變電站直流系統(tǒng)改造專用充電裝置的研制

易永利，楊 磊，陳建勝，林 琳

（溫州電力局，浙江 溫州 325000）

變電站直流系統(tǒng)是變電站內(nèi)非常重要的二次設備。直流系統(tǒng)為變電站電氣設備提供工作電源，它的正常與否關系到繼電保護及開關能否正確動作，關系到全站乃至上級變電站的正常運行[1-3]。因此，對變電站直流系統(tǒng)供電的可靠性、穩(wěn)定性以及供電質(zhì)量均有很高的要求。隨著變電站直流系統(tǒng)運行年限增長、設備老化、缺陷增多，安全可靠地實施直流系統(tǒng)的改造工作顯得十分迫切。

1 變電站直流系統(tǒng)改造的常用方法

如圖1所示，變電站直流系統(tǒng)由交流輸入、充電模塊、蓄電池、饋電輸出4個部分組成。當交流電源正常時，輸入的交流電通過充電模塊轉(zhuǎn)換成合格的直流電為蓄電池充電，同時為站內(nèi)的直流負載供電；當交流電源停電或異常時，直流負載由蓄電池供電，保證直流負載在短時間內(nèi)不失電。

圖1 變電站直流系統(tǒng)

雖然變電站直流系統(tǒng)的原理較簡單，但在改造過程中也要求不能影響對直流負載的持續(xù)供電。另外，變電站的直流系統(tǒng)多處在狹小的小室，改造過程中容易影響附近的運行設備，施工難度大、危險點多、風險系數(shù)高，對現(xiàn)場施工人員的技術和安全把控能力要求也較高[4-5]。

目前，變電站直流系統(tǒng)改造一般有全站停電改造法、新屏位帶電更換法、原屏位帶電更換法3種，3種改造方法的優(yōu)劣比較見表1。

從表1的分析與比較可以看出，采取全站停電改造的方法代價大、影響廣，目前基本不會采用，而新屏位帶電更換法雖然彌補了停電改造的不足，但需要投入較多的人力、物力，安全風險預控難度大。3種改造方法中，原屏位帶電更換法優(yōu)點突出，是目前直流系統(tǒng)改造工作的最理想方案。

采用原屏位帶電更換法時，臨時充電系統(tǒng)的實現(xiàn)方式目前最常用的有以下2種：一是采用充電屏與饋電屏組裝的方式，這種方式的可靠性和靈敏度較高，但是不適合場地狹小、饋線電纜接入困難的情況；二是采用臨時充電機與饋線板組裝的方式，具有設備小、組裝靈活的優(yōu)點，但是因監(jiān)測、報警等功能薄弱，可靠性較差。目前市場上還沒有針對改造用的臨時充電系統(tǒng)，此方法具有一定的局限性。如果能開發(fā)專用的直流改造設備來代替臨時充電系統(tǒng)，則變電站直流系統(tǒng)改造就能采用原屏位帶電更換法了。

2 專用充電裝置的設計

根據(jù)改造現(xiàn)場的實際情況，變電站直流系統(tǒng)改造專用充電裝置應滿足以下條件：

（1）操作簡單，應用靈活。

（2）能適應變電站直流系統(tǒng)現(xiàn)場空間狹小的特殊條件。

（3）能夠為改造現(xiàn)場的直流負載提供可靠的電源。

（4）具有一定的監(jiān)測報警功能。

（5）充電裝置工作時，對站內(nèi)其它運行設備無影響。

為了滿足改造現(xiàn)場場地狹小的條件，裝置設計以模塊化為主要目標，同時兼顧裝置的可靠性，裝置原理如圖2所示，分為充電模塊、綜合報警模塊、綜合控制模塊。

采用穩(wěn)流、穩(wěn)壓、紋波系數(shù)均達到電力行業(yè)標準要求的高頻充電模塊，本著方便、快捷的原則，充電設備接口采用即插即用的快速接口。為了兼顧今后系統(tǒng)容量升級的要求，充電模塊還預留了擴展口。

圖2 變電站直流系統(tǒng)改造專用充電裝置原理

綜合報警模塊實現(xiàn)了對裝置的保護及監(jiān)測報警功能，以便能更好地監(jiān)測改造現(xiàn)場設備運行狀況。配備的電涌保護器可將竄入線路的瞬時過電壓限制在系統(tǒng)能承受的范圍內(nèi)，保證充電裝置不會因受沖擊而損壞。交流、直流電壓監(jiān)測報警回路實現(xiàn)了交流、直流電壓的監(jiān)測和異常時的發(fā)信報警功能；裝置內(nèi)的直流回路絕緣監(jiān)測儀可準確測量和顯示母線總電壓、正/負母線對地電壓、正/負母線對地絕緣電阻和輸出的直流電壓，當數(shù)值超限時裝置會立即發(fā)出聲光報警。

綜合控制模塊類似于直流系統(tǒng)的饋電屏，實現(xiàn)對不同容量直流負載的供電。必要時，多個控制模塊可以并列擴展使用。配備的直流空氣開關能在直流異常時可靠跳閘并發(fā)信報警，提高了模塊的可靠性。

表1 變電站直流系統(tǒng)3種改造方法的分析與比較

目前35kV及以上電壓等級的變電站直流系統(tǒng)一般有DC 110 V和DC 220 V兩種電壓等級，為此分別根據(jù)不同的直流系統(tǒng)電壓等級，選擇不同電壓等級的元器件，基于上述原理分別構(gòu)建了適用于DC 110 V和DC 220 V電壓等級的變電站直流系統(tǒng)改造專用充電裝置。

3 應用驗證

裝置為2臺高頻充電模塊并聯(lián)組成的充電設備，將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為合格的直流電。輸出的直流電經(jīng)直流專用空氣開關輸至綜合報警模塊，再輸至綜合控制模塊。綜合控制模塊設2回大電流直流專用空氣開關，供外接蓄電池組專用，設4回40 A和6回20 A直流專用空氣開關，供一般直流負載使用。

變電站直流系統(tǒng)改造專用充電裝置研制完成后進行了測試，將裝置接入變電站直流系統(tǒng)并退出原系統(tǒng)，變電站站內(nèi)直流負載運行正常，蓄電池組充放電試驗正常。

該裝置組裝方便、體積較小，其中綜合報警模塊和綜合控制模塊的尺寸為42 cm×30 cm×22 cm，非常適合改造現(xiàn)場狹小的工作環(huán)境，報警功能可靠，裝置性能穩(wěn)定，可以實現(xiàn)對直流負荷不間斷供電，能有效保證直流系統(tǒng)改造過程不影響變電站內(nèi)設備的正常運行，可以作為原屏位帶電更換法的臨時充電系統(tǒng)。

4 結(jié)語

結(jié)合變電站直流系統(tǒng)改造過程的實際情況，研制了變電站直流系統(tǒng)改造專用充電裝置，具有體積小、組裝方便、性能可靠的優(yōu)點，適用于直流系統(tǒng)為DC 110 V和DC 220 V的35kV及以上電壓等級變電站的直流系統(tǒng)技術改造工作，解決了變電站直流系統(tǒng)改造過程中的難題，可實現(xiàn)直流系統(tǒng)改造過程中對負荷不間斷供電，保證了直流負載的安全、可靠運行?，F(xiàn)場實際應用表明，該裝置還可作為變電站直流系統(tǒng)的備用直流系統(tǒng)以及應急搶修設備時使用。

[1]方健安，許慶桂.變電站直流系統(tǒng)改造技術探討[J].閩江學院學報，2010，31（2）∶50-51.

[2]鄭新才，周鑫.220kV變電站直流系統(tǒng)改造探討[J].電氣應用，2009（9）∶72-73.

[3]謝裕宏，歐陽青，劉煥強.110kV常規(guī)變電站綜合自動化改造的直流電源技術[J].電力自動化，2009（5）∶5-6.

[4]徐凱.對110kV變電站直流系統(tǒng)改造方案的探討[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（7）∶116-118.

[5]白忠敏.現(xiàn)代電力工程直流系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2002.