110 kV 站直流系統改造技術總結

李梅麗

(青島堿業股份有限公司,山東 青島 266043)

110 kV 站直流系統改造技術總結

李梅麗

(青島堿業股份有限公司,山東 青島 266043)

針對110 kV站直流系統目前已不能夠適應公司發展的需要,必須對此進行改造的情況,而又鑒于公司生產的連續性,不允許進行停電操作,提出采用不停電的改造方案,改造后,蓄電池組放電容量充足,池電壓均衡,使蓄電池組充電電流分辨率大大提高,更便于運行人員監視。

直流系統;模塊;充電模式;保護

1 我公司直流系統的現狀及直流系統的發展

1.1 我公司直流系統的現狀

我公司的直流系統安裝于上個世紀70年代末,裝設在110 kV配電站內,是全公司直流電源的核心,負責向公司各高壓室輸送穩定可靠的控制、保護、合閘直流電源,為供電系統保護的可靠運行提供了保障,采用的是常見的帶端電池調整的浮充電方式運行。它是型號為6GM1的鉛酸式固定蓄電池,額定容量為275安時,由120只蓄電池串聯組成,其中1#～95#為基本電池,96#～120#為輔助電池,輔助電池抽頭連至電壓調節器。每只單體蓄電池的額定電壓為2 V,浮充運行時單體運行電壓2.25 V(見圖1)。

圖1110 kV直流系統改造前簡圖

但這一設備線路結構復雜落后,操作笨重,故障率高。特別是蓄電池的尾電池部分,因設備線路結構原因蓄電池組長期得不到均衡充電,經常因過充電或欠充電使蓄電池的使用壽命大大縮短,有的嚴重損壞已達到了報廢階段,影響到正常操作,給電力系統安全、可靠運行帶來威脅。鑒于此,在2007年對該設備進行了初步改造,針對原設計圖紙安裝一個簡易的硅降壓裝置,取消原來的尾電瓶,同時將KP3-200端電池調節器甩掉,提出蓄電池組全充雙電壓輸出、雙充電機雙母線切換方案(見圖2)。

圖2110 kV直流系統改造后簡圖

經過以上蓄電池組全充雙電壓輸出改造后,經測量實驗蓄電池組放電容量充足,池電壓均衡,電壓平穩。使在蓄電池組的電池數量減少情況下,仍能夠可靠運行,滿足直流系統的供電要求。但是仍存在以下缺點或不足之處。

1)工作母線結線布置復雜:控制屏中直流母線水平置于屏的中部,根椐控制、信號等音響的需要,屏頂還設有8根小母線,與設備出現接觸不良等缺陷時,往往因結構復雜和設備間距小,而使缺陷難以處理。

2)儀表和燈光信號難以維護:老式的直流屏,其屏的正面不采用活動門的形式,這樣裝于屏面上的儀表、信號等設備往往損壞后不能更換。

3)絕緣監察裝置動作靈敏度低:老式直流系統采用電磁式絕緣監察裝置反映直流系統的接地狀況,該裝置能正確反映單極明顯接地現象,但無法反映出正確的接地回路。

4)電壓調節使用手動方式:調節不平滑。

5)無法提供數據通訊接口與微機進行聯接。

1.2 直流系統的發展情況

隨著變電所越來越多的采用無人值守或少人值守的方式,直流系統也向著免維護、全自動的方向發展,對直流系統的穩定可靠要求也越來越高。對舊式直流系統的改造勢在必行。目前,常用的有GZDWK系列電力操作電源,廣泛地應用于發電廠、水電站各類變電站和其他需要直流供電的場合中。

GZDWK系列電力操作電源具有以下特點:

1)多種容量充電模塊選擇實現一定容量配置的最優性能價格比;

2)110 V/220 V電壓輸出,方便系統的配置選型;

3)充電模塊統一接口方式,設計簡單,通用性強;

4)具有輸出電壓和電流平滑調節的功能;

5)充電模塊智能控制,提供數據通訊接口;

6)充電模塊硬件低差自主均流,保證系統的可靠運行;

7)分散多級監控系統,實現監控系統的簡單可靠;

8)模塊化結構,組屏簡單,配置靈活。

2 直流系統的改造情況

鑒于本公司直流系統的現狀,在2008年對直流系統進行了改造,主要采用了 HD22010-3系列充電模塊,由三相無源 PFC和DC/DC 2個功率部分組成在兩功率部分之外還有輔助電源以及輸入、輸出檢測保護電路。圖3為主要原理圖。

圖3 HD22010-3充電模塊原理圖

前級三相無源 PFC電路由輸入 EMI和無源PFC組成,用以實現交流輸入的整流濾波和輸入電流的校正,使輸入電路的功率因素大于0.92,以滿足DL/T781-2001中三相諧波標準。

后級的DC/DC電路由DC/DC變換器及其控制電路、整流濾波、輸出 EMI等部分組成,用以實現將前級整流電壓轉換成電力操作系統要求的穩定的直流電壓輸出。

輔助電源在輸入無源PFC之后,DC/DC變換器之前,利用三相無源 PFC的直流輸出,產生控制電路所需的各路電源。

輸入檢測電路實現輸入過欠壓、缺相等檢測。DC/DC的檢測保護電路包括輸出電壓電流的檢測,散熱器溫度的檢測等,所有這些信號用以DC/DC的控制和保護。

3 具體改造過程

110 kV變電站負荷較大、運行重要,由于生產的連續性,難以全站停電進行改造。因此,直流系統改造只能帶電進行,但帶電改造在新老直流裝置更換過程中,可能會使直流電源不可靠,造成系統事故(見圖4),故制訂了一個簡單、可靠的不停電更換直流裝置的方案,采用臨時過渡裝置進行了不停電更換。

3.1 直流裝置更換的方法

為使直流系統在改造安裝整個過程中不中斷停電,具體施工方法如下:

圖4 現場控制柜布置圖

1)將原直流屏所有交直流進出線電纜名稱、極性核對后做標記,并確定與盤面位置是否對應。

2)將臨時過渡裝置(圖5)安裝于合閘控制屏中,在控制屏下端安裝5組200 ARTO,將電池組電源移至此屏,調試、檢查電壓表指示。

3)將臨時過渡裝置的電壓調至與系統目前使用控制電壓相符合,帶電接入原控制柜內的控制母線,檢查電壓表計指示,并由主充機對電瓶進行充電。將各高壓室控制(合閘)母線環形聯接后,拆除一組后包好,移至控制屏新裝 RTO校對相位后送電。再用同樣方法移另一組。合閘電源可以在系統不操作時停電后移至新回路

4)拆除110 kV站東側浮充機柜、控制電源柜和部分直流屏,在原基礎上安裝4塊二組直流屏,新屏上全部輸出直流電源,小開關均在斷開位置,恢復原直流屏負荷電纜接線,調試整套新直流系統,參數校準正確,模擬試驗運行正常,控制合閘輸出電壓數據正常。在直流系統屏后側安裝電池組,組裝檢測正常后,將電池組與新直流屏對接,充放電正常后,合閘、控制母線倒至新直流屏。

5)將110 kV站Ⅱ段正環備用電源由舊直流屏拆下,包扎好頭,移接至新直流屏,校準極性正確后由新直流屏供電,投入運行;拆下Ⅰ段正環電源,包扎好頭,移接至新直流屏,校準相極正確后,由新直流屏供電。

6)其它各高壓室控制、合閘回路均由此法辦理。

7)將全部控制、合閘回路倒至新控制屏后,舊屏拆除。

3.3 改造注意事項

直流系統改造是在不停電的情況下進行的,所以在整個改造過程中應當注意以下幾點:

1)事先熟悉現場直流系統設備實際接線圖紙、負荷電纜出線走向,核實原直流接線合閘正母線與控制母線是否共用(是正極還是負極共用),準備工具及臨時過渡裝置,了解工作地點與其他設備運行有無相互聯系。

2)工作前一天檢查老蓄電池容量,進行一次均衡充電。

3)臨時接線時考慮引線截面,各連接頭接觸良好、牢固。

4)注意調整控制母線電壓、臨時接線電壓表計指示。

5)更換直流接線時,應急重考慮安全措施(帶電電纜線拆除后臨時用絕緣帶包扎),防止直流短路、接地、中斷直流電源。

4 改造后各項功能分析

4.1 保護功能

1)輸入過/欠壓保護:模塊具有輸入過/欠壓保護功能。當輸入電壓小于313±10 Vac或者大于485±10 Vac,模塊保護,無直流輸出,保護指示燈(黃色)亮。電壓恢復到335±10～460±15 Vac之間后,模塊自動恢復工作。

2)輸出過壓保護/欠壓告警:模塊具有輸出過壓保護欠壓告警功能。當輸出電壓大于293±6 Vdc時,模塊保護,無直流輸出,保護指示燈(黃色)亮。模塊不能自動恢復,必須將模塊斷電后重新上電;當輸出電壓小于198±1 Vdc時,模塊告警,有直流輸出,保護指示燈(黃色)亮。電壓恢復后,模塊輸出欠壓告警消失。

3)短路回縮:模塊具有短路回縮功能。當模塊輸出短路時,輸出電流不大于40%額定電流。短路因素排除后,模塊自動恢復正常輸出。

4)缺相保護:模塊具有缺相保護功能。當輸入缺相時,模塊限功率可半載輸出。在輸出電壓為260 V時輸出5 A電流。

5)過溫保護:模塊的進風口被堵住或環境溫度過高導致模塊內部的溫度超過設定值時,模塊會過溫保護,模塊面板的保護指示燈(黃色)亮,模塊無電壓輸出。當異常條件清除、模塊內部的溫度恢復正常后,模塊將自動恢復為正常工作。

6)原邊過流保護:異常狀態下模塊整流側出現過流,模塊保護。模塊不能自動恢復,必須將模塊斷電后重新上電。

4.2 其它功能

1)故障顯示:模塊告警信息以故障代碼的形式在LED上實時的閃爍顯示。

2)通信功能:模塊可以RS485方式與上位機通信。將模塊輸出電壓和電流、模塊保護和告警信息發送給上位機,接受并執行上位機下發的控制命令。

5 改造后的效果

1)采用了LED顯示面板,直接顯示模塊的電壓、電流或告警信息。

2)通過手動調壓按鈕,從而來調整模塊在手動狀態下的輸出電壓。按一下左邊按鈕輸出電壓降低1 V,按一下右邊按鈕輸出電壓升高0.5 V。

3)通過撥碼開關來實現對模塊的控制方式為自動控制還是手動控制。在自動控制方式下,模塊的輸出電壓、限流點、開關機均由監控模塊進行控制,人工無法進行干預。如果模塊連接到合閘母線上對電池進行充電,一般應設置為自動控制方式。在手動控制方式下,模塊的輸出電壓由上述介紹的手動調壓按鈕進行調節。

4)通過面板上的指示燈來顯示進行模塊告警。主要通過電源指示燈(綠色)滅、保護指示燈(黃色)亮、故障指示燈(紅色)亮這3個指示燈來顯示故障原因。

5)完成兩路交流輸入電壓的采樣,每路輸出一路可以調節的交流采樣信號和一路固定的交流電壓的采樣信號。

6)經過改造后,經測量實驗蓄電池組放電容量充足,池電壓均衡,電壓平穩,使蓄電池組充電電流分辨率大大提高,更便于運行人員監視。

6 小 結

不停電對110 kV站直流系統進行更新改造的方法,是在進行充分論證和準備后進行的,實踐證明改造的方法是合理的,這為以后直流系統的改造提供了寶貴的經驗。

TM 721.1

:B

:1005-8370(2011)01-35-04

2010-07-27

李梅麗(1973—),1994年畢業于湘潭機電高等專科學校電機制造,工程師。青島堿業股份有限公司電氣車間,主要從事電氣管理工作。