探討變電站直流系統方案的技術原則

王燕

（國網孝感供電公司檢修分公司 湖北孝感 432000）

探討變電站直流系統方案的技術原則

王燕

（國網孝感供電公司檢修分公司 湖北孝感 432000）

變電站直流系統方案的合理設計與規劃，能夠達到有效地節省資源并提高電網可靠、安全地運行的目的，直流系統設計的重要性越來越顯著。本文以當前設計的創新理念和技術的發展水平為基礎，結合《國家電網公司輸變電工程典型設計》中變電站的二次系統中的有關的內容，從變電站直流系統設計原則及方案、直流負荷供電方式兩個方面，分析了在變電站中直流系統的配置系統的方案和主要的設計原則，探討一般變電站的直流系統的兩種不同的典型的接線方式。

系統電壓；接線方案；供電方式

引言

近年來，電力系統的自動化技術不斷完善和發展，變電站也已經普遍采用了微機保護裝置和計算機監控系統，自然而然，對變電站二次系統設備供電的直流電源也有了更新、更高的要求。

交流系統與直流系統有著許多的相似特性，也有很多不同的特征。由于供電負荷的性質不同，反映在直流設備上的一些主要差別就是直流空氣開關幾乎是沒有電動操作機構，因其造價高、用途少，同時較難實現直流電源毫秒級的快速地自動切換。因此，與交流系統比，直流系統的接線設計對安全性和可靠性的要求更高，直流設計方案的合理性就顯得更為重要。本文對變電站直流系統設計的基本原則和配置方案進行了探討。

1 變電站直流系統設計原則及方案

500kV變電站直流系統的接線的基本原則應滿足：方便操作，可靠安全，清晰簡單，在任何的運行模式下，蓄電池都不會和直流母線解列。

110V直流電壓在500kV的變電站直流系統中被使用，為保護和控制冗余供電的需要，裝設兩套充電裝置，兩組蓄電池，使用二段母線接線的接線方式，每一組蓄電池和它的充電裝置要分別連接不同的母線。為了實現運行中、在二段母線切換的時候，不會中斷供電的目的，二段直流母線之間設置聯絡開關。N+1熱備份方式為高頻開關電源的充電模塊。

1.1 電壓的選擇

控制和保護負荷方式是變電站的直流負荷的主要方式。直流系統的電壓可選用110V或220V，選擇直流電源和蓄電池組裝置，包括充電裝置和直流屏柜。經過比較計算，采用這兩種不同的電壓，最終的直流設備的總投資幾乎相當。變電站操作直流系統的電壓采用110V或220V，它的選擇的主要依據是供電負荷的分布范圍、大小和供電距離；因為輻射供電方式是直流負荷的主要方式，直流饋電電纜成為影響直流系統投資的重要因素。當前，電力設備的生產技術不斷發展和創新，變電站控制的回路直流負荷電流也越來越小，負荷電流也不再是直流電壓的選擇制約因素，供電距離才是決定因素。為滿足直流負荷要求的壓降，在實際的設計中，根據供電距離和負荷工作電流計算電纜截面，當需要的電纜截面較小時，二次回路控制電纜的投資將會減少，此時直流系統應選用110V電壓；反之，采用220V電壓。

1.2 單組蓄電池的直流系統

設置單組蓄電池，直流系統應使用單母線接線；宜使用充電模塊按（N+1）配置，應配置1套，使用高頻開關充電裝置。當直流系統采用單母線的分段接線時，分段電器應使用保護電器而不是隔離電器。在直流饋線越級跳閘時，分段電器的保護功能可保證至少半段直流母線的完整，增強了直流供電的可靠性，可防止直流事故的擴大。單組蓄電池的直流系統，可采用單母線接線或單母線分段接線，可配置2套或者1套充電裝置。

1.3 雙組蓄電池的直流系統

直流系統要使用單母線的分段接線，在兩段母線間設置保護電器，當正常情況下分裂運行時，維護或事故時，可以短時并列轉移運行直流負荷，運行的可靠安全性可以提高很多。對220kV和220kV以上的變電站的直流系統應該設置雙組蓄電的電池組，宜使用單母線的分段接線，能配置三套或兩套的充電裝置。對雙組蓄電池的充電裝置配置，如果用相控型充電裝置，其可靠性相對較低，在原則上可以配置1套備用的充電裝置，即雙組蓄電池裝置3套充電裝置；如果充電裝置使用高頻開關電源，它的可靠性比較高，模塊有冗余，且可以更換，可以不設置整套的裝置的備用，在每套的充電裝置中采用（N＋1）電源模塊的備用，即雙組蓄電池可以裝兩套充電裝置。

在國家電網公司關于基建與生產標準協調統一的結論中指出：一般變電站需按雙組充電裝置配置，對重要的220kV及以上的變電站也可采用3組充電裝置配置。

2 直流負荷供電方式

2.1 操作負荷供電方式

輻射供電方式和環網供電方式是直流供電方式的兩種主要方式。直流網絡要采用輻射供電的方式，說明輻射供電的對象，研究分析采用輻射供電是有一定的條件限制的。

通過不斷的設計創新和技術發展，近年來，直流設備的選擇和直流系統的接線方案越來越典型化。要實現直流的保護電器的全選擇性，各級斷路器的動作時間和動作電流要滿足選擇性要求三段式保護功能來分析，眾所周知，在直流的供電方式中，最大的級差配合有4級，0ms、10ms、30ms與60ms分別為延時極差。直流供電的負荷本身配置的直流的空氣開關的延時級差是0ms，中間的環節只可有1級直流分屏（10ms），使直流系統的接線方案中直流主屏的母線的饋線空氣開關的延時級差最大是30ms。直流分屏的主要設置是節省電纜和減少網絡接線，是否設置由直流負荷中心與直流主屏的布置位置的距離決定。距離比較近的，要直接引接直流主屏輻射供電；如果負荷比較集中且距離相對遠，要設置直流分屏輻射供電，同時，直流分屏在負荷中心就近設置。

在變電站中，當直流主屏距離較遠且直流負荷較為分散時，有特殊要求除外，要采用環網供電。而對直流環網供電，把就地環網的小母線或直流電纜當作直流分屏的主母線，它的作用是相同的，不同之處是直流環網網絡的纜線較長、接點較多、出現故障的幾率比較大、不應在重要負荷回路上使用，對一般的分散的負荷，采用環網供電而且要有足夠的靈敏系數。

2.2 通信負荷供電方式

在以前開展的國家電網公司的全壽命周期變電站的設計競賽中，對220kV變電站通信電源的方案，大多數設計院采用了站用直流系統與通信直流系統整合，取消了通信專用的蓄電池，通信直流電源采取了DC/DC變換的方法，且在220kV變電站中的可靠性得到應用，也做了比較具體的分析。變電站電源整合后減少建筑面積、節約投資，減少維護工作量，這有利于專業化管理直流電源。

DC/DC變換器使直流輸出與輸入電氣隔離，還利用模塊的并聯冗余得到了很高的可靠性；同時，DC/DC變換器耐壓及絕緣能夠滿足電力系統通信直流負荷的特殊要求。取消通信直流電源配套的蓄電池組，采用DC/DC變換裝置來供電，直流電源從站內操作用的直流蓄電池組取得，再由高頻變換輸出了穩定的48V的通信直流電源。

一般220kV變電站和110kV變電站的通信電源系統可以使用2套獨立的DC/DC轉換裝置。當前，直流設備的制造技術不斷地進步，直流接線的可靠性不斷地提高，DC/DC轉換為通信直流負荷提供電源創造了充分的技術條件。模塊化的通信專用DC/DC變換器隨著高頻開關變換技術的成熟也逐漸地在變電站中推廣及應用。通信設備所需的操作用的直流電源與直流電源一樣，具有很高的可靠性，而且都采用由蓄電池組組成的直流電源系統。

目前，國家有關部門已審定通過交流和直流一體化不間斷電源設備的電力行業標準。在確保通信和操作供電可靠安全的前提下，操作電源和通信電源合并的直流電源系統一體化的設計，可以充分利用兩者備用容量，節省設備的投資，而且統一和簡化設計方案，便于管理、運行和維護，實現增效減員；在設備布置上可以有效地節省占地，減少建筑面積。

3 結束語

今后，應整合優化變電站內的直流電源接線，充分地發揮直流系統的優勢，有效地降低直流設備的造價，在今后的工程設計中要應用和推廣電網工程的設計理念，促進整體水平的提升。變電站直流電源設計的可靠性是變電站安全運行的基礎。

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[2]羅海燕.查變電站直流接地方法和注意事項[J].城市建設理論研究，2015（12）.

[3]耿建風，楊珂.變電站直流系統方案的技術原則分析[J].中國電力，2015（06）.

TN86

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1004-7344（2016）23-0100-02

2016-8-2