500 kV永圣域變電站直流系統改造方案探討

李永振，任 俊，商 聰

(內蒙古超高壓供電局，呼和浩特 010080)

0 引 言

在變電站中直流系統的重要性不言而喻，其為繼電保護、安全自動裝置、測控裝置、事故照明、UPS等設備提供可靠的電源供應。因直流系統故障造成變電站(發電廠)停電的事故屢見不鮮[1-2]，由于其重要性，在改造過程中應遵循直流系統不停電的原則，相關的保護等二次裝置不能失電。500 kV永圣域變電站投產于2001年，是內蒙電網西電東送的重要樞紐變電站，變電站共有500 kV保護小室、主變及無功保護小室、220 kV 1號保護小室和220 kV 2號保護小室4個。直流系統在500 kV保護小室，采用2套充電裝置、2組蓄電池組的供電方式，無3號備用充電機，且500 kV保護小室采用直流小母線方式供電，不符合“十八項反措”[3]中“330 kV及以上電壓等級變電站應采用3套充電裝置、2組蓄電池組的供電方式”“直流電源系統饋出網絡應采用集中輻射或分層輻射供電方式，嚴禁采用環狀供電方式”的要求、規定。

紀可可等[4]通過組建臨時直流系統的方式對二灘水電站老化的一副直流系統進行改造，李健等[5]基于直流系統不停電的方式對500 kV王店變電站直流系統進行改造。本文基于永圣域變電站存在的問題和特點，結合實際情況提出如下的改造方案。

1 直流系統改造前運行方式

500 kV永圣域變電站直流系統改造工程前運行方式：1號充電機與1組蓄電池組運行于I段直流母線上，2號充電機與2組蓄電池組運行于II段直流母線上，無3號備用充電機。改造前直流系統接線方式如圖1所示。

圖1 改造前直流系統接線方式簡圖

其中，1ZK為1組充電機輸出投向1組蓄電池開關/1組充電機輸出投向I段母線開關；3ZK為I段母線進線投向II段母線開關；5ZK為1組蓄電池放電開關；2ZK為2組充電機輸出投向2組蓄電池組開關/2組充電機輸出投向II段母線開關；4ZK為II段母線進線投向I段母線開關；6ZK為2組蓄電池組放電開關。1ZK、3ZK、5ZK安裝在1號直流聯絡屏，2ZK、4ZK、6ZK安裝在2號直流聯絡屏。

永圣域變電站直流系統具有以下特點：

1)有1號直流聯絡屏和2號直流聯絡屏2個聯絡屏，兩者之間連線全部通過電纜連接，屏位分布如表1所示。

2)無3號備用充電機。

3)1號充電機、2號充電機整流輸出經本充電機屏端子轉接分別上1號直流聯絡屏、2號直流聯絡屏母排，再由1、2號聯絡屏經把手轉接至2號饋線屏(I段總饋線屏)和4號饋線屏(II段總饋線屏)，其余各小室直流I、II段分別引至2號饋線屏、4號饋線屏。

4)4號饋線屏備用空開位置較2號饋線屏多。

基于以上特點，經現場勘察，確定1、2號聯絡屏及1號充電機同時進行更換，具體方案如下。

2 直流系統改造方案

2.1 對直流系統1號聯絡屏(17A)、直流系統2號聯絡屏(16A)、直流系統1號充電機屏(18A)進行更換

1)將直流系統2號聯絡屏4ZK把手切換至II段母線進線投向I段母線位置，實現直流系統I、II段母線的并列。

2)將臨時電纜兩端分別接至2號饋線屏、4號饋線屏備用空開，兩備用空開均置于合位，實現直流I、II段母線的互聯。

3)在直流系統2號充電機屏端子排拆除整流輸出至2號聯絡屏電纜，并用臨時電纜接線至4號饋線屏備用空開，將空開置于合位，經空開上II段母線，為II段母線提供電源，實現2號充電機與2號聯絡屏的隔離。

表1 直流系統改造前后屏位對照表Table 1 Comparison of screen position before and after DC system transformation

4)在2號聯絡屏端子排拆除至2組蓄電池組直流線，并將至2組蓄電池組直流線轉接4號饋線屏備用空開上直流II段母線，使得II段母線保持正常運行方式(直流II段母線正常運行，I段負荷由II段帶)。

5)在1號聯絡屏端子排拆除至1組蓄電池直流線，并做好絕緣措施。

6)在1號充電機屏端子排拆除整流輸出至1號聯絡屏電纜，并做好絕緣措施，380 V配電室斷開1號充電機兩路交流進線電源，在1號充電機屏端子排拆除2組交流進線，拆除1號聯絡屏、2號聯絡屏、1號充電機屏(1號聯絡屏、2號聯絡屏還有分別去2號饋線屏母排、4號饋線屏母排直流電纜帶電，拆除時應注意，拆后做好絕緣措施，電纜利舊)，在原1號充電機屏、1號聯絡屏、2號聯絡屏位置分別對應安裝新1號充電機屏、新直流聯絡屏、3號充電機屏，按照新直流系統原理圖，如圖2所示，完成這三面屏的屏間接線工作。

其中，1QF3為1組充電機整流輸出開關；2QF3為2組充電機整流輸出開關；3QF3為3組充電機整流輸出至直流I段開關；3QF5為3組充電機整流輸出至直流II段開關；QS為母聯聯絡開關；1QS為1組蓄電池組輸出開關；2QS為2組蓄電池組輸出開關；1QF4為1組蓄電池組放電開關；2QF4為2組蓄電池組放電開關。

7)將原1號充電機的1、2路交流電源分別接入新1號充電機的端子，并進行核對工作，測試交流電源雙路自投功能是否正常，打開充電機，切換直流輸出把手1QF3置1，再次確認直流輸出母排電壓、正負極是否正確，并確認至新直流聯絡屏處直流線的正確性，測試母聯開關QS、蓄電池輸出開關1QS及2QS、蓄電池放電開關1QF4及2QF4下口輸出電壓是否正確，把1QF3、QS、1QS、2QS、1QF4、2QF4置0。

8)將由380 V配電室引入的兩路交流電源分別接入3號充電機的交流進線端子，并進行接線核對工作，測試交流電源雙路自投功能是否正常，打開充電機，分別將直流輸出把手3QF3、3QF5置1，確認直流輸出母排電壓、正負極是否正確，并確認至新直流聯絡屏處直流線的正確性，切換直流輸出把手3QF3、3QF5置0。

9)將原1號聯絡屏至2號饋線屏直流電纜接到新1號充電機直流母排(核對好正負極)，切換直流輸出把手1QF3置1，將1組蓄電池線直流電纜正、負極接到新直流聯絡屏端子，蓄電池輸出開關1QS置1，再次確認新1號充電機輸出電壓正常，將4號饋線屏至2號饋線屏之間的臨時直流聯絡線所接空開置于分位再拆除，觀察I段母線電壓是否正常，利用新1號充電屏帶I段直流負荷及1組蓄電池運行，試運行24 h，運行人員密切觀察充電機輸出及系統電壓情況，并做好監測記錄(I段母線恢復正常運行方式)。

2.2 對直流系統2號充電機屏(15A)進行更換

1)在新直流聯絡屏接臨時直流電纜至4號饋線屏備用空開，切換直流輸出把手3QF5置1，先將2組蓄電池組線至4號饋線屏備用空開斷開，再拆除2組蓄電池組線并轉接到新直流聯絡屏端子處，將蓄電池輸出開關2QS置1，再次確認新3號充電機輸出電壓正常，將2號充電機屏至4號饋線屏臨時電纜接線所接備用空開斷開，再將臨時電纜拆除，利用3號充電屏帶II段直流負荷及2組蓄電池組運行，試運行24 h，運行人員密切觀察充電機輸出及系統電壓情況，并做好監測記錄(3號充電機帶II段負荷、2組蓄電池組)。

2)在380 V配電室分別斷開2號直流充電機電源2、2號直流充電機電源1，并確認交流確實已斷開，用膠帶包好并做好標識，在2號充電機屏端子排拆除2組交流進線，將2號充電機屏拆除，新2號充電機屏就位。

圖2 新直流系統原理圖

3)將原2號充電機的1、2路交流電源分別接入新2號充電機的交流進線端子，并進行核對工作，測試交流電源雙路自投功能是否正常，打開充電機，切換直流輸出把手2QF3置1，再次確認直流輸出母排電壓、正負極是否正確，切換直流輸出把手2QF3置0。

4)對新2號充電機與新直流聯絡屏連接直流電纜，將原2號聯絡屏至4號饋線屏直流電纜接到新2號充電機直流母排(核對好正負極)，切換直流輸出把手2QF3置1，再次確認新2號充電機輸出電壓正常，切換3號充電機直流輸出把手3QF5置0，利用新2號充電屏帶II段直流負荷及2組蓄電池組運行，試運行24 h，運行人員密切觀察充電機輸出及系統電壓情況，并做好監測記錄(II段母線恢復正常運行方式)。

2.3 500 kV保護小室直流小母線供電的方式改造

在500 kV保護小室，新增2面直流分電屏1、直流分電屏2，在2號饋線屏新敷設電纜引2路直流至直流分電屏1作為進線，4號饋線屏新敷設電纜引2路直流至直流分電屏2作為進線，確認直流分電屏供電可靠、正常。核實原二次裝置電源為直流I段還是II段電源，再從直流分電屏1、直流分電屏2饋線空開引線至相應二次裝置，待一串二次裝置電源全部改造且供電正常后，再斷開2號或4號饋線屏相應空開。

2.4 完成直流系統絕緣檢查裝置及通信部分安裝調試

完成220 kV 1號保護小室、220 kV 2號保護小室、主變及無功保護小室的絕緣監察裝置更換，實現與后臺的通訊，對新絕緣監察裝置進行模擬接地、交流竄入直流等試驗，對新安裝的直流系統充電機應進行穩壓精度、紋波系數、穩流精度試驗。

3 結 語

針對500 kV永圣域變電站直流系統存在的問題和特點，結合實際情況提出了具體的改造方案，考慮到該變電站在電網中的重要性，為了進一步提高該站直流系統的供電可靠性，該站改造采用“兩蓄三充”的供電方式，該方案可以為類似直流系統改造提供經驗及借鑒。