變電站直流電源系統探究

福建龍海市供電有限公司 錢小泉

變電站直流電源系統探究

福建龍海市供電有限公司 錢小泉

一、變電站直流電源的類型和特點

1. 繼電保護直流電源。繼電保護直流電源有110 V和220 V兩種，它們供繼電保護控制和操作使用，是站內重要的電源。由于電源輻射到站內各個地方，為防止一次場地電位對電源系統的影響，繼電保護直流電源運行方式采用懸浮不接地方式。該電源直接關系到電網保護設備的運行， 其可靠性關系到電網運行的安全性。

2. 自動化設備電源。自動化裝置大都采用交流供電，為了保證電源的可靠性，典型的電源配置均使用UPS電源供電，其直流電源采用自帶蓄電池。運行實踐證明小型UPS電源的可靠性比較差，主要原因如下。

（1）自帶蓄電池采用小型密封鉛酸電池，使用壽命不穩定。放置UPS在箱內的電池更是如此，元器件的發熱大大惡化了蓄電池的工作環境，蓄電池容易發生漏液、開裂、放不出電等故障。

（2）一般UPS從效率方面考慮，在交流部分沒有采用隔離措施，交流電源零線與電子線路零線直接相連。而在變電站發生故障時，地電位受到接地電流或雷擊電流的影響往往發生漂移，在沒有隔離措施的情況下將可能發生擊穿損壞。

（3）UPS正常工作在旁路狀態，逆變部件發生故障無法知道，其與計算機通信告警方式與大多數站內告警系統無法連接。

3．通訊直流電源。由于通訊技術專業電源標準采用48 V直流，電壓等級不同于站內保護直流，所以歷來通訊電源完全獨立，自成系統。從目前通訊電源的運行情況看，其工作的電流絕大部分都在10 A左右，通訊設備的特點決定了其設備在工作中不存在沖擊性負載（開機瞬間除外）， 因此完全可以集成到保護直流電源中。當負載電流在10 A時，應用DC/DC技術，對于110 V直流系統來講僅增加5 A負載，對220 V直流系統來說就更小了，僅2.5 A。小負載48 V直流電源在保護直流系統供電方面具有以下優勢：

（1）DC/DC高頻開關電源變換技術效率均在92%以上，48V負載電流反映到110 V（或220 V）直流系統中電流將減少1/2（或1/4），對保護直流電源負載增加并不多。

（2）省去了通訊蓄電池，可以把這些費用增加到保護直流中，提高直流電源的冗余。由于電源來自保護直流系統，經過雙重隔離，其安全性更高。

（3）在供電可靠性方面采用模塊并聯技術，目前的均流技術可以保證模塊均衡分配負載。模塊按照N＋1冗余或N＋2設計，即便這樣,模塊的成本仍小于傳統設計，因為在模塊設計中已經不考慮蓄電池充電容量了。冗余設計大大提高了通訊電源供電的可靠性。

（4）采用DC/DC 48 V高頻開關電源模塊，可以做到標準的48 V電壓輸出，具有極小紋波及輸出短路保護功能，其各項技術性能指標完全滿足通訊設備的要求。

（5）模塊電源體積小，占用空間少，可與直流電源設備共用屏位，節省屏位，降低設備投資。

（6）維護方便，僅需更換模塊，沒有蓄電池放電工作。首先，短路電流無法從蓄電池輸出，只能靠模塊輸出和電容放電來完成，使保護開關動作隔離故障回路。其次，在保護元件失效的情況下，在帶有蓄電池的直流系統中將發生蓄電池熔絲熔斷，而采用DC/DC方式則由于短路導致開關模塊限流輸出，并無熔絲熔斷問題。

4. 事故照明電源。過去直接使用繼電保護直流電源作為事故照明電源，在實際使用中人們發現這種方式給直流電源安全運行帶來潛在危害。

5. 其他設備。五防閉鎖電源、消防電源、錄音電話電源等一些其他輔助設備在事故停電時所需電源都由變電站后備電源提供，這些電源根據不同特點歸入不同的電源類型。

二、變電站直流電源系統發展趨勢

1. 開關電源結構。當變電站各種設備都有條件采用站內直流系統電源時，其可靠性是最高的。從負載設備電源方面來講， 由于各種類型的繼電保護設備、自動化設備等一切計算機信息處理設備的內部電源都服從IC集成電路工作標準，基本統一，因此負載設備的電源不存在一定要交流輸入或者一定要直流輸入的特定條件，外部的電源輸入不存在哪一類型好壞之分。

交流輸入開關電源結構：交流輸入→電磁兼容濾波器（EMI）→整流電路→濾波→高頻開關電路→電能變壓器→各級整流→各級濾波→各級直流。

直流輸入開關電源結構：直流輸入→電磁兼容濾波器（EMI）→濾波→高頻開關電路→電能變壓器→各級整流→各級濾波→各級直流。

2. 發展趨勢。

（1）變電站綜合自動化設備工作電源日益向站內保護直流靠攏，變電站已大量使用保護直流電源作為其可靠的供電電源。

（2）在通訊設備負載不重的條件下，通過應用DC/DC變換技術，48 V直流直接從保護直流變換而來，具有很大的優勢。

（3）站內交流不間斷電源集中供電， 建立主從串聯備份結構UPS，給需要交流電源的自動化設備供電。從機備用方式可提高供電可靠性。

三、變電站直流電源系統的結構優化

變電站直流電源系統的結構優化要做好以下工作。

1.加強電源接口管理標準化。如，對所有接入直流系統的負載內部電源的EMI對地電容的量限、開機沖擊電流的限制、電源的自啟動功能要求、電源兩側的各種干擾隔離措施的要求、電源的對地絕緣工藝技術要求等。

2.直流系統中較大負載，如UPS和DC/DC48 V模塊的軟啟動要滿足相關技術要求。

3.建立并落實電源設備運行管理制度。如關于事故照明燈具使用管理細則、關于各類負載接入的管理程序、設備的應急處理方案、蓄電池放電管理制度的落實和放電結果分析、電源故障發生后的分析處理機制等。

4.通過技術手段進一步對電源工作質量和安全性能進行在線實時監控。

5.分析直流電源缺陷原因，對電源可靠性進行評估，并有針對性地采取具體措施。

6.細化電源的具體接線。如，UPS主機接直流I段，UPS從機接直流II段，事故照明逆變接直流II段因為在全站失電情況下，UPS主機工作和事故照明逆變工作分別在不同直流母線上，使直流負載分配平均。48 V電源的接法同樣如此，要考慮負載的平衡分配。

7.各電源負載之間的相互聯系和影響分析。

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