變電站一體化電源的應(yīng)用

楊漢林

（廣東電網(wǎng)梅州豐順供電局有限責(zé)任公司，廣東 梅州 514300）

0 引 言

變電站站用直流系統(tǒng)與通信電源系統(tǒng)都各自配置了電力系統(tǒng)，并且由兩個(gè)部門(mén)分別負(fù)責(zé)。變電站一體化電源系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是將通信電源系統(tǒng)和直流電源系統(tǒng)整合為一體，通過(guò)交直流變換電源，共同使用站用直流系統(tǒng)的電力系統(tǒng)。該電源整合方式以直流電源為電源核心，是一種用直流交換電源將通信系統(tǒng)的交流輸入轉(zhuǎn)換為直流輸出的電源技術(shù)裝置。這種模式優(yōu)化了資源整合，提高了自動(dòng)化水平，具有經(jīng)濟(jì)可靠、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。

1 變電站直流系統(tǒng)的現(xiàn)狀

絕大多數(shù)傳統(tǒng)的變電站內(nèi)部都設(shè)置有站用直流系統(tǒng)和通信直流系統(tǒng)。站用直流系統(tǒng)電壓一般為110 V或220 V，主要功能是自動(dòng)化、保護(hù)、公用及二次等限制負(fù)荷供電[1]。

1.1 存在的差別

因?yàn)橥ㄐ烹娫聪到y(tǒng)和站用直流系統(tǒng)設(shè)備所供不同，所以系統(tǒng)上存在差別。

（1）指標(biāo)不同。通信設(shè)備主要作用于信息通信，對(duì)直流電壓有著一定要求，但是站用設(shè)備對(duì)此并無(wú)要求。

（2）接地不同。通信行業(yè)為保證通信質(zhì)量和降低外部因素的干擾，規(guī)定通信直流系統(tǒng)采用正極接地的節(jié)電方式；而站用直流系統(tǒng)采用正負(fù)極懸空、不接地的方式。

（3）電源各自供電時(shí)間不同。對(duì)于直流系統(tǒng)的單獨(dú)供電時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，變電站在無(wú)人值班時(shí)不得低于8 h，有人值班時(shí)不得低于4 h；站用直流系統(tǒng)電源單獨(dú)供電時(shí)間是，變電站無(wú)人值班時(shí)不得低于2 h，有人值班時(shí)不得低于1 h。

（4）負(fù)荷不同。通信設(shè)備因?yàn)槎酁殡娮赢a(chǎn)品供電，所以一般負(fù)荷電源小，但質(zhì)量要求高；站用直流系統(tǒng)所供負(fù)荷有沖擊負(fù)荷和經(jīng)常負(fù)荷。

（5）所供設(shè)備性質(zhì)不同。以往傳統(tǒng)的站用設(shè)備電流負(fù)荷大，且多是分立元件，對(duì)電流的質(zhì)量要求相對(duì)較低；通信系統(tǒng)電流負(fù)荷小，且多為電子產(chǎn)品，對(duì)電源質(zhì)量要求高。

1.2 主要問(wèn)題

（1）自動(dòng)化程度低。供應(yīng)商不同，導(dǎo)致各個(gè)子系統(tǒng)之間不能很好兼容地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理，缺少系統(tǒng)性的分析平臺(tái)，遏制了管理水平的提升。

（2）不夠經(jīng)濟(jì)。變電站內(nèi)電源系統(tǒng)不能有效進(jìn)行資源整合，明顯增大了投入的資金。

（3）維修運(yùn)行不方便。站用直流系統(tǒng)和通信電源系統(tǒng)由兩個(gè)部門(mén)分別維護(hù)，浪費(fèi)了大量人力資源，且檢查方式為分開(kāi)檢查，可靠性沒(méi)有保障。

2 一體化電源和傳統(tǒng)變電站站用電源系統(tǒng)分離設(shè)計(jì)的區(qū)別

（1）設(shè)計(jì)中用逆變器直接安置直流母線來(lái)代替UPS的使用。

（2）通常在設(shè)計(jì)初期取消了通信蓄電池，用DC/DC直流變換電源安置母線的方式進(jìn)行替換。

（3）一體化監(jiān)控器通過(guò)一個(gè)對(duì)外通信接口，對(duì)交、直流進(jìn)行智能網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控。

（4）系統(tǒng)自動(dòng)按照交流進(jìn)線的運(yùn)行方式對(duì)直流運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到最佳運(yùn)行方式。

（5）通過(guò)智能化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的各種問(wèn)題和缺陷并及時(shí)處理，排除故障。

（6）防雷器采用C級(jí)、D級(jí)的兩級(jí)保護(hù)機(jī)制保護(hù)交直流母線，使它們內(nèi)部電路輸入回路不會(huì)因?yàn)樵馐芾讚舻纫蛩囟艿絿?yán)重破壞，提高了電力系統(tǒng)的安全性和可靠性[2]。

3 一體化電源的優(yōu)點(diǎn)

變電站對(duì)于一體化電源模式的運(yùn)用，符合當(dāng)今技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)合理的發(fā)展需要。

3.1 及時(shí)解決問(wèn)題

通過(guò)對(duì)動(dòng)力電源系統(tǒng)設(shè)備整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了集中供電、集中運(yùn)行、集中管理和集中維護(hù)，并通過(guò)智能系統(tǒng)的分析，保證了動(dòng)力電源系統(tǒng)的高度可用性和可靠性。

3.2 統(tǒng)一、集中監(jiān)管

通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)各子系統(tǒng)的先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行一體化監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)中心單元和各部分監(jiān)控單元通過(guò)一體化監(jiān)控的監(jiān)控器接入調(diào)度系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行監(jiān)管。監(jiān)管人員可以及時(shí)通過(guò)一個(gè)管理系統(tǒng)查看各子系統(tǒng)的各種信息，包括參數(shù)、事件信息、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等，也可以以此實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息的修改和管理，實(shí)現(xiàn)站用電源的一鍵式遙控功能。專(zhuān)家可以整合整個(gè)電源信息，再進(jìn)行專(zhuān)業(yè)智能系統(tǒng)統(tǒng)一的處理管理。

3.3 提高土地使用率和系統(tǒng)安全性

一體化電源可以以組屏形式統(tǒng)一安放在變電站的智能化機(jī)房，不用分開(kāi)安置而占用變電站很大的空間，提高了系統(tǒng)的安全性。此外，解決了許多傳統(tǒng)通信系統(tǒng)電源的缺點(diǎn)，如漏液、起火、爆炸和漏電等。

3.4 可靠的通信設(shè)備供電能力

站用直流系統(tǒng)和通信電源系統(tǒng)的整合，很好地解決了系統(tǒng)單獨(dú)停電的情況，提高了社會(huì)生產(chǎn)生活的用電質(zhì)量。統(tǒng)一的變電站直流系統(tǒng)，方便專(zhuān)業(yè)的維護(hù)團(tuán)隊(duì)建立，提高了通信設(shè)備的供電可靠性。

3.5 合理利用人力資源

傳統(tǒng)的變電站需要兩類(lèi)維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)，導(dǎo)致變電站在人力資源分配上容易出現(xiàn)短缺。而一體化后的直流系統(tǒng)，維護(hù)隊(duì)伍由原來(lái)兩類(lèi)維護(hù)人員減少為一種，節(jié)約了人力資源，方便變電站對(duì)維護(hù)人員進(jìn)行統(tǒng)一管理，減少維護(hù)中存在的各種安全隱患。

4 一體化電源存在的問(wèn)題的解決措施

一體化電源與通信電源和站用直流電源的接地方式與電源后備時(shí)間都不相同，在此，我們就這兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)分析，并提出解決的措施建議[3]。

4.1 接地問(wèn)題解決措施

4.1.1 通信電源系統(tǒng)接地

（1）變電站通信電源系統(tǒng)的主要接地方式是結(jié)合等電位接地系統(tǒng)和聯(lián)合接地系統(tǒng)降低接地系統(tǒng)和通信設(shè)備的電位，以提高安全系數(shù)。

（2）電源通信設(shè)備發(fā)生事故時(shí)，要及時(shí)斷開(kāi)電路連接，預(yù)防發(fā)生安全事故。當(dāng)城市電路與電纜或者是通信設(shè)備發(fā)生接觸時(shí)，要立即斷開(kāi)市電路的電源，減少相應(yīng)的損失和危險(xiǎn)。

（3）保證通信系統(tǒng)的功能不受其他因素干擾，滿(mǎn)足系統(tǒng)電磁相互兼容需求。

（4）接地能讓大地作為電路回流體，給通信系統(tǒng)提供低電阻的接地回流電路。

（5）提高對(duì)雷電的防護(hù)功能和電路電壓的保護(hù)功能，降低市電線路和通信電纜被雷電和其他高電壓沖擊源帶來(lái)的損壞，提供被電纜屏蔽的高電壓沖擊電流的接地回路，將其轉(zhuǎn)移至大地。

（6）電源正極接地，大大降低了用戶(hù)電纜受到的電腐蝕，提高了電纜金屬外皮的絕緣功能。

4.1.2 站用直流系統(tǒng)接地

我國(guó)目前的變電站直流系統(tǒng)是根據(jù)《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》建造的。直流電源系統(tǒng)不接地，在偶爾接地的情況下可以正常使用，并不會(huì)造成電路產(chǎn)生回流短路現(xiàn)象，但是仍然需要立即找出接地點(diǎn)。如果兩點(diǎn)都接地，會(huì)有極大的可能引起信號(hào)裝置、繼電保護(hù)及自動(dòng)斷路器出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作或者拒絕動(dòng)作，從而引起直流系統(tǒng)的電路短路，導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生故障或者是發(fā)生安全事故。所以，在另一點(diǎn)接地前，要及時(shí)解決接地故障。在日常變電站運(yùn)行中，必須加強(qiáng)對(duì)直流系統(tǒng)的監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)有接地問(wèn)題，就要及時(shí)排除故障，避免因?yàn)橹绷飨到y(tǒng)接地問(wèn)題而導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

4.1.3 接地系統(tǒng)的解決措施

為了有效解決兩個(gè)系統(tǒng)的接地問(wèn)題，保證兩個(gè)系統(tǒng)之間的相互安全，可以根據(jù)變壓器的工作原理，適當(dāng)加入反向變壓器，有效將兩個(gè)接地系統(tǒng)隔離。當(dāng)DC/DC被擊穿時(shí)，會(huì)導(dǎo)致站用直流系統(tǒng)接地，但大部分直流電源系統(tǒng)都配備了接地檢測(cè)系統(tǒng)，在直流電源系統(tǒng)接地瞬間就能檢測(cè)出來(lái)，并能在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)給予解決。因此，接地故障現(xiàn)象在理論上并不能影響直流系統(tǒng)的安全可靠性。

4.2 電源系統(tǒng)后備電力時(shí)間的解決

根據(jù)站用直流電源系統(tǒng)的電源動(dòng)力為全站因事故供電不低于2 h來(lái)計(jì)算，兩組電源動(dòng)力正常為全站因事故供電應(yīng)不低于4 h。

通信電源系統(tǒng)方面，各種規(guī)章、規(guī)范、規(guī)定和文件中對(duì)通信電源系統(tǒng)的電源動(dòng)力的后備時(shí)間都不一致。廣東電網(wǎng)公司的變電站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，規(guī)定有4 h、8 h、12 h等，500 kV變電站的通信電源按照62 A來(lái)計(jì)算，負(fù)荷值約為40 A，因此負(fù)載功率為40 A×50 V=2 000 W。因此，變電站的二次設(shè)備負(fù)荷為5 755 W，長(zhǎng)期事故負(fù)荷12 050 W；110 kV變電站通信設(shè)備功率為800 W，變電二次設(shè)備經(jīng)常負(fù)荷按照2 750 W計(jì)算，長(zhǎng)期事故負(fù)荷6 670 W。在此，對(duì)500 kV變電站、220 kV變電站、110 kV變電站分別以電源動(dòng)力后備時(shí)間為8 h、12 h計(jì)算，計(jì)算一體化電源應(yīng)用時(shí)，站內(nèi)直流電源系統(tǒng)的配置將發(fā)生變化[4]。

可見(jiàn)，后備時(shí)間不同，一體化電源系統(tǒng)受到的影響程度也不同。如果按照8 h的后備時(shí)間方案來(lái)看，在站用直流系統(tǒng)的經(jīng)常性負(fù)載中加入通信負(fù)載，則傳統(tǒng)站用電源系統(tǒng)與一體化電源的配置直流電源系統(tǒng)沒(méi)有多大不同，且有著較高的實(shí)際可操作性。如果把直流系統(tǒng)按照12 h來(lái)設(shè)定后備時(shí)間設(shè)計(jì)方案，500 kV的站點(diǎn)電源動(dòng)力就會(huì)在100%以上，直接影響機(jī)房的安置空間和最大承受重量，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性都較低，且站用直流系統(tǒng)根本不能滿(mǎn)足12 h的后備電源時(shí)間。所以，管理部門(mén)要制定統(tǒng)一的合理合法的標(biāo)準(zhǔn)和制度，促進(jìn)一體化電源在現(xiàn)實(shí)生活中的廣泛應(yīng)用及推廣。

5 一體化電源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

一體化電源將來(lái)不僅會(huì)在變電站電力系統(tǒng)、電網(wǎng)、發(fā)電領(lǐng)域得到運(yùn)用，而且將會(huì)在家用、商用等領(lǐng)域得到普遍運(yùn)用，并朝著多元化系統(tǒng)方向發(fā)展。當(dāng)前的一體化電源系統(tǒng)主要包含監(jiān)控單元、直流配電和整流模塊等，電源系統(tǒng)的輸入一般是交流輸入和直流輸出。其中，交流配電的主要作用是交流電的輸入，提供防雷保護(hù)，將接口信號(hào)提供給監(jiān)控單元；直流配電的主要作用是提供直流電的輸出，為電源提供持續(xù)電能和保護(hù)作用，將接口信號(hào)提供給監(jiān)控單元。整個(gè)一體化電源的管理核心是監(jiān)控單元。它根據(jù)不同的系統(tǒng)或者不同的控制方式（集中控制和全分散控制方式），監(jiān)控聯(lián)系整個(gè)電源，且最大限度地協(xié)調(diào)著一體化電源管理系統(tǒng)。這種模塊的主要功能是把交流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鬏敵觥ｋS著社會(huì)對(duì)用電需求量的不斷增加，再加上一體化電源要求的配電相對(duì)簡(jiǎn)單，占用空間面積較小，所以一體化電源的應(yīng)用前景廣闊。

6 結(jié) 論

變電站站用直流系統(tǒng)和通信電源系統(tǒng)的一體化，是對(duì)傳統(tǒng)變電站電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理的發(fā)展與創(chuàng)新。隨著我國(guó)在電網(wǎng)領(lǐng)域中數(shù)字信息化建設(shè)中的不斷投入，變電站一體化電源系統(tǒng)已經(jīng)慢慢的取代了傳統(tǒng)的站用電源系統(tǒng)。一體化電源先進(jìn)的技術(shù)、可靠的供電系統(tǒng)、合理的人力資源利用等優(yōu)勢(shì)，可以給電力企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。