變電站直流電源系統改造問題分析

趙子義

摘 要：直流電源操作系統作為一個獨立的電源，不受系統運行方式的影響，主要為高壓開關柜的直流操作機構的開關分、合閘，保護、控制回路，事故跳閘，應急照明等提供直流電源，是當代電力系統控制、保護的基礎。本文就通過分析變電站直流系統改造的必要性和改造后所取得的效果，介紹了智能高頻開關電源系統的性能特點及其各部分的作用和在改造過程中的改進情況。

關鍵詞：變電站;直流系統;改造

1 引言

隨著電力工業的迅速發展，為提高電網的供電質量，有許多常規的變電站被改成綜自站，但是改造后原有直流設備的缺點如：發熱量大、沒有遠方功能、功率因數低、體積較大等逐漸顯現出來，而原來的直流設備均采取傳統的相控電源，效率低、紋波系數大，在電磁輻射、熱輻射、噪聲等方面都不盡人意，所以必須引起足夠的重視并加以改造，使電網安全、經濟運行，并實現電力系統的自動化。

2概述

隨著電力工業的迅速發展，為提高電網的供電質量，有許多常規的變電站被改成綜自站，但是改造后原有直流設備的缺點如：發熱量大、沒有遠方功能、功率因數低、體積較大等逐漸顯現出來，而原來的直流設備均采取傳統的相控電源，效率低、紋波系數大，在電磁輻射、熱輻射、噪聲等方面都不盡人意，所以必須引起足夠的重視并加以改造，使電網安全、經濟運行，并實現電力系統的自動化。

為了保證智能高頻開關電源系統的質量，組織了多名技術人員對多個生產廠家進行了考察，了解廠家的生產工藝、規模和實驗測試手段等情況，經過“貨比三家”后，技術改造決定使用GZDW—200/220型操作電源。它是專為電力系統研制開發的新型“四遙”高頻開關電源，采取高頻軟開關技術，模塊化設計，輸出標稱電壓為220V，配有標準RS-232接口，易于與自動化系統對接，適用于各類變電站、發電廠和水電站使用。此設備有下列性能特點：1）模塊化設計，N+1熱備，可平滑擴容。2）監控功能完善，高智能化，采取大屏幕液晶漢字顯示，聲光告警。3）監控系統配有標準RS-232接口，方便接入自動化系統，實施“四遙”及無人值守。4）對蓄電池自動管理及自動維護保養，實時監測蓄電池組的端電壓，充、放電電流，自動控制均、浮充以及定期維護性均充。

3變電站交直流電源系統

變電站交直流電源系統主要包括ATS開關、充電機和蓄電池組三個部分。自動轉換開關電器即ATS，在變電站中用于將一個交流輸入電源自動換接至備用交流輸入電源，使交直流負荷不停電、可以穩定運行，充電機是采用高頻電源技術，用于UPS直流不間斷電源等電池的自動浮充，以確保其不過充、不欠充，對充電機的參數采集主要目的是監測均、浮充狀態。蓄電池從投運開始，它均、浮充電都是靠充電機完成的。在供電公司一般分析蓄電池的異常，只會關注溫度、檢修、工作環境等原因。變電站交直流系統，有兩個用處：一、承擔正常直流負荷電流，二、向蓄電池組補充電，使蓄電池的自放電得到補充，保證蓄電池備用時處于滿容量。

4變電站交直流電源系統狀態檢修應用設計

變電站交直流電源系統狀態檢修應用需要從以下三個方面設計：第一是從變電站現場實時采集信息，第二是將信息整合、并由通信上傳遠方監控中心，第三步是遠方監控中心對獲得的信息進行分析處理，最后提出運維、檢修建議，并實現相關遠動控制措施。

（一）采集信息。變電站站端設備負責實時采集數據，其中包括開關量釆集模塊、直流開關控制模塊、蓄電池遠程放電模塊、蓄電池內阻測試模塊、充電裝置監控模塊、絕緣監測模塊、蓄電池在線測量模塊、就地監控單元等。

（二）信息通信。通過協議轉換和變電站監控主機解決數據格式和通信協議不統一的問題、這些采集量通過站端信息平臺（監控主機）傳到遠方監控中心，數據由遠方監控中心分析軟件負責分析與處理。

（三）分析、處理信息。分析、處理信息生成狀態評價，進而做出檢修建議及遠控。

數據的分析、處理由遠方監控中心管理分析軟件負責，它是系統實現的關鍵環節，其包括客戶端和數據發布WEB服務器。遠方監控中心的客戶端與各變電站監控主機裝置之間使用C/S構架，客戶端向現場交直流監控設備通訊、發布指令，接收和處理回送的采集量，解釋數據規約，及評價設備狀態、進而產生決策建議，對電源系統實現全方位的運維與檢修。

5智能高頻開關電源系統應用情況

5.1原來的相控電源紋波系數大，其輸出含有的交流成份較大。尤其是潘村變電站最為明顯，交流成份含量更高，對二次設備影響最大，造成二次設備誤動、損壞、甚至有的設備無法正常工作。而改造后的智能高頻開關電源紋波系數很小，輸出特別穩定。

5.2原來的相控電源采用硅堆調壓，硅降壓響應速度慢，反應時間為幾十毫秒，輸入電壓突變時在輸出上會產生很大的沖擊，因沖擊不穩定而易燒壞二次設備。而改造后的高頻開關電源采用無級調壓方式，響應速度快，輸入電壓突變時，模塊在200μs內調整完成，過沖小于5%。

5.3原來的相控電源充電機、浮充機等噪音較大，且無降溫措施，有的變電站浮充機發熱嚴重。而改造后的智能高頻開關電源噪音小，模塊采用優質風機降溫，保證了模塊元器件正常工作，使值班人員的工作環境大大改善。

5.4原來用的是鉛酸電池或鎘鎳電池，既需要專門設置蓄電池工進行維護、保養，還需要配備維護電池用的有關容器、儀表、原料、蒸餾鍋、蒸餾水等。而改造后用的是 日本“湯淺”免維護電池，平時不需要進行一系列的維護工作，減少了人力物力。

5.5原來的相控電源功率因數低，一般在0.7以下，效率在60%左右，而改造后的智能高頻開關電源功率因數達0.9以上，效率高達94%以上。

5.6原來的相控電源經常出現故障，有時因無法操作送電而造成生產損失;近幾年直流系統經常出現各種故障給安全生產造成了很大的損失，同時也給居民用戶生活帶來不便、給工業用戶帶來巨大的經濟損失。而改造成智能高頻開關電源后，直流系統至今未發生任何事故，供電更加可靠。

5.7改造后的智能高頻開關電源具有48V電源出口，為變電站的通訊網絡等提供了電源，不必另外購置專門的48V電源，減少了設備的投資和占用空間。

5.8充電裝置的運行與維護

①運行維護人員每月應清潔一次充電裝置;雷電發生后應對直流裝置的充電裝置和防雷裝置運行狀態進行檢查，以便及時更換。②運行維護人員應每天監視充電裝置的運行參數，例如：直流輸出電流值和電壓值、交流輸入電壓值等各表計顯示是否正確，裝置通訊是否正常，各保護信號是否正常，三相交流輸入電壓是否平衡或是缺相，各充電裝置的輸出電流是否均流，正負母線對地的絕緣狀態是否良好，運行噪聲有無異常。③運行維護人員需要特別注意充電裝置自動均充的充電電壓和充電電流是否正確，均充是否準時定期。充電裝置內部發生故障時，應將壞的充電裝置取下來，并及時返回廠家進行維修，同時需要在這期間加強對直流裝置的巡視。④在進行耐壓和絕緣試驗前，應先斷開電子元件的控制板，若控制板出現故障，應停止運行，換上備用板后，并調整好運行參數，啟動充電裝置，再投入正常運行。

6結束語

通過對變電站直流電源系統改造問題的研究，我們可以發現，該項工作良好實踐效果的取得，有賴于對變電站直流電源系統關鍵要素的充分分析與掌控，有關人員應該從變電站的客觀實際需求出發，研究制定最為符合實際的直流電源系統改造實施方案。

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