變電站直流電源系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

摘 要：為了促進電力系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展，根據(jù)大量控制、保護、自動裝置等一系列的設(shè)備實現(xiàn)直流電源供電，所以直流電源的可靠性在電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全的運行過程中具有重要的作用。變電站直流電源系統(tǒng)屬于自動裝置，繼電保護、斷路器等正常運行的撥正，能夠避免系統(tǒng)破壞、設(shè)備損壞、事故擴大等問題。如何實時監(jiān)控直流電源系統(tǒng)，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)需要解決的主要問題。所以，變電站直流電源系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。

關(guān)鍵詞：變電站；系統(tǒng)設(shè)計；直流電源

中圖分類號：TM63文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）09-0048-02

Abstract：In order to promote the continuous development of the power system，it is necessary to use a series of control，protection，automatic equipment and a series of equipment to use DC power supply，so the reliability of DC power supply play an important role in the stable and safe operation of the power system. The DC power supply system in substations belongs to the normal operation of automatic device，relay protection，circuit breaker and so on. It can avoid system damage，equipment damage，and accidents expansion and other problems. How to monitor DC power system in real time is the main problem to be solved in modern power system. Therefore，the design of substation DC power system is particularly important.

Keywords：substation；system design；DC power supply

0 引 言

直流電源是變電站中的二次設(shè)備，它的主要優(yōu)勢就是具備高壓開關(guān)、繼電保護、操作電源及自動裝置等特點，并且質(zhì)量及性能對電網(wǎng)地穩(wěn)定運行及設(shè)備安全具有重要的作用。目前，整流電源從傳統(tǒng)分立元件向著微機控制方面發(fā)展，實現(xiàn)了直流電源的智能化，同時與變電站綜合自動化地進行網(wǎng)絡(luò)連接，以有效實現(xiàn)三遙功能。直流絕緣檢測系統(tǒng)從傳統(tǒng)電磁型檢測裝置朝著完全微機化絕緣監(jiān)測裝置方面發(fā)展，具有通信接口。基于此，本文設(shè)計了變電站直流電源系統(tǒng)，并將其投入使用。

1 變電站直流電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

變電站直流電源系統(tǒng)在設(shè)計過程中是基于現(xiàn)代蓄電池、充電機等成熟核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)直流電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)、二次直流電源系統(tǒng)及UPS電源等的一體化設(shè)計及組屏生產(chǎn)全新模組形式。圖1為變電站直流電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，此系統(tǒng)取消了通信蓄電池，利用逆變器設(shè)置直流母線，通過同個廠家生產(chǎn)，使用一體化智能監(jiān)控器集中組屏。此系統(tǒng)的主要特點就是能夠?qū)崿F(xiàn)電源系統(tǒng)的智能化管理；降低日常維護工作量，提高可靠性；降低一次性投資資金和長期維護的費用，使投資經(jīng)濟性得到提高[1]。

2 整流系統(tǒng)的設(shè)計

充電系統(tǒng)在現(xiàn)代智能化變電站中屬于蓄電池，它具備浮充、強充及均充等優(yōu)勢，而且能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)壓及穩(wěn)流。在交流輸入電壓較高或者較低過程中，實現(xiàn)軟保的設(shè)置，以故障排除，保證直流電源的正常狀態(tài)。微機監(jiān)控接口能夠連接變電站，將直流電源運行的情況向集控中心進行實時的傳輸，同時并且具備三遙功能。

在實現(xiàn)直流電流配置的過程中，要求直流電源通過交流站之后通過電平提供，直流電源屏實現(xiàn)兩回交流進線的提供，能夠利用直流電源屏實現(xiàn)自動切換。并且在配置相控整流過程的整流系統(tǒng)有兩套，分別為備用及工作，兩者還能夠進行自動的切換。其中高頻開關(guān)電源利用N+1模塊冗余實現(xiàn)設(shè)置，其中的某個模塊故障，不會影響到整組的充電設(shè)備工作。其中的高頻開關(guān)整理模塊能夠帶電插拔，在更換故障的過程中不受到時間限制。由于現(xiàn)代新投產(chǎn)的變電站斷路器都是利用液壓彈簧構(gòu)成的，在合閘電流較小的時候，利用閥控式鉛酸免維護蓄電池，結(jié)合控制及合閘母線，不設(shè)置降壓裝置，在放電的時候縮小電壓變化范圍，以此能夠簡單布置、接線；另外還能夠使直流系統(tǒng)供電過程中的可靠性進一步提高。目前，現(xiàn)代的直流配電系統(tǒng)大多數(shù)的負荷開關(guān)加絨段器方式都已經(jīng)被直流專用斷路器替代，并且利用正面開啟式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)直流配電開關(guān)的布置，使空間及屏位得到有效的節(jié)約，提高防護的等級，同時還能夠方便更換及維護。目前，我國現(xiàn)代的小型直流斷路器分段能力比較高，能夠使控制符合饋電得到有效的控制，提高了大容量直流斷路器直流分段的能力，大容量直流斷路器的直流分段能力也比較高，得到饋電能夠滿足動力符合使用。并且此直流斷路器便于加裝輔助觸點及故障報警觸點，使直流供電可靠性得到了保證[2]。

3 直流供電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

在變電站直流電源系統(tǒng)正常運行的過程中，對負載到兩段的直流母線中的直流進行分配，支路的供電回路的供電方式主要包括環(huán)形和輻射。某個供電局變電站利用環(huán)形方式實現(xiàn)供電，其網(wǎng)絡(luò)中的干線及小母線二回直流電源能夠利用直流斷路器和兩段的直流母線進行連接，其在正常運行過程中為開環(huán)。環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)干線和負荷支路相互連接，能夠設(shè)置直流斷路器。另外，此種方式還是直流動力符合及控制符合的供電網(wǎng)絡(luò)，在變電站中實現(xiàn)動力及控制兩種小分母的設(shè)置，從而能夠在不同直流負荷中形成環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)，每個環(huán)中電流連接兩端母線。

輻射供電方式一般應(yīng)用到接口屏直流控制電源中，例如PT并列回路直流控制電源利用電源實現(xiàn)供電，以實現(xiàn)PT并列回路直流供電電源的雙重化配置，并且還要在不同時間段中進行直流母線的配置。

在回路直流供電電源裝置保護過程中，要滿足以下需求：

（1）冗余配置的主保護、安全性、跳閘回路都是利用輻射供電的方式實現(xiàn)，直流供電電源利用不同段直流母線；

（2）各個間隔單元中的保護裝置及控制電源都處于直流饋線屏的位置中；

（3）斷路器的跳閘線圈對系統(tǒng)實施雙重化保護中，保護裝置直流單元和控制回路直流電源分別來源于同個直流母線。

4 蓄電池組的設(shè)計

蓄電池組是直流電源系統(tǒng)中的主要構(gòu)成部分，本文使用閥控式密封鉛酸蓄電池。為了能夠有效滿足冗余供電保護及控制的需求，變電站直流電源系統(tǒng)要設(shè)置兩組蓄電池和充電裝置，在蓄電池組安裝主要包括集中及分散兩種方式。集中安裝一般都是使用組屏安裝，之后和其他的充饋電柜相互安裝。分散安裝要設(shè)置獨立的電池室，在電池架中安裝電池。用戶要以現(xiàn)場實際情況為基礎(chǔ)，選擇合適安裝方式，在變電站具有繼電保護的裝置小室的時候，使用分散安裝。

兩組蓄電池直流系統(tǒng)要使用兩端單母線接線，蓄電池組分別和不同母線段相互連接，兩段母線之間要設(shè)置聯(lián)絡(luò)電器，主要包括兩個類型：在兩組蓄電池實現(xiàn)兩套充電裝置的配置，兩者和不同母線段接入。兩組蓄電池要實現(xiàn)三套充電裝置的配置，蓄電池和配電裝置要實現(xiàn)不同母線段的連接。充電裝置通過切換電氣實現(xiàn)蓄電池的充電。

另外，還要實現(xiàn)兩段母線的切換操作，切換的過程中蓄電池組無法脫離直流母線中。在實現(xiàn)并聯(lián)操作過程中，兩組蓄電池壓差要滿足比系統(tǒng)額定電壓小5%的需求。

5 系統(tǒng)的使用效果

變電站直流系統(tǒng)屬于較為龐大的多分支供電系統(tǒng)，其在應(yīng)用過程中存在一點接地故障，一般不會對直流系統(tǒng)的運行造成影響。但是假如無法快速尋找故障點并且對其進行恢復(fù)，在發(fā)生另外接地故障的時候，就會導(dǎo)致誤操作。針對上述問題，本文設(shè)計的直流電源系統(tǒng)中存在一定的監(jiān)視裝置，能夠?qū)χ绷飨到y(tǒng)的絕緣電阻及母線電壓進行在線檢測，在母線電壓較高或者較低的時候就會告警。另外，系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)饋線支路絕緣電阻的檢測，使供電的過程更加的安全、可靠[3]。

6 結(jié) 論

變電站直流電源系統(tǒng)將直流電源、蓄電池組、整流系統(tǒng)、直流供電網(wǎng)相互結(jié)合，利用統(tǒng)一的智能網(wǎng)絡(luò)平臺，有效實現(xiàn)變電站直流控制電源的集中供電及監(jiān)控管理，以此有效實現(xiàn)在線狀態(tài)的實時檢測。變電站直流電源的設(shè)計是對母線變電站電源設(shè)計及管理全新模式的研究，其滿足技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)合理及運行簡便的需求，利用不斷的改進及優(yōu)化，將成為未來變電站直流電源發(fā)展的主要方向。

參考文獻：

[1] 李華偉.淺談變電站直流電源系統(tǒng)設(shè)計 [J].工程技術(shù)：全文版，2016（11）：00222.

[2] 李順昕，霍菲陽，劉麗，等.超級電容在智能變電站直流供電系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].電子設(shè)計工程，2017，25（14）：73-77.

[3] 李莉美，趙麗君，菅曉清，等.變電站直流電源系統(tǒng)存在問題分析及改進措施 [J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2016，34（2）：97-100.

作者簡介：符振成（1980-），男，漢族，海南儋州人，電氣二次主管，工程師，學(xué)士。研究方向：變電電氣二次。