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的大型導線系統(tǒng)，由多根金屬導線通過連接件組成，通常由銅、鋁等優(yōu)良導電材料制成，可用于將直流電源連接到負載設備，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定范圍時，會導致直流母線電壓過高。這可能是因為電源自身的問題、調節(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)電機輸出電壓不穩(wěn)定且偏高，當這部分電力傳輸到直流母線時，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、電路負載過重或者電源輸出能力不足等。比如，當某個變電站中負載設備突然大量增加，遠超電源的供應能力，分配到直流母線上的電壓會隨之降低；再者，電源內部電路老化或者出現(xiàn)故障，導致功率輸出降低，也會使直流母線電壓降低。  

接觸不良  

導線之間、導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。當多個設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，就會在這個局部產生額外的電阻。根據歐姆定律，在電流不變的情況下，電阻的增加必然導致電壓降低。比如，在長期運行的電氣設備中間的連接銅排，如果維護不到位，表面逐漸氧化，會使接觸電阻增大，進而影響直流母線電壓值。  

負載變化  

大電流突變：當負載突然增加時，直流母線電壓可能會降低，相反，大型負載突然斷開時，電壓可能會升高。例如大型電機啟動時，電機啟動電流往往能達到額定電流的數倍，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；而當電機停止工作或者大型負載設備從母線斷開時，原本消耗電能的設備停止消耗，母線電壓可能會快速上升。另外，若多個負載同時運行并且有很大的波動性，也會經常導致直流母線電壓不穩(wěn)定。  

調節(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，無法正常地調節(jié)電壓，會導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。例如在一個電子設備中，直流母線電壓經過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓供給芯片使用，如果穩(wěn)壓器內部的電容、電阻等元件因為長時間受熱或者使用達到壽命而發(fā)生性能衰退時，穩(wěn)壓器不能正確調整電壓輸出，從而影響直流母線電壓值。  

充電器或蓄電池相關

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作用，當電路發(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載相關故障熔斷，會使電路中某部分斷電，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，根據實際運行情況啟動備用充電器。備用充電器可以及時補充直流母線的電能供應，保證母線電壓的穩(wěn)定。例如，在某些數據機房直流電源系統(tǒng)中，配置了多臺充電器并行工作，當一臺充電器因為內部過熱等原因跳閘，監(jiān)控系統(tǒng)檢測到異常后會提醒運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，應將直流母線倒至另一組蓄電池帶。這種切換操作需要謹慎進行，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撲結構以及高質量的切換設備。例如，在變電站直流系統(tǒng)中，兩組蓄電池通過母線聯(lián)絡開關相連，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載切換到正常的蓄電池組上。同時，對故障蓄電池要進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)大負荷變化引起的異常  

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

針對熔斷器熔斷  

當熔斷器熔斷時，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行更換。例如是因過載熔斷，需找到過載源（是某個短路的設備，還是因為線路接錯導致電流過大等）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的情況。  

針對特定設備如變頻器的處理  

對于變頻器引起的直流母線電壓過高等異常，如果是減速過快導致直流母線過壓，可以延長減速時間來解決；如果不允許調時間，只能加剎車電阻。因為在電機減速過程中，電機處于發(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，當負載屬于回饋負載（如提升機負載下行時），電動機處于發(fā)電機狀態(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，還可加網側逆變器把能量回饋到電網，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，導致直流母線電壓異常。  

檢測過程  

一方面進行外觀檢查，各開關位置正常，2號直流充電屏發(fā)出告警信息，屏前數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)控器關機，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，對合閘母線3臺模塊逐一關機后再開機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臺充電模塊關機后，充電裝置輸出電壓降壓到245.2V，第1臺模塊開機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)場恢復正常。之后調整充電裝置的參數，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行，充電裝置參數也調整到正常工作方式。  

防范建議  

加強充電模塊運維時的巡視檢查，并做好清潔工作防止充電模塊風扇積塵導致散熱不良；合理設置直流屏充電模塊的過壓或欠壓保護功能閾值；對于過壓保護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調整充電裝置的參數；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鍵指標進行測試，對不符合國家標準的模塊進行更換；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  

變頻器運行中報直流母線過壓故障，主要是電機四象限運行的發(fā)電狀態(tài)下電能無法回饋電網，進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)測變頻器運行參數，尤其是直流母線電壓實時值，發(fā)現(xiàn)電機在減速停止或者負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，以及是否有外部設備異常導致電機工作在特殊狀態(tài)影響電能回饋。  

解決方案  

根據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置不合理導致，可以適當延長減速時間。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致過電壓。  

案例三：變電站蓄電池與充電裝置故障導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，進一步選擇75號蓄電池進行現(xiàn)場解體，發(fā)現(xiàn)75號蓄電池正、負極極板腐蝕嚴重，負極極柱出現(xiàn)溶化現(xiàn)象，蓄電池負極極柱與匯流排連接處已完全斷裂，確認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)象導致故障。  

解決方案  

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

防范建議  

重視變電站站用交流電源系統(tǒng)電壓質量，對于特殊負載（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行維護工作；加強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，要確認監(jiān)測設備自身是否可靠，例如有些電壓表可能存在零點漂移等故障，如果依賴不準確的監(jiān)測設備，可能對電壓異常做出錯誤的判斷而采取不當的處理措施。  

當根據電壓問題看似出在某一設備（如充電器）時，還要檢查設備的輸入輸出情況，不能簡單認定是該設備故障導致電壓問題。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量差或者線路連接不良影響了輸入，從而導致輸出異常，需要從整個電源鏈路系統(tǒng)進行排查。  

操作執(zhí)行過程中的注意點  

在進行各種處理操作（如切換蓄電池、啟動備用充電器等）時，要嚴格遵循操作規(guī)程。以切換蓄電池為例，操作時要按照規(guī)定的順序進行開關動作，避免操作失誤產生電弧或者造成負載瞬間中斷。在啟動備用充電器前，要確保其各項參數設置正確并且預先進行簡單測試，防止新投入的設備本身存在問題或者參數與母線系統(tǒng)不匹配進一步惡化電壓問題。  

處理過程中要時刻關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期的方向改善或者出現(xiàn)新的問題，應立即停止操作，重新對整個系統(tǒng)進行評估。例如在調整充電器參數提升電壓時，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）。  

當調整設備參數（如充電器的輸出電壓、電流等）時，每次調整幅度不宜過大。否則可能會產生過沖現(xiàn)象，對母線電壓產生新的沖擊和不穩(wěn)定因素。增量調整參數后，給予充足的時間觀察母線電壓和其他相關設備的反應再進行下一輪調整。  

防范安全風險方面的注意點  

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，穿戴絕緣防護設備。比如在檢查母線連接點時，嚴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檢查是否存在線頭虛接情況，防止因虛接產生高電阻導致局部過熱引發(fā)火災危險。并且在進行這些操作前，要確保在操作區(qū)域內已經采取了防火措施（如配備滅火器材等）。  

不同類型設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的四象限運行狀態(tài)。在電機處于發(fā)電狀態(tài)（如電機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（例如沒有合適的能量回饋裝置或者相關電路故障），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的穩(wěn)定性、負載的功率變化以及線路連接等有關，很少涉及到電機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、充電器等設備故障或者負載突然變化（如變電站中繼電器突然動作，增加直流負載）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無法正常提供或存儲電能，進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。但在變頻器當中，不會涉及到這樣的故障機制，因為變頻器主要作用是對電機進行調速控制，而不是像變電站那樣進行電力的傳輸和轉換。  

處理方法方面  

變頻器：當變頻器出現(xiàn)直流母線電壓過高時，如果是因為電機減速過快導致，可以延長減速時間讓電機慣性減少產生回充電能的幅度；如果是制動方面的問題，除了可以增加剎車電阻外，還可以對變頻器內部的制動參數（如制動轉矩等設置）進行優(yōu)化，以匹配實際的負載和工作需求。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、充電站等設備進行運維處理，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整為其他運行方式（如另一個正常的直流母線段帶全站負荷）。對于變電站來說，直流系統(tǒng)的負載往往是各種控制、保護等設備，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，但其對故障風險的耐受程度和處理方法不同。變頻器是電機控制設備，如果母線電壓在短時間內超出范圍但隨后恢復，可能電機只短暫報警，不會像在變電站中那樣可能造成保護誤動作或者故障擴大化。