分析故障的具體原因，避免新?lián)Q上的蓄電池出現(xiàn)同樣問題。  

針對直流系統(tǒng)大負(fù)荷變化引起的異常  

若直流系統(tǒng)大負(fù)荷變化引起電壓異常，需要調(diào)整充電器使電壓恢復(fù)正常。對于大負(fù)荷變化造成的電壓波動，可以對充電器的輸出參數(shù)（如輸出電壓、電流等）進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，來彌補(bǔ)負(fù)荷變化導(dǎo)致的電壓變化。比如在有多個大型電機(jī)頻繁啟停的車間直流系統(tǒng)中，電機(jī)啟動時負(fù)荷突增，可以事先設(shè)置充電器在檢測到電流突變時自動提升輸出電壓；當(dāng)電機(jī)停止時，再適當(dāng)降低輸出電壓。這要求充電器具備足夠的功率調(diào)整范圍和較快的響應(yīng)速度，以及精確的電壓、電流監(jiān)測和控制功能，以滿足大負(fù)荷變化時的穩(wěn)壓需求。  

針對熔斷器熔斷  

當(dāng)熔斷器熔斷時，更換合格的熔斷器即可。但在更換之前，需要查找熔斷器熔斷的原因，排除故障誘因之后再進(jìn)行更換。例如是因過載熔斷，需找到過載源（是某個短路的設(shè)備，還是因為線路接錯導(dǎo)致電流過大等）并加以處理；如果是因為熔斷器自身老化誤熔斷，在更換合格熔斷器后，還應(yīng)增加對熔斷器狀態(tài)的定期檢查頻率。同時，在選擇熔斷器時，要確保熔斷器的額定電流、熔斷特性等參數(shù)與直流母線系統(tǒng)相匹配，防止再次出現(xiàn)熔斷或者不能正常保護(hù)的情況。  

針對特定設(shè)備如變頻器的處理  

對于變頻器引起的直流母線電壓過高等異常，如果是減速過快導(dǎo)致直流母線過壓，可以延長減速時間來解決；如果不允許調(diào)時間，只能加剎車電阻。因為在電機(jī)減速過程中，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，電能回流到直流母線，如果減速時間短，不能及時釋放能量會造成電壓升高，延長減速時間可以減緩能量回流速度；剎車電阻的增加能夠消耗掉多余的能量，避免電壓過度升高。另外，當(dāng)負(fù)載屬于回饋負(fù)載（如提升機(jī)負(fù)載下行時），電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，能量回充到直流母線時，也可以加剎車電阻加以解決。在條件允許的情況下，還可加網(wǎng)側(cè)逆變器把能量回饋到電網(wǎng)，或者實現(xiàn)多臺變頻器共直流母線，以平衡能量，穩(wěn)定母線電壓。  

直流母線電壓異常處理的案例分析  

案例一：直流屏充電模塊故障

故障現(xiàn)象  

某火力發(fā)電廠220KV變電站直流電源系統(tǒng)監(jiān)控單元報蓄電池組過壓、控制母線過壓，第1臺充電模偏高的信號?，F(xiàn)場查看2號充電裝置第1臺充電模塊異常造成輸出電壓過高，導(dǎo)致直流母線電壓異常。  

檢測過程  

一方面進(jìn)行外觀檢查，各開關(guān)位置正常，2號直流充電屏發(fā)出告警信息，屏前數(shù)字表顯示蓄電池組過壓、控制母線過壓。然后將直流屏中央監(jiān)控器關(guān)機(jī)，檢測充電模塊輸出狀態(tài)沒有發(fā)生變化；之后讓監(jiān)控器待機(jī)，對合閘母線3臺模塊逐一關(guān)機(jī)后再開機(jī)以查看直流母線電壓變化，最終發(fā)現(xiàn)2號充電裝置的第1臺充電模塊關(guān)機(jī)后，充電裝置輸出電壓降壓到245.2V，第1臺模塊開機(jī)充電裝置輸出電壓馬上拉高到261V，確定是該模塊出現(xiàn)異常。  

解決方案  

發(fā)現(xiàn)第一臺模塊出現(xiàn)異常（表現(xiàn)為內(nèi)部程序不受控）后，將第一臺模塊隔離，開啟監(jiān)控器，現(xiàn)場恢復(fù)正常。之后調(diào)整充電裝置的參數(shù)，由剩余充電模塊繼續(xù)工作，并且還將故障電源充電模塊返廠修理好后再投入運(yùn)行，充電裝置參數(shù)也調(diào)整到正常工作方式。  

防范建議  

加強(qiáng)充電模塊運(yùn)維時的巡視檢查，并做好清潔工作防止充電模塊風(fēng)扇積塵導(dǎo)致散熱不良；合理設(shè)置直流屏充電模塊的過壓或欠壓保護(hù)功能閾值；對于過壓保護(hù)功能失效的充電模塊，要及時發(fā)現(xiàn)并在發(fā)現(xiàn)個別充電模塊故障時緊急退出，避免造成蓄電池組的過充故障；直流屏充電模塊的退出和投入均應(yīng)調(diào)整充電裝置的參數(shù)；增加充電模塊備品備件；每年用直流電源綜和特性測試儀對直流電源關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行測試，對不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的模塊進(jìn)行更換；新建站配套直流屏采購時，選用口碑好的成熟品牌。  

案例二：變頻器再生制動引起的過電壓  

故障現(xiàn)象  

變頻器運(yùn)行中報直流母線過壓故障，主要是電機(jī)四象限運(yùn)行的發(fā)電狀態(tài)下電能無法回饋電網(wǎng)，進(jìn)而引起母線電容充電、電壓泵升。正常情況下，變頻器直流部電壓為三相全波整流后的平均值，以380V線電壓計算為513V，但故障發(fā)生時電壓大幅超過正常值。  

檢測過程  

通過監(jiān)測變頻器運(yùn)行參數(shù)，尤其是直流母線電壓實時值，發(fā)現(xiàn)電機(jī)在減速停止或者負(fù)載能量回饋過程中母線電壓異常上升。檢查變頻器的制動電路部分是否正常工作，以及是否有外部設(shè)備異常導(dǎo)致電機(jī)工作在特殊狀態(tài)影響電能回饋。  

解決方案  

根據(jù)手冊增加制動單元和剎車電阻，用于消耗多余的能量；如果是因為減速時間設(shè)置不合理導(dǎo)致，可以適當(dāng)延長減速時間。這樣可以通過制動單元和電阻將電能消耗掉，避免電能不斷對母線電容充電導(dǎo)致過電壓。  

案例三：變電站蓄電池與充電裝置故障導(dǎo)致直流母線電壓異常  

故障現(xiàn)象  

某220kV變電站的站用變壓器低壓斷路器401、402低壓脫扣跳閘，全站交流電源失去，直流充電裝置失去電源停止工作，第2組蓄電池存在開路，直流Ⅱ段母線電壓異常。  

檢測過程  

首先對第2組蓄電池外觀檢查未發(fā)現(xiàn)漏液、鼓肚、凹陷等異常，進(jìn)一步選擇75號蓄電池進(jìn)行現(xiàn)場解體，發(fā)現(xiàn)75號蓄電池正、負(fù)極極板腐蝕嚴(yán)重，負(fù)極極柱出現(xiàn)溶化現(xiàn)象，蓄電池負(fù)極極柱與匯流排連接處已完全斷裂，確認(rèn)75號蓄電池開路。通過試驗檢測，分析是因一次系統(tǒng)異常（站用變壓器低壓斷路器401、402低電壓脫扣跳閘，交流電源失去1h期間，兩組蓄電池分別帶全站直流電源負(fù)荷）造成直流Ⅱ段母線電壓低信號，且發(fā)現(xiàn)75號蓄電池存在開路現(xiàn)象導(dǎo)致故障。  

解決方案  

專業(yè)班組迅速將全站直流負(fù)荷倒至第1組蓄電池、充電裝置帶全站負(fù)荷；采用應(yīng)急電源臨時投運(yùn)到該站；新裝第2組蓄電池投入運(yùn)行恢復(fù)容量至400Ah，最終使全站恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。  

防范建議  

重視變電站站用交流電源系統(tǒng)電壓質(zhì)量，對于特殊負(fù)載（如鐵路牽引站等）可能造成的一次系統(tǒng)波動要采取措施保障安全；加快推進(jìn)直流屏系統(tǒng)電壓接入故障錄波器工作；重視變電站直流屏配套蓄電池運(yùn)行維護(hù)工作；加強(qiáng)變電站交直流電源定期巡視工作；重視基建變電站交直流電源設(shè)備驗收；重視變電站UPS直流接入系統(tǒng)后的容量需求變化。  

直流母線電壓異常處理的注意事項  

檢測與判斷過程中的注意點  

在處理直流母線電壓異常時，首先要準(zhǔn)確檢測和判斷。需要使用合適的測量工具，如精度足夠的電壓表，來獲取準(zhǔn)確的母線電壓值。同時，要參考多個監(jiān)測信號，不能僅僅依靠母線電壓表。例如，要結(jié)合絕緣監(jiān)察裝置電壓高低指示燈、DCS系統(tǒng)報警信息等綜合判斷電壓是否真正異常。另外，要確認(rèn)監(jiān)測設(shè)備自身是否可靠，例如有些電壓表可能存在零點漂移等故障，如果依賴不準(zhǔn)確的監(jiān)測設(shè)備，可能對電壓異常做出錯誤的判斷而采取不當(dāng)?shù)奶幚泶胧?nbsp; 

當(dāng)根據(jù)電壓問題看似出在某一設(shè)備（如充電器）時，還要檢查設(shè)備的輸入輸出情況，不能簡單認(rèn)定是該設(shè)備故障導(dǎo)致電壓問題。例如充電器看似輸出電壓異常，有可能是輸入的交流電源質(zhì)量差或者線路連接不良影響了輸入，從而導(dǎo)致輸出異常，需要從整個電源鏈路系統(tǒng)進(jìn)行排查。  

操作執(zhí)行過程中的注意點  

在進(jìn)行各種處理操作（如切換蓄電池、啟動備用充電器等）時，要嚴(yán)格遵循操作規(guī)程。以切換蓄電池為例，操作時要按照規(guī)定的順序進(jìn)行開關(guān)動作，避免操作失誤產(chǎn)生電弧或者造成負(fù)載瞬間中斷。在啟動備用充電器前，要確保其各項參數(shù)設(shè)置正確并且預(yù)先進(jìn)行簡單測試，防止新投入的設(shè)備本身存在問題或者參數(shù)與母線系統(tǒng)不匹配進(jìn)一步惡化電壓問題。  

處理過程中要時刻關(guān)注母線電壓的變化情況，如果在采取措施后電壓沒有朝著預(yù)期的方向改善或者出現(xiàn)新的問題，應(yīng)立即停止操作，重新對整個系統(tǒng)進(jìn)行評估。例如在調(diào)整充電器參數(shù)提升電壓時，若發(fā)現(xiàn)電壓突然出現(xiàn)大幅度波動或者反而下降，要停止調(diào)整，并檢查充電器是否存在故障、母線是否有其他新增故障（如新增短路點等）。  

當(dāng)調(diào)整設(shè)備參數(shù)（如充電器的輸出電壓、電流等）時，每次調(diào)整幅度不宜過大。否則可能會產(chǎn)生過沖現(xiàn)象，對母線電壓產(chǎn)生新的沖擊和不穩(wěn)定因素。增量調(diào)整參數(shù)后，給予充足的時間觀察母線電壓和其他相關(guān)設(shè)備的反應(yīng)再進(jìn)行下一輪調(diào)整。  

防范安全風(fēng)險方面的注意點  

在處理直流母線電壓異常問題時，要注意防范電擊等安全風(fēng)險。因為直流母線可能帶有高電壓，維修人員在操作過程中必須嚴(yán)格按照電氣安全規(guī)定，使用絕緣良好的工具，穿戴絕緣防護(hù)設(shè)備。比如在檢查母線連接點時，嚴(yán)禁在未停電的情況下直接用手觸摸，防止觸電。  

如果涉及熔斷器更換或者線路新增更改等操作，操作完成后需要仔細(xì)檢查是否存在線頭虛接情況，防止因虛接產(chǎn)生高電阻導(dǎo)致局部過熱引發(fā)火災(zāi)危險。并且在進(jìn)行這些操作前，要確保在操作區(qū)域內(nèi)已經(jīng)采取了防火措施（如配備滅火器材等）。  

不同類型設(shè)備直流母線電壓異常及處理的差異  

變頻器與普通直流母線設(shè)備（如變電站直流系統(tǒng)）的差異  

異常原因方面  

變頻器：對于變頻器而言，引起直流母線電壓異常的一個特殊原因是電機(jī)的四象限運(yùn)行狀態(tài)。在電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)（如電機(jī)被拖動或者減速過程中），電能會回流到直流母線，如果該能量無法回饋電網(wǎng)（例如沒有合適的能量回饋裝置或者相關(guān)電路故障），就會造成母線電容充電、電壓泵升，這與普通直流系統(tǒng)的電源供用電邏輯不同。普通直流系統(tǒng)中電壓異常更多是和電源供應(yīng)的穩(wěn)定性、負(fù)載的功率變化以及線路連接等有關(guān)，很少涉及到電機(jī)的再生電能反饋情況，例如變電站直流系統(tǒng)中，電壓異常多是因為蓄電池、充電器等設(shè)備故障或者負(fù)載突然變化（如變電站中繼電器突然動作，增加直流負(fù)載）等因素。  

變電站直流系統(tǒng)等：變電站直流系統(tǒng)中的蓄電池老化或者故障是導(dǎo)致電壓異常常見原因之一，蓄電池極板硫化、短路等故障會使電池?zé)o法正常提供或存儲電能，進(jìn)而影響直流母線電壓。另外，變電站中的變壓器故障或者交流側(cè)波動也會影響到直流充電裝置的輸入，從而影響直流母線電壓。但在變頻器當(dāng)中，不會涉及到這樣的故障機(jī)制，因為變頻器主要作用是對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，而不是像變電站那樣進(jìn)行電力的傳輸和轉(zhuǎn)換。  

處理方法方面  

變頻器：當(dāng)變頻器出現(xiàn)直流母線電壓過高時，如果是因為電機(jī)減速過快導(dǎo)致，可以延長減速時間讓電機(jī)慣性減少產(chǎn)生回充電能的幅度；如果是制動方面的問題，除了可以增加剎車電阻外，還可以對變頻器內(nèi)部的制動參數(shù)（如制動轉(zhuǎn)矩等設(shè)置）進(jìn)行優(yōu)化，以匹配實際的負(fù)載和工作需求。而這些處理手段對于變電站直流系統(tǒng)基本不適用，變電站直流系統(tǒng)在處理電壓異常時更多是圍繞蓄電池、充電站等設(shè)備進(jìn)行運(yùn)維處理，例如切換蓄電池組、檢查更換充電模塊等。  

變電站直流系統(tǒng)等：在變電站直流系統(tǒng)中，如果母線電壓低是因為充電裝置故障，一般需要停用故障的充電裝置，投入備用裝置或者調(diào)整為其他運(yùn)行方式（如另一個正常的直流母線段帶全站負(fù)荷）。對于變電站來說，直流系統(tǒng)的負(fù)載往往是各種控制、保護(hù)等設(shè)備，要求直流電壓更加穩(wěn)定可靠，雖然變頻器也需要穩(wěn)定的直流母線電壓，但其對故障風(fēng)險的耐受程度和處理方法不同。變頻器是電機(jī)控制設(shè)備，如果母線電壓在短時間內(nèi)超出范圍但隨后恢復(fù)，可能電機(jī)只短暫報警，不會像在變電站中那樣可能造成保護(hù)誤動作或者故障擴(kuò)大化。