論智能變電站一體化電源的安全可靠性

摘要：隨著交直流一體化電源技術(shù)的不斷成熟，智能變電站在各地逐漸開始投入使用，其經(jīng)濟(jì)性、實用性有目共睹，智能管理水平毋庸置疑，然而，其安全可靠性還有待深究。著重通過對蓄電池重要性的分析和直流電源的配置方案來論證智能變電站交直流一體化電源的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：智能變電站；交直流一體化電源；蓄電池

作者簡介：馮海洋（1973-），男，四川西充人，四川省電力公司攀枝花電業(yè)局通信自動化中心，助理工程師。（四川 攀枝花 617067）

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）30-0134-02

筆者日前參與攀枝花市米易縣新建《110kV昔街智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)可行性研究》審查。參與初審的人員除筆者和兩三位技術(shù)人員持反對意見外，其他大多數(shù)贊同該站直流電源采用標(biāo)稱電壓2V、容量300Ah的蓄電池一組，充電裝置一套的配置方案。筆者從事直流設(shè)備檢修近20年，總結(jié)和積累了一定的經(jīng)驗，也吸取了一些因蓄電池故障引發(fā)的輸變電設(shè)備燒毀、變電站全停以及擴(kuò)大為大面積停電的電網(wǎng)事故的教訓(xùn)。作為直流設(shè)備檢修專業(yè)技術(shù)人員，筆者深深地知道蓄電池在變電站中的重要作用，尤其在智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)中的重要程度。

一、交直流一體化電源系統(tǒng)介紹

1.交直流一體化電源系統(tǒng)的構(gòu)成

交直流一體化電源系統(tǒng)是為智能變電站全站交直流設(shè)備提供可靠的工作電源，其輸出包括380V/220V交流電源、220V/110V直流電源、48V通信用直流電源。為了實現(xiàn)多種電源輸出，交直流一體化電源系統(tǒng)包括ATS、充電單元、逆變電源、通信電源、蓄電池組及各類監(jiān)控管理模塊。其中通信電源不單獨設(shè)置48V蓄電池及充電裝置，而是使用DC/DC電源模塊直接掛接于直流母線，同樣地，逆變電源也不使用UPS獨立的充電裝置及蓄電池，而是掛接于直流母線，對重要交直流負(fù)荷（如計算機(jī)監(jiān)控設(shè)備、事故照明等）供電。

2.交直流一體化電源系統(tǒng)的智能性

變電站交直流一體化電源系統(tǒng)就是集交流配電、直流電源、通信電源、自動化電源、信息維護(hù)電源、視頻監(jiān)控、后臺監(jiān)控、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)等為一體，通過智能變電站/數(shù)字化站用一體化電源系統(tǒng)對各子電源系統(tǒng)采用分散控制、集中管理模式，為變電站電源系統(tǒng)建立一個統(tǒng)一的數(shù)字化、智能化信息平臺及管理平臺，因此，也叫智能一體化電源系統(tǒng)。

3.交直流一體化電源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性

交直流一體化電源系統(tǒng)的構(gòu)成優(yōu)化了作業(yè)流程及人力資源調(diào)配，減少了設(shè)備重復(fù)配置，降低了設(shè)備投資及運行維護(hù)成本，對各電源子系統(tǒng)實施實現(xiàn)智能控制、高效管理，大大提高了工作效率，同時由于減少了蓄電池使用量，降低了對環(huán)境的污染，社會效益也有所提高。

如果蓄電池的質(zhì)量非常好，容量也有足夠的保障，憑著交直流一體化電源的智能性、經(jīng)濟(jì)性，智能變電站引入交直流一體化電源著實能夠達(dá)到比較理想的效果。

二、交直流一體化電源現(xiàn)狀

1.人們研究的主要問題

近年，對于交直流一體化電源考慮較多的論證較多的進(jìn)行深入研究的主要是：站用交流電源如何可靠地實現(xiàn)自動切換問題；高頻開關(guān)電源、直流—直流變換電源模塊自主均流、穩(wěn)流、穩(wěn)壓、整機(jī)效率、徹底消除電網(wǎng)的沖擊、浪涌、抗干擾能力、開機(jī)軟啟動問題；電力專用逆變電源的直流輸入、交流輸入及輸出三方完全電氣隔離，動態(tài)瞬變、陷落及雜訊干擾等對負(fù)載設(shè)備的不良影響，過載能力，維修旁路控制邏輯，實現(xiàn)不間斷電源在任意運行狀態(tài)下閉合維修旁路開關(guān)，不影響連續(xù)供電問題。

傾向于這方面的研究論證，主要是由于商家們要想在激勵的競爭中立足，必須要解決這些技術(shù)難點。

2.需要重視的問題

身為電力行業(yè)的技術(shù)人員，不僅要考慮技術(shù)問題，更重要的是考慮其安全問題。不僅要加快智能電網(wǎng)的建設(shè)，更重要的是努力打造堅強(qiáng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。一項新技術(shù)、新工藝的運用，我們首先應(yīng)考慮其安全性，其次是經(jīng)濟(jì)性，無論什么時候都應(yīng)以“安全第一”、“預(yù)防為主”。

三、蓄電池在交直流一體化電源系統(tǒng)中的重要性

1.蓄電池的作用

變電站交直流一體化電源系統(tǒng)中，繼電保護(hù)、自動裝置的所有操作電源、通信及其他用直流負(fù)荷正常情況下均由充電裝置提供，蓄電池處于熱備用，當(dāng)負(fù)荷的需求超過充電裝置的額定輸出時，將由蓄電池補(bǔ)給；電力專用逆變電源后端的負(fù)荷由站用交流電源提供，逆變在熱備用狀態(tài)。當(dāng)站用交流全停時，蓄電池被繼電保護(hù)、事故照明、自動裝置、通信、監(jiān)控等所有交直流負(fù)荷共享。對于220kV 及以上的變電站來說，在國家電網(wǎng)公司《預(yù)防直流電源系統(tǒng)事故措施》、《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》（修訂版）中均要求采用雙電（蓄電池組）雙充（充電裝置）或雙電三充，蓄電池要求單只標(biāo)稱電壓2V、標(biāo)稱容量300Ah（一體化電源系統(tǒng)500Ah）及以上，其安全可靠性相對較高（因此，后面只論證220kV以下的變電站）。但對于220kV以下的變電站來說，多數(shù)已經(jīng)投入使用和正在設(shè)計建造及改造的智能變電站的交直流一體化電源，使用的是單只蓄電池標(biāo)稱電壓2V、標(biāo)稱容量300Ah的單電（蓄電池組）單充（充電裝置）的配置（僅指國家電網(wǎng)，南方電網(wǎng)基本是雙電雙充）。

2.蓄電池故障造成的后果

站用蓄電池組是多只電池的串聯(lián)回路，一只電池開路（電池內(nèi)阻非常大，一般2V的電池達(dá)到幾十毫歐，12V的電池幾百毫歐，使電流基本無法流通，可近似認(rèn)為該只電池開路），充電充不進(jìn)、放電放不出，但蓄電池組端仍然有電壓，實際上是充電機(jī)的輸出電壓，一旦交流停電，整組便無輸出。

電池的容量問題不用作過多的論證，因為蓄電池容量是顯性的，專業(yè)人員通過周期性核對容量試驗?zāi)馨l(fā)現(xiàn)蓄電池的容量是否不足，一旦容量不足或壽命終止會及時更換蓄電池組。但蓄電池開路是隱性的，正常情況下蓄電池處于浮充運行，流過的電流為0.1A左右，充電裝置為其補(bǔ)充充電以保證蓄電池滿容量，它處于熱備用狀態(tài)。接近開路或開路的電池是不容易發(fā)現(xiàn)的，只有通過測試其內(nèi)阻和大電流充、放電才能發(fā)現(xiàn)。交流失電時蓄電池開路意味著整個變電站的繼電保護(hù)、自動裝置、通信、監(jiān)控等所有交直流負(fù)荷全部處于癱瘓狀態(tài)。此時如遇外部故障，所有監(jiān)控信息不能上傳、通信中斷、保護(hù)裝置不能動作，輕則損壞輸變電設(shè)備、重則擴(kuò)大事故范圍，造成大面積停電，甚至引發(fā)電網(wǎng)瓦解等重特大電網(wǎng)事故。由此可見，蓄電池在變電站直流電源系統(tǒng)尤其是交直流一體化電源系統(tǒng)中起著多么重要的作用，蓄電池故障在一定條件下會造成多么嚴(yán)重的后果。如果我們不解決蓄電池的安全問題，它將嚴(yán)重威脅電力生產(chǎn)的安全，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和供電的可靠性，給人們的生活和社會經(jīng)濟(jì)造成極大的危害和影響。

有人認(rèn)為，目前110kV及以下的變電站都是一組蓄電池，沒有出現(xiàn)蓄電池開路的事故，是不是有點杞人憂天。實則不是，要知道，一般的變電站只有直流負(fù)荷，且負(fù)荷電流在幾安培，負(fù)荷電流不會瞬間陡增，而交直流一體化電源系統(tǒng)所供的負(fù)荷很多，交流失電時，蓄電池承擔(dān)的負(fù)荷電流可能達(dá)到20A、30A甚至更大，蓄電池會承受沖擊電流。而且，如今蓄電池生產(chǎn)廠家比比皆是，競爭激勵，低價中標(biāo)更使得一些廠家偷工減料、降低成本，蓄電池的質(zhì)量和容量難以保證。況且，曾經(jīng)發(fā)生過不少因蓄電池故障引發(fā)的輸變電設(shè)備損壞及大面積停電事故。

事故案例：

1994年7月4日，湖南110kV酃湖變電站10kV母線遭雷擊，因103號蓄電池開裂，直流電阻增大，電壓降低，致保護(hù)開關(guān)拒動，開關(guān)柜火燒連營，2臺主變有不同程度的損壞。

1996年11月18日，湖南110kV檀山灣變電站因10kV開關(guān)柜存在絕緣故障，因蓄電池組容量不足，一直在欠容量下運行；且熔斷器上下級從幅值上和熔斷時間上配合不當(dāng)，最終導(dǎo)致了10臺小車開關(guān)柜和#1主變燒壞。

1997年9月22日，河南中原油田郭村110kV變電站突然全站失電，同時由于免維護(hù)蓄電池組的#11電池內(nèi)阻太高，使得蓄電池組處于有電壓而無足夠電流輸出的狀態(tài)（蓄電池接近開路）。致使郭村變電站主變保護(hù)及316線路保護(hù)均未動作，所有開關(guān)均未跳閘，35kV316線路的#4～#36桿三相導(dǎo)線及懸錘全部燒毀，個別電桿燒變形，由于保護(hù)拒動以至于越級到上級淄陽220kV變電站，使110kV郭工線路距離保護(hù)動作，開關(guān)跳閘，造成全部失電。

慘痛的教訓(xùn)告訴我們，在變電站中蓄電池容不得有半點閃失，一般情況下不會出事，但在一定條件下，一出就是大事。因此，筆者認(rèn)為在智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)中使用單電單充的配置無疑是在為我們自己挖陷阱、埋地雷。多配置一組蓄電池、一組充電裝置也就多投入十多萬，但其安全可靠性卻提高了不知多少倍。安全生產(chǎn)本就是“預(yù)防為主”，為何偏要“亡羊補(bǔ)牢”？事故教訓(xùn)告訴我們：在安全上不愿投入，節(jié)省的終會為事故買單。

四、確保交直流一體化電源安全可靠性的建議

《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》（修訂版）中有一條，“防止硅鏈開路造成控制母線失電”。這是因為曾經(jīng)發(fā)生過這種事故才被寫入“十八項重大反措”里。希望從現(xiàn)在做起，從預(yù)防做起，本著為設(shè)備負(fù)責(zé)，為電網(wǎng)負(fù)責(zé)，為社會負(fù)責(zé)的態(tài)度，建議有關(guān)部門及早把“防止蓄電池開路和容量不足造成直流系統(tǒng)癱瘓”寫入《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》（修訂版）中，不要等到發(fā)生了重特大電網(wǎng)事故再來補(bǔ)救。

五、結(jié)束語

做任何事情都應(yīng)該具有前瞻性，充分衡量其利與弊，尤其是電力行業(yè)，不僅要做到“可控、能控、在控”，還要做到“預(yù)控”。交直流一體化電源技術(shù)的應(yīng)用也一樣，它的諸多優(yōu)點值得去嘗試，只要我們從安全的角度去多考慮一點，擇其利，棄其弊，就會多一分保障。在智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)中，既然單電單充對電網(wǎng)安全有著潛在的威脅，就應(yīng)該放棄這種方案而選擇更為安全可靠的雙電雙充配置。總之，社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，交直流一體化電源技術(shù)日趨成熟，用于智能變電站是切實可行的，是智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的必然趨勢。筆者相信，雙電雙充的配置將是確保智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)安全可靠性的最終選擇。

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（責(zé)任編輯：孫晴）