高可靠性站用不間斷閉鎖電源裝置研發及應用

王袤野 朱李超 周超杰 黃建勇 孟琦斌

摘要：直流閉鎖電源裝置是安裝在變電站中的一個重要裝置，為全站一次高壓設備的閉鎖回路提供電源，對設備及人身安全至關重要。現階段使用的直流閉鎖電源裝置無冗余配置，一旦交流失電或內部整流模塊出現故障，將導致站內閉鎖回路失電，使得設備停復役無法正常進行，影響供電可靠性。鑒于此，研發了一種高可靠性站用不間斷閉鎖電源裝置，可實現閉鎖回路不間斷輸出，并通過研究存量變電站的不間斷閉鎖電源裝置安裝方法及現場試驗，為相關領域處理閉鎖電源問題提供了參考。

關鍵詞：變電站;閉鎖電源;不間斷;試驗應用

0 引言

站內閉鎖電源裝置為閉鎖回路提供電源，是站內設備電氣聯鎖系統的“能量中樞”[1]，其使用時間較長會導致設備老化、本身裝置無冗余等[2]，系統內常發生因閉鎖電源裝置故障無法進行停復役操作的問題，一旦發生此類問題，需申請專人解除五防閉鎖或更換閉鎖電源裝置[3]，無論是哪種方法，都將影響供電可靠性，且存在一定的風險。因此，如何提高閉鎖電源裝置的可靠性就成為一個亟待解決的問題[4]。

1 站內防誤操作系統及閉鎖電源裝置概況

站內典型防誤操作系統由電氣五防、機械五防、電磁五防、帶電顯示器和解鎖鑰匙智能管理機組成[5]。其中，電氣五防、電磁五防、帶電顯示器均由閉鎖電源裝置提供電源[6]。圖1為典型電容器組成套柜閉鎖原理圖，由圖可見，BSM為閉鎖母線，當閉鎖電源裝置出現故障時，將導致無法進行倒閘操作的問題。

目前系統內典型站內閉鎖電源裝置基本安裝在交流屏或直流屏柜內，電源來自交流小母線，設置獨立空開，經內部整流后，輸出110 V直流供閉鎖母線上設備使用。現階段使用的直流閉鎖電源裝置存在以下問題：

（1）閉鎖電源內部整流模塊無冗余配置，一旦故障將導致閉鎖電源失電，進而導致閉鎖回路失電，相關設備無法操作。這將導致若干后果，如搶修消缺無法繼續進行，延誤送電時間等。

（2）電源僅來自交流屏出線空開，輸入電源單一。若進線空開因故跳閘，將導致閉鎖電源失電。

（3）閉鎖回路故障為零缺陷管理辦法中規定的危急缺陷，原則上處理時間不超過24 h，這給相關人員造成很大的運維壓力。

2 不間斷閉鎖電源裝置研發

2.1 ? ?裝置改進措施

針對目前直流閉鎖電源裝置存在的若干問題，研制了一款高可靠性站用不間斷閉鎖電源裝置，該裝置采用交直流雙路輸入，由交流屏的交流電源供給交流輸入，直流屏獨立饋線供給直流輸入，在站用交流電正常情況下，直流輸入回路處于備用狀態，不消耗直流回路功耗，減少了對直流回路運行安全的影響，在交流電失電情況下自動切換直流供電，確保閉鎖回路不間斷供電。當交流恢復正常供電以后，裝置自動切換至交流輸入。

改進設施具備以下特點：交直流雙電源輸入方案，DC直流不間斷輸出;多重保護方式，使站內設備高壓閉鎖回路更可靠;主電路以電流型控制雙輸出式脈沖寬度調制器為核心;運用單端多晶體管正激變流技術、諧振零電壓零電流技術;使用MOSFET作為開關執行元件;具備故障發信功能，可接入站內信號屏柜，在裝置輸出過壓、欠壓、短路狀態下發信，進一步提高可靠性。

2.2 ? ?交直流雙電源輸入方案研究

閉鎖電源裝置交直流雙電源輸入方案的施行，除了裝置本身技術因素外，還取決于變電站內實際情況能否滿足。

圖2為變電站內交直流電源典型設計的系統圖，圖中顯示，閉鎖電源模塊由交流饋線上獨立空開供電。研究典型設計發現，直流母線上存在大量備用空開可供使用，同時空開容量也可滿足設計要求。因此，通過直流母線上的備用空開為閉鎖電源裝置供電，可實現交直流雙電源輸入。

統計轄區內75座35 kV以上變電站，閉鎖電源裝置典型安裝位置只有兩種，一種是安裝在交流屏上，另一種是安裝在直流屏上。這兩種安裝方式均能實現加裝直流輸入的功能，從而實現交直流雙輸入。圖3為變電站內閉鎖電源裝置典型安裝位置。

3 現場試驗應用

不間斷閉鎖電源裝置前期調研及軟硬件研發結束后，筆者選取了一個10 kV開關站進行試驗應用。圖4為不間斷閉鎖電源裝置現場試驗應用場景，由圖可見，裝置除了交流輸入外，還從直流屏備用空開處引入直流輸入，萬用表測量閉鎖母線電壓大小符合運行參數要求。

樣機安裝好后，進行了模擬故障試驗，模擬交流失電或整流模塊故障狀態下的工作情況，試驗應用情況如圖5所示。其中圖5（a）為正常運行狀態，可見交流輸入指示燈亮，圖5（b）為將交流輸入開關手動切除后，用以模擬交流輸入故障/閉鎖電源裝置內部整流模塊故障，裝置自動切換至直流輸入，可見圖5（b）中直流輸入指示燈亮起。經試驗驗證，該裝置達到設計目標，滿足站內運行條件，達到不間斷為閉鎖母線供電的高可靠性要求。

考慮存量變電站全站帶電情況，更換不間斷閉鎖電源裝置所需注意步驟及相關事項如下。

更換步驟：（1）斷開閉鎖電源裝置自身開關;（2）拉開各段閉鎖電源裝置空氣總開關;（3）拉開閉鎖電源裝置進線開關;（4）進行更換。

更換時注意事項：（1）開展現場勘察，開具正確工作票，履行工作許可制度，進行更換工作時實行工作監護制度等;（2）全站設備帶電，工作人員工作時正常活動范圍不應小于與帶電設備的安全距離;（3）做好安全措施，按照安規要求在更換設備的屏柜對面及兩側設備裝設遮欄或紅白帶;（4）由于更換閉鎖電源裝置會造成站內閉鎖電源短暫失去，因此要考慮避開正常倒閘操作時間。

4 結語

本文通過對目前站內防誤操作系統及閉鎖電源裝置的介紹以及對閉鎖電源接線方式的分析，總結出目前變電站內普遍采用的閉鎖電源裝置存在的問題，進而研制了一種高可靠性不間斷閉鎖電源裝置，可實現交直流雙輸入，閉鎖回路不停電輸出，保證了倒閘操作的不間斷，降低了停電時戶數，提高了供電可靠性。另外，本文還對裝置樣機進行了現場應用，探尋了推廣方式，羅列了裝置更換方法及注意事項，對相關人員有一定的參考價值。

[參考文獻]

[1] 王博.變電站直流電源系統故障診斷的研究[D].保定：華北電力大學，2018.

[2] 金宇，邱凱翔.一種直流系統接地故障排查方法的研究與分析[J].電工電氣，2017（6）：21-24.

[3] 李俊.變電站內直流系統設計及其故障研究[D].北京：華北電力大學，2017.

[4] 劉源俊，杜貴平，黎嘉健，等.變電站直流電源系統現狀與展望[J].電源學報，2020，18（3）：86-94.

[5] 史雷敏，郭偉偉，郝雁翔，等.雙重化配置繼電保護的壓力閉鎖電源問題分析[J].電力系統自動化，2010，34（16）：97-99.

[6] 潘盛.微機五防系統在東莞供電局變電站的應用及探索[D].廣州：華南理工大學，2010.

收稿日期：2021-03-29

作者簡介：王袤野（1992—），男，安徽淮北人，碩士研究生，工程師，主要從事變電運維自動化工作。