坎頂35kV變電站直流系統改造

周宇，徐國能

(華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200)

1 前言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣，距天臺縣城7 km。電站總裝機容量為120萬kW，單機容量為30萬kW，共4臺水泵水輪機組。電站樞紐建筑物分為地面建筑物和地下建筑物二大部分。地面建筑物主要有上水庫、下水庫、中控樓、絕緣透平油庫室、500kV開關站等，上、下水庫水平距離約1000m。地下建筑物主要有輸水隧洞、地下主、副廠房、主變洞、母線洞、進廠交通洞、排風交通電纜洞及豎井、500kV出線洞等。

坎頂35kV變電站作為桐柏抽水蓄能電站廠用電的備用電源，主接線方式為內橋接線，平坎3679線引至35kV橋I引線，國坎3773線引至35kV橋II引線，35kV內橋開關不能合環運行。經兩臺35kV變壓器降壓至10kV，分別引至10kVⅠ、Ⅱ母線，10kV母線通過母聯開關聯絡運行。所用電分別從10kVⅠ、Ⅱ母線經兩臺干式變壓器降壓成400V。由于35kV坎頂變110V直流系統投運多年，存在著安裝工藝問題，接線不規范，故障查找困難，以及設備陳舊，蓄電池性能老化等問題。為確保桐柏電廠廠用電的安全、可靠、穩定運行，對坎頂變直流系統進行整體改造更換。

2 改造前后的狀態

改造前:

直流系統采用許繼公司提供的直流電源系統，采用一面整流柜、一面饋線柜、一面蓄電池柜的結構。

改造后:

直流系統采用深圳奧特迅公司提供的直流電源系統，采用兩面充饋電柜、一面蓄電池柜的結構。充饋電柜采用雙回路交流電源供電，直流母線采用單母線分段結構。

直流系統的相關監控信號接入35kV坎頂變監控系統，進而通過35kV坎頂變監控系統接入桐柏公司的主監控系統。

3 新直流系統介紹

(1)運行方式

如下圖1所示110V直流電源系統由兩套直流裝置組成，分別為直流裝置Ⅰ與直流裝置Ⅱ，電源分別引自坎頂400VⅠ母線=57S+BF01-F0014和400VⅡ段母線=57S+BF02-F0013，每套都有充電裝置及蓄電池組，兩臺充電裝置分別對兩組蓄電池進行浮充電，同時向所在母線供電。正常運行時，直流裝置Ⅰ供直流Ⅰ段，直流裝置Ⅱ供直流Ⅱ段。

圖1 直流電源系統圖

直流110VⅠ、Ⅱ段母線通過各自母線進線閘刀(3ZK或4ZK雙刀雙擲)的切換實現110V直流Ⅰ、Ⅱ段母線聯絡。正常運行時，母線進線閘刀合于“蓄電池側”位置。當一組電池或充電裝置出現故障需隔離處理或者欲退出進行維護和充放電時，需把該套電池組及充電裝置所在的母線進線閘刀合于“母聯側”位置，最后把該套直流裝置退出，由另一套直流裝置供全部負荷。

(2)設備介紹

1)交流輸入單元

Ⅰ、Ⅱ套充電裝置的兩路交流輸入電源由交流切換控制電路選擇其中一路輸入,供電的雙路交流輸入電源互為備用，且有自動、手動切換功能,當自動切換不成功時可以手動切換；配有雷擊浪涌吸收單元、交流進線配電單元、防雷保護單元；充電裝置把輸入的三相交流電轉為直流，供給蓄電池組浮充電，同時供給負載工作電流。交流切換控制電路還能判斷三相交流電源缺相或失壓，并發出報警信號和使保護動作。

2)高頻開關電源模塊

Ⅰ、Ⅱ套直流裝置由智能高頻開關電源集中監控器JKQ-3000A實現對智能高頻開關電源直流系統的綜合控制。智能高頻開關電源集中監控器JKQ-3000A采用直流電源供電，其工作電源取自控制母線。監控器JKQ-3000A具有交、直流監測；智能高頻開關電源模塊監控及電池管理；母線電壓、電流、充電裝置輸出電流實時顯示；母線電壓調整；系統參數設置；模擬量采集；開關量輸入輸出；報警及保護；通訊擴展；歷史記錄等功能。高頻開關電源模塊的主要功能有穩壓、穩流功能；均/浮充電壓、電流設置功能；均/浮充轉換功能；超溫自動保護功能；輸出電壓、電流顯示功能；輸入、輸出過欠壓保護功能；自主均流功能；運行狀態顯示功能；限流級別設置功能；風機轉速自動控制功能。

直流裝置Ⅰ、Ⅱ段分別有3個智能高頻開關電源模塊，3個智能高頻開關電源模塊輸出125V直流供到動力母線，然后再通過調壓裝置調壓后供至控制母線。智能高頻開關電源模塊可以在“自動”(集中監控器控制)和“手動”(面板控制)兩種工作方式下工作。正常運行在“自動”控制工作方式下。

3)調壓裝置

直流Ⅰ、Ⅱ段母線上各自裝設一組調壓裝置，每組調壓裝置具有手動、自動調節電壓功能,正常采用分級自動調壓方式對控制母線進行電壓調整，以維持控制母線電壓在直流系統額定電壓的90%～110%內。調壓裝置采用微機型降壓硅鏈，同時配備主硅鏈和副硅鏈，主硅鏈負責對控制母線電壓的精調，副硅鏈用于防止控制母線失壓；當主硅鏈有部分故障時控制系統會自動閉鎖其故障部分，使之恢復正常的調壓功能。控制系統能實時地將硅鏈運行狀態上報集中監控器。通過轉換開關QK來切換，轉換開關QK-6位置為自動位置，其余轉換開關QK的位置為手動，手動電壓調節時每投入一級硅元件，控制母線電壓就下降5V,QK-0位置為5級硅元件都投入，QK-1位置為4級硅元件投入，QK-2位置為3級硅元件投入，QK-3位置為2級硅元件投入，QK-4位置為1級硅元件投入，QK-5位置為沒有硅元件投入。調壓裝置硅元件的額定電壓不小于500V，額定電流不小于300A。

4)蓄電池采用德國HOPPECKE閥控式免維護密封鉛酸蓄電池，其電解液為膠體式類型，適用環境溫度25±10℃。HOPPECKEOPZV電池是按照最先進的德國標準DIN40742進行設計的閥控鉛酸蓄電池，采用一體化的全密封設計，通風條件可顯著降低。在正常運行條件下，電池的實際壽命將超過12年的預期壽命，具有很好的深度放電耐受力(超過30天)和極低的自放電率。蓄電池型號為12OPZV1200，浮充運行電壓為2.25～2.30V，均充運行電壓2.30～2.35V；直流110V電源系統有二組蓄電池組，每組有9只蓄電池，共18只蓄電池。

5)絕緣監測儀

正常運行時，直流Ⅰ、Ⅱ段母線上各自的微機絕緣監測儀WJY-3000A，Ⅰ、Ⅱ蓄電池組上蓄電池巡檢儀BATM30B都應投入運行。微機絕緣監測儀WJY-3000A用于監視母線的絕緣情況，當絕緣監測儀檢測到絕緣下降或電壓異常即發出報警信號，在絕緣檢測儀上可以在線檢查到故障線路的編號；1-11對應直流Ⅰ段母線上支路101Z-111Z或直流Ⅱ段母線上支路201Z-211Z。

微機絕緣監測儀采用電橋原理，實時監測正負直流母線的對地電壓和絕緣電阻，當正負直流母線的對地電壓和絕緣電阻低于設定的報警值時，自動啟動去路巡檢功能。支路巡檢采用直流有源CT，無需向母線注入信號。被檢測信號直接在CT內部轉換為數字信號，被采集信號采用數字傳輸。采用智能型CT，所有支路的漏電流檢測同時進行，支路巡檢速度高。

6)蓄電池巡檢儀

蓄電池巡檢儀BATM30由微電腦控制，采用串行總線方式，通過RS232(電流環型)通訊接口與集中監控器相連接，在線巡回檢測蓄電池組的單節電池端電壓、環境溫度，并將檢測到的數據初步處理后上傳至集中監控器，由集中監控器對所接收的數據進行分析處理。蓄電池巡檢儀采用模塊化設計，單模塊可采集18節電池的電壓，直流110V電源系統共有2個蓄電池巡檢儀，可通過蓄電池巡檢儀面板上的地址拔碼來區分其地址，以便于集中監控器通信。

7)集中監控器

直流裝置由智能高頻開關電源集中監控器JKQ-3000A實現對智能高頻開關電源直流系統的綜合控制。智能高頻開關電源集中監控器JKQ-3000A采用直流電源供電，其工作電源取自控制母線。監控器JK直流Ⅰ、Ⅱ段母線上各有一套Q-3000A，監控器JKQ-3000A以PC486工控機為主機，配有大屏幕全中文漢字顯示和輸入鍵盤，面板光字牌報警。其通過分散控制方式，對直流系統充電模塊、絕緣監測模塊、電池組、母線、配電等進行實時監控，并設有多種通信協議，完成與CSCS的通訊，實現直流系統的“四遙”功能。遙控模塊開/關機及均/浮充；遙測模塊輸出電壓和電流；遙信充電模塊運行狀態；遙調充電模塊的輸出電壓。

監控器JKQ-3000A具有交、直流監測；智能高頻開關電源模塊監控及電池管理；母線電壓、電流、充電裝置輸出電流實時顯示；母線電壓調整；系統參數設置；模擬量采集；開關量輸入輸出；報警及保護；通訊擴展；歷史記錄等功能。

4 異常運行和事故處理

(1)直流系統接地處理

1)微機絕緣監測儀的主屏中按“故障”功能鍵查看系統的故障信息。根據所顯示的故障信息確定故障母線或支路。

2)檢查可疑處和有人工作的地方。

3)瞬時拉合直流各饋線分路開關

4)使用拉路法查直流接地時，應由兩人進行，斷開直流時間不得超過3s。

5)拉路查找法應按照先次要用戶后重要用戶，先室外后室內，先潮濕地點后干燥地點的次序查找。在試拉由PLC控制的設備的直流負荷開關后，應注意復歸PLC。

6)若接地處在重要負荷饋線上，仍允許投入運行，但應立即通知檢修人員，進行處理。故障信息顯示故障支路號，可立即通知檢修人員進行查處接地點，若需短時直接斷開接地支路處理且將使運行設備失去繼電保護的應經總工同意方可進行，但應盡可能在設備處于停用狀態時進行。對斷開直流電源會引起保護誤動的應先做好安全措施。

7)如接地不在負荷側，檢查直流母線是否接地。如正、負母線對地電阻低于25kΩ，則母線接地。應隔離該母線，該母線負荷倒至另一段。

8)接地點找到后，應予隔離，由檢修人員抓緊處理；防止直流兩點接地引起保護拒動或誤動、控制系統誤動。

9)檢查結束后復歸絕緣檢測儀報警信號。

(2)當一組蓄電池或充電裝置出現故障，可把故障蓄電池組或充電裝置側的母線進線閘刀合于“母線側”由另一直流裝置供應全部負荷，退出出現故障的蓄電池及充電裝置，通知檢修人員，進行處理。

(3)智能高頻開關電源模塊的交流輸入停電或異常時，智能高頻開關電源模塊停止工作，由蓄電池給負載供電。集中監控器測量蓄電池電壓、放電時間，當蓄電池放電到欠壓點時，集中監控器發出欠壓告警，保護動作。應投入交流輸入，恢復智能高頻開關電源模塊對蓄電池的充電功能。

5 結論

桐柏抽水蓄能電站35kV坎頂變110V直流系統，通過增加新的充饋電柜、更換新的蓄電池、采用雙回路交流電源供電、直流母線采用單母線分段結構等手段，并將相關監控信號接入35kV坎頂變監控系統，進而通過35kV坎頂變監控系統接入桐柏公司的主監控系統。解決了設備陳舊，蓄電池性能老化等問題，確保了桐柏電廠廠用電的安全、可靠、穩定運行。

[1]白忠敏，等.現代電力工程直流系統[M]:中國電力出版社，2003.

[2]白忠敏，劉百震，于崇干，等.電力工程直流系統設計手冊[M].中國電力出版社，2003.