220kV智能變電站直流電源系統配置方案

吳迪

（國網湖北省電力公司調控中心，湖北武漢　430077）

220kV智能變電站直流電源系統配置方案

吳迪

（國網湖北省電力公司調控中心，湖北武漢430077）

直流電源系統是站用電源系統的重要組成部分，是變電站安全穩定運行的基礎。基于此，針對現有直流電源系統中串聯蓄電池組存在的問題，提出了在220kV智能變電站中應用一種更為可靠的并聯智能直流電源系統，并對其技術原理與配置選擇進行詳細的說明。

智能變電站；并聯直流電源系統；配置方案

變電站直流電源系統是站用電源系統的重要組成部分，是變電站安全穩定運行的基礎［1］。近年來，不斷發生由于變電站直流系統故障造成的電網事故，并且隨著大量無人值班變電站和智能變電站的投入運行，對站用直流電源系統的配置和運行管理提出了更高的挑戰。

1　目前變電站直流系統存在的主要問題

1.1串聯蓄電池組存在以下情況

①蓄電池組中只要有任何一點出現開路故障，整個蓄電池組將無法向負載供電，連接點松動還可能引起火災事故；②性能最差的一只蓄電池等于蓄電池組的實際放電容量；③對蓄電池一致性要求高，需要嚴格配組，蓄電池的個體差異會嚴重影響蓄電池的充放電精度，導致部分電池長期過充或過放而使蓄電池使用壽命大幅下降。

1.2傳統電池串存在的問題

①壞掉幾只單體電池，報廢整組，成本高，電池利用率低；②蓄電池組不能在線全容量核容，開閉所數量多，電池維護工作量極大；③蓄電池組不能實現方便的擴容。

2　并聯智能直流電源系統技術原理

該技術通過將12V蓄電池與匹配的AC/DC充電模塊、DC/DC升壓模塊等器件創新設計為“并聯智能電池組件”，并通過多只組件輸出并聯，組成滿足實際需要的間接并聯蓄電池直流系統。系統由N個組件輸出并聯組成，組件各自連接12V電池；系統中各組件可逐個對蓄電池自動在線核容，組件支持熱插拔，可以在線更換組件與電池，一個標準柜可以放置8個組件及相應蓄電池。單個并聯智能電源組件基本原理圖和并聯智能直流電源系統原理圖分別見圖1和圖2［2］。

電源組件基本工作原理：組件同時接入交流電源及蓄電池，當交流正常時，通過AC/DC電路形成內部母線電壓，此母線電壓同時為DC/DC輸出變換器及DC/DC充電變換器提供能量，DC/DC輸出變換器產生DC220V或DC110V母線電壓，DC/DC充電變換器輸出12V電壓給蓄電池充電；當交流失電時，蓄電池通過DC/DC充電變換器升壓輸出形成內部母線電壓，使組件可以實現無間斷切換至蓄電池供電。

圖1　單個并聯智能電源組件基本原理圖

圖2　并聯智能直流電源系統原理圖

當并聯智能直流電源系統需要進行蓄電池核容時，系統監控單元向系統中一個電源組件下發核容指令，智能變電站內各應用功能應整合、集成和優化，實現站內實時、非實時的信息綜合分析與智能告警、應支持與調度之間的信息交互，支持調度對本地各種數據、圖形的瀏覽。運行監視信息應直觀、生動、逼真，貼近真實物理對象，故障信息應形象、直觀、逼真，與實際事故場景相一致；可視化化的展示應有利于運行人員遠方快速、準確地完成操作和事故判斷。

3　并聯智能直流電源系統解決方案

3.1提高直流系統可靠性

并聯智能電池系統取代常規設計的“充電機+蓄電池組+蓄電池巡檢”直流設計模式。以多模塊并聯冗余方式，解決常規蓄電池串聯產生的“個體質量影響整組”“不能在線維護”“新舊電池難以匹配”等問題，使蓄電池能在線維護，方便檢修和更換，安全性更高。

3.2提升電源系統配置靈活性

并聯智能電池系統可以實現靈活配置。按照負荷性質分組，配置不同并聯用智能電池模塊組，減少負荷間干擾，提高直流電源可靠性。如將開關操作電源與保護測控裝置電源分成不同電源段，由不同多智能電池模塊并聯冗余方式分別供電，減少因開關操作產生的沖擊對保護測控裝置運行的影響。

3.3實現直流系統在線維護

并聯智能電池直流系統可以在線進行蓄電池充放電管理，實現電池的在線檢修、更換，極大減小了蓄電池的維護工作量。

3.4實現站用電源資源節約型設計

并聯智能電池直流系統可有效降低后期運行維護費用。此外，靈活的配置方式，降低二次設備室使用面積。從變電站直流系統設備的全壽命周期來看，與變電站傳統直流系統相比，可以減少蓄電池使用數量，提高電池的利用率，減少蓄電池的投資，產生可觀的社會經濟效益。

4　技術經濟效益分析

以某220kV智能變電站為例，采用并聯智能直流電源系統取代常規直流方案。該技術可進行蓄電池在線核容管理，實現蓄電池的在線檢修、不停電更換，極大地減少了運行單位的維護工作量，降低能源消耗、運維成本、安全性更高。此外，靈活的配置方式可減少直流屏柜數量，降低二次設備室使用面積。該技術與傳統直流電源經濟比較如表1所示。

表1　直流電源方案經濟性比較表

由表1可知，與傳統變電站一體化電源技術方案相比，采用并聯智能直流電源系統，后期維護費用少，全壽命周期投資成本可減少40萬元，約為全壽命周期成本的21%。

5　結語

隨著變電站無人值班、智能化建設的迅速發展，對變電站內交直流系統的運行維護提出了更高的挑戰，對220kV智能變電站的直流系統配置方案進行了研究，采用并聯智能直流電源系統的解決方案，為后續類似工程的開展提供了參考。

［1］劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用設計（110（66）～750kV智能變電站部分）［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［2］王杰.基于間接并聯智能電池組件的一體化電源應用研究［J］.湖北電力，2011（z1）：98-100.

Configuration Scheme of DC Power Supply System in 220kV Intelligent Substation

Wu Di
（State Grid Hubei Electric Power Company Control Center，Wuhan Hubei 430077）

The DC power supply system is an important part of the power supply system，which is the basis of the safe and stable operation of the substation.Based on this，aiming at the problems existing in the series battery in the cur?rent DC power supply system，a more reliable parallel Intelligent DC power supply system in the 220kV Smart Substa?tion was proposed，and its technical principle and configuration options were described in detail.

intelligent substation；parallel direct current power supply system；configuration scheme

TM64

A

1003-5168（2016）08-0119-02

2016-07-11

吳迪（1978-），男，碩士，高級工程師，研究方向：電力系統繼電保護。