智能變電站一體化電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)

梁嶼 張靜

摘要：分析了常規(guī)變電站站用電系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，主要包括原系統(tǒng)自動(dòng)化水平低，系統(tǒng)管理和信息共享困難、投資浪費(fèi)、維護(hù)面寬等，針對(duì)這些問(wèn)題，以110kV臺(tái)海變電站工程一體化電源系統(tǒng)為例，對(duì)智能變電站站用電源一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)行論述，即采用網(wǎng)絡(luò)通信、一體化監(jiān)控等方法實(shí)現(xiàn)站用電源網(wǎng)絡(luò)智能化設(shè)計(jì)，切實(shí)提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平；并對(duì)電源系統(tǒng)的接線(xiàn)方式、蓄電池等設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，從而避免了設(shè)備重復(fù)配置，優(yōu)化了布局，保證了運(yùn)行、維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：智能變電站 一體化 交直流

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0107-01

交直流電源是變電站安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，隨著變電站智能化程度的提高以及智能變電站的相繼投運(yùn)，提高站用電源整體的運(yùn)行管理水平具有非常重要的意義。本文以110kV臺(tái)海智能變電站工程為例，簡(jiǎn)單介紹了交直流一體化電源系統(tǒng)在智能變電站中的優(yōu)化及應(yīng)用。

1 概述

交直流電源系統(tǒng)是變電站的一個(gè)重要組成部分，是變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著變電站智能水平的不斷提高，站用電源在資源整合、自動(dòng)化水平、管理模式等方面都得到長(zhǎng)足的發(fā)展。為減少站用電源系統(tǒng)設(shè)備的重復(fù)配置，建立站用電源信息共享的一體化平臺(tái)，提高變電站站用電源系統(tǒng)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)信息上行下達(dá)數(shù)字化傳輸，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)直流電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)、逆變電源系統(tǒng)及站用交流電源系統(tǒng)等一體化設(shè)計(jì)、一體化配置及一體化監(jiān)控，將其運(yùn)行工況和信息數(shù)據(jù)通過(guò)一體化監(jiān)控單元轉(zhuǎn)換為DL/T860標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)接入自動(dòng)化系統(tǒng)并上傳至遠(yuǎn)方控制中心。此設(shè)計(jì)理念對(duì)于提高站用電源整體的運(yùn)行管理水平具有非常重要的意義。

2 站用電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)在的無(wú)人值班變電站站用電源系統(tǒng)一般由站內(nèi)公用直流系統(tǒng)、通信專(zhuān)用直流系統(tǒng)、UPS、交流系統(tǒng)等組成，站用電源系統(tǒng)主要為變電站內(nèi)主要設(shè)備提供操作電源、電機(jī)儲(chǔ)能、加熱、通風(fēng)及檢修照明等電源。

一直以來(lái)，站用電源各子系統(tǒng)采用分散設(shè)計(jì)，獨(dú)立組屏，設(shè)備由不同的廠(chǎng)家生產(chǎn)、安裝、調(diào)試。以改造前的110kV臺(tái)海變電站為例，站內(nèi)直流電源和通信電源獨(dú)立設(shè)置，每套系統(tǒng)都配置了充電設(shè)備、蓄電池組等設(shè)備，分別單獨(dú)組屏，單獨(dú)設(shè)置蓄電池室，雖然系統(tǒng)可以相互獨(dú)立，但設(shè)備重復(fù)配置，增加了建筑空間，使運(yùn)行維護(hù)人員的維護(hù)點(diǎn)增多，維護(hù)工作增大，經(jīng)濟(jì)性及工作效率受到明顯制約。

其次，傳統(tǒng)站用電源系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高。由不同供應(yīng)商提供的各子系統(tǒng)通信規(guī)約一般不兼容，難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，系統(tǒng)缺乏綜合的分析平臺(tái)，自動(dòng)化程度較低。

3 一體化電源系統(tǒng)優(yōu)化論述

3.1一次系統(tǒng)概況

110kV臺(tái)海變電站電壓等級(jí)為110/10kV，規(guī)模如下：主變壓器：遠(yuǎn)期建設(shè)3×50MVA主變壓器，本期建設(shè)2×50MVA主變壓器；110kV側(cè)為擴(kuò)大內(nèi)橋接線(xiàn)，進(jìn)線(xiàn)兩回；10kV側(cè)遠(yuǎn)期為單母線(xiàn)四分段接線(xiàn)，本期三段，#2主變10kV側(cè)為雙分支接線(xiàn)，10kV出線(xiàn)遠(yuǎn)期30回，本期20回。

3.2直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

其中變電站內(nèi)部分按2h放電考慮，通信經(jīng)常負(fù)荷按照4h事故放電時(shí)間考慮，放電額定容量確定為300A·h。電池采用單體2V，104只。

3.3直流系統(tǒng)接線(xiàn)

直流母線(xiàn)采用單母線(xiàn)接線(xiàn)，設(shè)置一組閥控式密封鉛酸蓄電池，蓄電池采用高頻開(kāi)關(guān)充電裝置進(jìn)行充電、浮充電，模塊按n+1配置。直流供電除10kV配電裝置采用環(huán)網(wǎng)供電外，其余110kV及主變壓器各側(cè)采用輻射供電方式，由直流饋線(xiàn)柜直接供電給各用電單元。蓄電池布置在專(zhuān)設(shè)的電池室，直流充電屏、饋線(xiàn)屏布置在二次設(shè)備室。

通信電源取自站用直流系統(tǒng)，使用DC/DC模塊直接掛在變電站直流母線(xiàn)上，變換成48V后為通信負(fù)荷提供工作電源。

3.4蓄電池

本次設(shè)計(jì)將站用蓄電池與通信專(zhuān)用蓄電池整合，選用一組閥控式密封鉛酸蓄電池，容量按滿(mǎn)足全站直流負(fù)荷考慮，并考慮溫度修正、電池老化等因素，確定電池容量為300A·h，104只。不設(shè)端電池和調(diào)壓裝置。通過(guò)計(jì)算容量為300A·h的蓄電池組出口端電壓UD滿(mǎn)足DL/T5004-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》中均衡充電及事故放電情況下直流母線(xiàn)電壓的要求（87.5%～110%Un）。

3.5充電設(shè)備

充電裝置采用高頻開(kāi)關(guān)電源模塊，選用5×20A模塊，經(jīng)互投開(kāi)關(guān)接入2路交流電源。

3.6智能一體化電源系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)

智能一體化電源系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)使用DL/T860規(guī)約，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)統(tǒng)一智能監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修；智能監(jiān)控除常規(guī)范圍外，還包括蓄電池容量監(jiān)測(cè)，交流系統(tǒng)漏電監(jiān)測(cè)，所有進(jìn)線(xiàn)、饋線(xiàn)回路監(jiān)控，電源回路的程序化操作、聯(lián)鎖、協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)等；設(shè)置智能型在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，具有完善的保護(hù)、在線(xiàn)自診斷、絕緣檢測(cè)、直流接地巡檢及微機(jī)蓄電池自動(dòng)巡檢等功能。

3.7交流不間斷電源（UPS）系統(tǒng)

變電站配置1套220V交流不間斷電源系統(tǒng)（UPS），內(nèi)設(shè)兩臺(tái)容量各為3kVA逆變電源裝置，作為監(jiān)控等設(shè)備的不間斷電源，逆變器電源正常由交流供電，交流消失時(shí)自動(dòng)切換由變電站直流饋線(xiàn)柜供電。

3.8站用電源

本站由2臺(tái)接地變壓器提供站用電源，站用電容量為100kVA，站用電系統(tǒng)為380/220V交流三相四線(xiàn)制中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)取消了傳統(tǒng)的單母線(xiàn)分段接線(xiàn)方式，取消380V備自投裝置和相關(guān)回路，采用ATS智能開(kāi)關(guān)代替，兩路站用電源直接接到智能ATS開(kāi)關(guān)，通過(guò)智能開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)站用電壓多種運(yùn)行方式的智能切換。這種設(shè)計(jì)不僅節(jié)省設(shè)備，回路簡(jiǎn)單，而且運(yùn)行方式靈活方便，提高了站用交流電源智能管理和可靠性。

4 智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)的優(yōu)越性

（1）減少了蓄電池組類(lèi)型配置。將操作電源蓄電池組、UPS蓄電池組、通信蓄電池組合并成為1組蓄電池。（2）一體化設(shè)計(jì)。其外觀(guān)一致，減少了重復(fù)配置，減少了組屏數(shù)，節(jié)約了占地空間。（3）網(wǎng)絡(luò)化。各子系統(tǒng)智能設(shè)備通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)接入一體化監(jiān)控器，一體化監(jiān)控器通過(guò)1個(gè)通信口接入綜自系統(tǒng)。（4）智能化。在一體化平臺(tái)或遠(yuǎn)方調(diào)度平臺(tái)可實(shí)時(shí)查看站用電源各子系統(tǒng)電量、開(kāi)關(guān)量、事件信息，可修改系統(tǒng)參數(shù)、運(yùn)行方式、遙控開(kāi)關(guān)、對(duì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)站用電源四遙。（5）兼容性強(qiáng)。由監(jiān)控中心單元兼容各部分監(jiān)控單元，一個(gè)接口，一種規(guī)約接入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。（6）更可靠。資源共享后組屏更從容，一體化蓄電池維護(hù)更有保證，一體化設(shè)計(jì)，分布式實(shí)現(xiàn)，更注重故障隔離。（7）投資及維護(hù)費(fèi)用減少。簡(jiǎn)化采購(gòu)和施工協(xié)調(diào)，總投資減少，總維護(hù)費(fèi)用降低。