有關變電站直流系統網絡的優化設計討論

楊先輝

摘? 要：在電力系統中，直流系統是變電站非常重要的組成部分，它的主要任務就是給繼電保護裝置、斷路器操作、各類信號回路提供電源。直流系統的正常運行與否，關系到繼電保護及斷路器能否正確動作，會影響變電站乃至整個電網的安全運行。決定直流系統運行安全性和可靠性的不僅在于某一個元件的性能，更在于全部元件的協同配合，這就與變電站直流系統的網絡結構密切相關。基于此，本文以220kV變電站為例，對其直流系統網絡進行優化分析。

關鍵詞：直流系統;變電站;級差

一、220kV變電站直流系統配置方案分析

某220kV變電站全站配置2組直流蓄電池，出口采用熔斷器。共配置2面直流饋線屏，二次設備室內布置2面220kV直流分電屏及1面110kV直流分電屏，就地布置2面220kV直流分電屏及1面110kV直流分電屏。低壓側開關柜采用直流小母線供電方式，不配置直流分電屏。每面直流分電屏設置2段直流母線，對于戶外變電站，就地直流分電屏也可設置1段直流母線。根據DL/T5044—2014《電力工程直流電源系統設計技術規程》（簡稱“規程”），每段母線由來自同一蓄電池組的2回直流電源供電。其網絡結構圖如圖1所示。其中，二次設備室內的直流分電屏僅示意1段母線。

該方案是變電站直流系統最常采用的方案。優點是分電屏靠近負荷區，可節約電纜，缺點是直流分電屏配置較多，工程造價高。同時，由于二次設備室內直流分電屏與直流饋線屏距離較近，在分電屏出口處發生直流接地時，由于短路電流過大，容易造成直流饋線屏斷路器越級跳閘。

二、220kV變電站直流系統設計的關鍵問題分析

1、二、三級直流斷路器的級差配合。這里主要指的是直流饋線屏斷路器與二次設備室內直流分電屏斷路器的級差配合問題。由于布置于同一個室內，直流饋線屏與直流分電屏間電纜較短，在分電屏出口處發生短路時，短路電流可能會達到上一級直流斷路器瞬時動作區，造成越級跳閘。二、三級直流斷路器的級差配合問題廣泛存在于已投運的變電站內，具有較大的潛在運行風險。針對此種問題，僅靠設備選型極難消除，需對原有直流系統網絡進行優化。通過取消二次設備室內直流分電屏，將室內直流負荷統一改由直流饋線屏供電，可從根本上避免了二、三級直流斷路器的越級誤動的可能。對于就地直流分電屏，出口處直流短路電流一般在1500A以內，選擇額定電流為100A三段式直流斷路器即可實現級差配合。

2、三、四級微型直流斷路器的級差配合。當前變電站內三、四級保護電器一般均采用二段式微型直流斷路器。在末級直流系統故障時，容易造成三、四級直流斷路器均進入瞬時動作區，造成越級跳閘。一般情況下，第三級直流斷路器如采用三段式，可以較容易實現三、四級直流斷路器的級差配合，即瞬時脫扣電流（18±20%）In躲過下級出口短路電流即可。但實際上，由于受采購方式的限制，設計單位不能對此提出要求。此外，二次屏柜上的直流空開由各設備廠家提供，類型繁多，在配合上存在多種方案，具有一定的不確定性，不能僅僅通過級差進行選擇。對于三、四級微型直流斷路器的級差配合問題，應該根據實際的組屏方案進行分析。如屏柜內二次設備為非關聯型負荷，則必須保證上下級直流斷路器的動作選擇性;如為關聯型負荷，則可以在一定程度上放寬要求，僅按照上下級直流斷路器保證一定的級差進行配置。為保證三、四級直流斷路器的級差配合，在工程允許的情況下，上級直流斷路器可按照三段式配置，也可配置為塑殼直流斷路器。

三、220kV變電站直流系統優化配置方案

整體上來說，針對變電站不同布置方式，可提出不同的直流系統典型配置方案。總體方案如下：①取消二次設備室內的直流分電屏，直流負荷改由饋線屏直接供電。②設置就地直流分電屏，其中220kV就地分電屏2面，110kV就地分電屏1面。③如戶外變電站，就地直流分電屏設置1段直流母線;如為戶內或半戶內變電站，就地直流分電屏設置2段直流母線。④結合二次設備的組屏方案，判斷屏內二次設備是否為關聯型負荷。如是，則上一級應采用三段式直流斷路器，并優先選用電磁式。

戶內（半戶內）變電站直流系統配置方案：對于戶內（半戶內）變電站，由于各間隔的保護、測控裝置及過程層交換機均下放布置于智能控制柜內，二次設備室內的二次負荷較戶外變電站大幅減少。以某一實際工程為例，若取消室內直流分電屏，每組直流饋線屏需要配置32A（或20A、25A）微型直流斷路器27個，63A微型直流斷路器5個，100A塑殼直流斷路器12個。二次設備室內的直流負荷主要為站控層設備及主變壓器保護、測控裝置。對于站控層設備，同一屏內采用同一組直流母線電源的二次設備屬于關聯型設備，上級直流斷路器可采用二段式。對于主變壓器保護柜，屏內設備包括主變壓器保護、測控裝置及過程層交換機。屏內任何二次設備失電均不應該影響主變壓器保護裝置，因此屬于非關聯型設備，上級直流斷路器應采用三段式。如以GM系列直流斷路器產品進行屏面布置，可采用GM32系列二段式微型直流斷路器24個，GM5FB系列電磁三段式直流斷路器12個，GM5FB-250系列三段式塑殼直流斷路器12個。直流饋線屏僅需1面。對于就地直流分電屏，由于間隔層設備下放，每面直流分電屏需配置2段直流母線。保護、測控裝置及過程層交換機電源取自其中一段母線，合并單元、智能終端取自另一段母線。其中，保護、測控裝置及過程層交換機屬于非關聯型設備，上級應配置三段式直流斷路器，合并單元、智能終端屬于關聯型設備，可配置二段式直流斷路器。

戶外變電站的直流系統配置方案：對于戶外變電站，間隔層設備集中于綜合保護室內，此時，每組直流饋線屏需32A（或20A、25A）微型直流斷路器50個，63A微型斷路器5個，100A塑殼直流斷路器10個。此時，每組直流蓄電池需配置2面饋線屏，共配置4面。對于就地直流分電屏，每個分電屏內僅需設置一段母線。智能控制柜內合并單元、智能終端屬于關聯型設備，上級可配置二段式直流斷路器。

四、小結

總之，隨著我國經濟的不斷發展，電在人們的生產生活中起到了越來越重要的作用。我國在變電技術直流系統的發展過程中仍然存在著一些需要繼續解決的問題。隨著科學技術的不斷進步，我國的變電站技術必當會得到不斷優化。

參考文獻

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【2】范瑞逢.直流系統中空氣斷路器和熔斷器級差配合試驗研究[J].電力設備，2005，6（9）.