交直流一體化電源在110 kV變電站中的應(yīng)用

李征

摘要：在我們國家不斷繁榮發(fā)展的今天，作為新型變電站能源系統(tǒng)的智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)，是在系統(tǒng)性整合交流與直流電源的基礎(chǔ)上形成的交直流一體化電源系統(tǒng)，有助于智能變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)。以傳統(tǒng)110kV變電站電源系統(tǒng)為基礎(chǔ)通過創(chuàng)新發(fā)展而形成的交直流一體化電源系統(tǒng)，有著更合理的結(jié)構(gòu)、更先進(jìn)的技術(shù)、更方便的運(yùn)行維護(hù)。建設(shè)并投產(chǎn)的數(shù)字化變電站相繼增加，加上全面建設(shè)的全國智能變電站試點(diǎn)項(xiàng)目，傳統(tǒng)變電站電源系統(tǒng)正在被交直流一體化電源系統(tǒng)取代，110kV變電站電源管理水平將會實(shí)現(xiàn)巨大提升。

關(guān)鍵詞：交直流;一體化;電源;110kV變電站;應(yīng)用

引言

隨著社會的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，110kV變電站由于其具有一定的安全性、有效性、自動(dòng)化與智能化水平相對較高等優(yōu)勢，在不斷提升變電站電源系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量與建設(shè)水平中具有不可或缺的作用，推動(dòng)了交直流一體化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展與完善。

關(guān)鍵詞：交直流一體化電源;110 kV變電站;應(yīng)用

1交直流一體化電源簡介

交直流一體化電源系統(tǒng)采用智能模塊化設(shè)計(jì)，將交流直流電源、U P S、通信電源、事故照明等裝置進(jìn)行一體化組合設(shè)計(jì)，共同使用直流系統(tǒng)的蓄電池組;微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一對成套設(shè)備的各種模擬和開關(guān)信號監(jiān)控，總監(jiān)控單元實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一狀態(tài)顯示和故障處理，能夠依據(jù)蓄電池組的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)均、浮充狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到蓄電池智能管理的目的。該組合方式是以直流電源為核心，因此本文重點(diǎn)介紹了直流裝置與蓄電池的施工質(zhì)量控制。110 kV 變電站中使用交直流一體化電源系統(tǒng)是對變電站工作方式的一種創(chuàng)新，也是響應(yīng)時(shí)代需求使電力系統(tǒng)重新煥發(fā)生機(jī)的手段。這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用實(shí)例較少。110 kV 變電站是一體化電源系統(tǒng)發(fā)展的開端。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將逐漸拓展到更高級別的變電站中。交直流一體化電源技術(shù)來源于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)技術(shù)，但又利用創(chuàng)新性理念對原有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使其成為當(dāng)下的熱門，同時(shí)也成為我國電力系統(tǒng)改革與創(chuàng)新的指導(dǎo)因素之一。雖然目前交直流一體化電源系統(tǒng)沒有得到廣泛應(yīng)用，但發(fā)展前景值得期待。就目前發(fā)展及使用狀況來看，交直流一體化電源系統(tǒng)存在一些問題，如技術(shù)發(fā)展程度不高、普及率較低以及國家電網(wǎng)利用傳統(tǒng)技術(shù)的理念較為深厚等。隨著研究的不斷深入推進(jìn)，交直流一體化電源系統(tǒng)必將占據(jù)我國電力系統(tǒng)的重要位置。

2交直流一體化電源在110 kV變電站中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1節(jié)約資源、優(yōu)化配置

將直流電源蓄電池組、UPS蓄電池組、通信蓄電池組合并為1組蓄電池，進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，合理組屏布置，減少重復(fù)配置、節(jié)約占地空間，并對改善環(huán)境質(zhì)量具有積極的作用。

2.2監(jiān)控裝置

監(jiān)控裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，綜合分析各種數(shù)據(jù)和信息，對整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施控制和管理。監(jiān)控裝置包括交流電源監(jiān)測模塊、直流饋線監(jiān)測模塊、直流電壓監(jiān)測模塊、直流絕緣監(jiān)測模塊、蓄電池管理單元、UPS控制模塊、通信電源監(jiān)測模塊。監(jiān)控裝置作為一體化電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理單元，能夠同時(shí)監(jiān)控交流電源、直流電源、UPS電源和通信電源等設(shè)備。對上與110 kV變電站站控系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)站控系統(tǒng)對一體化電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理;對下與各子系統(tǒng)監(jiān)控模塊通信，實(shí)現(xiàn)一體化電源系統(tǒng)的綜合監(jiān)視和集中管理。

2.3便于統(tǒng)一管理

交直流一體化電源系統(tǒng)在運(yùn)用中有一個(gè)突出特點(diǎn)，即減輕了管理人員的工作量。傳統(tǒng)110 kV變電站中，不同電流需要利用不同技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行管理。因此，工作人員在管理不同設(shè)備時(shí)，要分別具有四種設(shè)備的基礎(chǔ)管理知識及工作經(jīng)驗(yàn)。無論是日常檢查，還是維護(hù)與檢修，都是四份任務(wù)量，使得110 kV變電站的管理工作異常繁瑣。利用交直流一體化電源系統(tǒng)進(jìn)行管理，不僅能減少工作人員的工作量，也能降低管理人員的工作難度。一體化設(shè)備可以清除了解各個(gè)設(shè)備的具體運(yùn)行狀況，不需要從四個(gè)方面共同考慮。高新技術(shù)管理人員可以通過圖形界面了解多個(gè)系統(tǒng)的具體運(yùn)行信息。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，相關(guān)人員可輕易確定故障方位和故障類型。針對不同的電源子系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)開展智能控制可保障具體運(yùn)行的穩(wěn)定性。統(tǒng)一管理是電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，是我國電力事業(yè)朝高科技方向運(yùn)行的必然結(jié)果。

2.4語言統(tǒng)一，開放式系統(tǒng)

所有子系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采用統(tǒng)一的信息模型及程序語言，通過以太網(wǎng)接口、IEC61850規(guī)約與上位機(jī)系統(tǒng)通信，對于不同制造商的智能設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)互換、互操作，站用電源系統(tǒng)成為語言統(tǒng)一的開放式系統(tǒng)。

3交直流一體化電源在110 kV變電站中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1DC/DC電源脫口問題

DC/DC模塊是一種將固定的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊闹绷麟妷旱脑骷纸凶鲋绷鲾夭ㄆ鳌＿@種技術(shù)在變電站、地鐵列車以及電動(dòng)車中具有十分廣泛的應(yīng)用。在DC/DC應(yīng)用中，交直流一體化電源系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的利用蓄電池組進(jìn)行通信電源供電的方式，采取了DC/DC變換控制器。使用中也會發(fā)生一些故障阻礙變電站運(yùn)行，如DC/DC電源故障產(chǎn)生負(fù)載短路，進(jìn)而引發(fā)DC/DC模塊輸出裝置自帶電路放電，致使DC/DC整體模塊控制無法發(fā)揮原有作用，使通信直流母線失壓。這種故障是由模塊自身與系統(tǒng)運(yùn)行誤差和外部原因?qū)е碌摹ｋ娏鳟a(chǎn)生交流失電現(xiàn)象時(shí)，會由直流操作電源中的蓄電池組保障控制器與變換器進(jìn)行電流輸入。但是，這種方式在實(shí)踐運(yùn)行中存在一些缺點(diǎn)，即在利用DC/DC變換器進(jìn)行電流輸出時(shí)，會在電流輸出方面受到物理限制，進(jìn)而引發(fā)相關(guān)的通信負(fù)載問題。DC/DC變換器電流輸出能力是有一定范圍的，所以很難在任何情況下都實(shí)現(xiàn)足量的電流輸出。變電站電力系統(tǒng)在通信裝置上需要雙路切換供電，但DC/DC變換器無法實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致模塊脫扣。最有效的解決措施是利用通信負(fù)載支路串饋線保護(hù)模塊，原理即利用功率較大的器件作為開關(guān)，檢測電路中通過的電流，當(dāng)發(fā)生短路現(xiàn)象或負(fù)載現(xiàn)象時(shí)，通過器件跳閘防止整個(gè)電力系統(tǒng)遭受破壞。

3.2接地隔離問題

交流電源系統(tǒng)為接地系統(tǒng)，而直流電源系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，通信電源系統(tǒng)則必須采用聯(lián)合接地和等電位接地以保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以現(xiàn)場安裝調(diào)試時(shí)，必須注意接地系統(tǒng)與非接地系統(tǒng)之間的有效隔離，系統(tǒng)饋線回路應(yīng)相互獨(dú)立，避免交流匯入直流而造成繼電保護(hù)或斷路器拒動(dòng)或誤動(dòng)的事故發(fā)生。

3.3蓄電池容量選擇問題

選擇合適的蓄電池容量，是保障整體電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。蓄電池容量的選擇要遵循交直流一體化電源系統(tǒng)2小時(shí)事故放電時(shí)間原則，這在國家電網(wǎng)有關(guān)文件中被明確提出。在《國家電網(wǎng)公司2011年新建變電站設(shè)計(jì)補(bǔ)充規(guī)定》當(dāng)，針對交直流一體化電源系統(tǒng)中的蓄電池容量進(jìn)行了明確規(guī)定，目的是將變電站運(yùn)行成本和安全性控制在合理范圍內(nèi)。在部分較偏遠(yuǎn)地區(qū)，變電站的蓄電池容量需要按照4小時(shí)事故放電時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。不同變電站中，站用直流電源和通信電源在后備運(yùn)行上存在一定區(qū)別，一定程度上導(dǎo)致成本的浪費(fèi)。因此，針對這一缺點(diǎn)將110 kV電源系統(tǒng)變電站中二者的放電時(shí)間統(tǒng)一規(guī)定為2小時(shí)。這在一定程度上緩解了通信電源后備時(shí)間對直流蓄電池容量造成的影響。蓄電池容量的選擇要滿足國家規(guī)定，并結(jié)合實(shí)際交直流一體化電源系統(tǒng)需求，對110 kV變電站蓄電池容量做出最合理的選擇，從而在控制成本的前提下保障變電站的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

3.4直流部分交流進(jìn)線模塊化

一體化電源系統(tǒng)直流部分交流進(jìn)線電源有兩路交流電源，交流監(jiān)控單元檢測兩路交流電源供電質(zhì)量，通過交流接觸器實(shí)現(xiàn)兩路電源的自動(dòng)投切，選擇正常交流電源供電，以保證直流電源交流供電的可靠性。直流系統(tǒng)交流進(jìn)線部分主要構(gòu)成器件：交流進(jìn)線斷路器、交流防雷器、交流監(jiān)控器、直流總監(jiān)控、交流接觸器、指示燈、端子。各個(gè)器件作為一個(gè)個(gè)體存在，型號選擇、安裝方案因人而異千差萬別，但是部分器件也是一體化電源必備器件，可作為一個(gè)整體設(shè)計(jì)為成模塊。將斷路器、接觸器、防雷器、交流監(jiān)控等器件集成為一個(gè)模塊，作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊。

結(jié)語

110 kV變電站采用的交直流一體化電源是對傳統(tǒng)站用電源設(shè)計(jì)和管理模式的繼承和創(chuàng)新，符合技術(shù)導(dǎo)則中要求的“結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)維方便”的技術(shù)發(fā)展路線，它的體系機(jī)構(gòu)和深層次應(yīng)用開發(fā)還有很大的空間，110 kV變電站交直流一體化電源施工質(zhì)量控制和驗(yàn)收項(xiàng)目也是施工質(zhì)量的動(dòng)態(tài)管理過程，需要更新，也需要不斷探索和嘗試。

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