改造交直流系統(tǒng)時的臨時供電裝置

朱建生

（上海送變電工程公司，上海 200235）

0 引言

變電站交直流系統(tǒng)的改造，涉及電網(wǎng)的安全運行和發(fā)電效益，因此盡量縮短改造過程中交直流屏的失電時間，有利于電網(wǎng)安全運行和社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)。此外，交直流系統(tǒng)改造工藝如果采用單純端子排過渡，將使整個系統(tǒng)失去保護(hù)，存在交直流系統(tǒng)越級跳閘并且損壞電氣設(shè)備。針對變電站改造項目中經(jīng)常遇到交直流系統(tǒng)臨時供電過渡的棘手問題，通過自主研制一種臨時過渡供電裝置，有力提高了供電可靠性以及提高了工作效率。

1 交流配電箱設(shè)計方案

交流配電箱的設(shè)計構(gòu)想為制造一個單路供電的交流配電箱，配電箱與原交流屏構(gòu)成雙路供電系統(tǒng)，改造時可將原交流屏負(fù)載全部轉(zhuǎn)移至配電箱，完成負(fù)載轉(zhuǎn)移后切換到新交流屏；新交流屏也與配電箱構(gòu)成雙路供電系統(tǒng)，將負(fù)載轉(zhuǎn)移至新交流屏。這樣，通過配電箱、原有開關(guān)柜或屏柜內(nèi)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，進(jìn)行負(fù)載的“無縫”轉(zhuǎn)移，保障系統(tǒng)安全。

1.1 確定交流負(fù)載電流

按照《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》（第三版，2005年）提供的計算方法和經(jīng)驗公式，設(shè)計交流配電箱時，先要確定變電站全站正常運行下的負(fù)載情況。通過查閱原始設(shè)計圖紙以及到現(xiàn)場勘查設(shè)備，匯總了35 k V變電站站內(nèi)日常負(fù)載數(shù)據(jù)，用于確定正常運行時站內(nèi)的實際電流。實際電流是指考慮到綜合損耗等相關(guān)因素，實際電流＝計算電流×損耗系數(shù)。為了簡化計算，損耗系數(shù)按經(jīng)驗數(shù)取1.1。

35 k V變電站設(shè)備一般分兩段布置，所以開關(guān)柜內(nèi)的加熱器、照明、儲能分兩段考慮，照明負(fù)載較小，實際計算時與加熱器綜合考慮；開關(guān)柜內(nèi)儲能電機(jī)工作時會有短暫涌流功率，每臺約為500 W，但實際電機(jī)同時啟動概率較小，故不做考慮。

根據(jù)站內(nèi)電氣設(shè)備的容量、數(shù)量、功率因數(shù)及上述原則，按實際電流算式計算，分別可得開關(guān)柜內(nèi)加熱器單相電流為50 A，開關(guān)柜內(nèi)照明單相電流為6 A，開關(guān)柜內(nèi)儲能電機(jī)單相電流為60 A，站內(nèi)照明燈及插座三相電流為100 A，風(fēng)機(jī)電流為10 A，空調(diào)電流為35 A，潛水泵電流為10 A，直流屏80 Ah電流為35 A，檢修電源電流為45 A，有載調(diào)壓裝置電流為5 A。

1.2 確定交流最大負(fù)載電流

在明確站內(nèi)負(fù)載后進(jìn)行三相配平，可以確定站內(nèi)交流最大負(fù)載電流，用于確定配電箱的總進(jìn)線開關(guān)容量。配平電流是指單相電流進(jìn)行三相負(fù)載平衡后的各相電流，最大相配平電流作為等值三相電流。

開關(guān)柜內(nèi)照明、加熱器分兩段，考慮到核相問題，均取A相配56 A；開關(guān)柜內(nèi)儲能電機(jī)也分兩段，考慮到核相問題，均取B相配60 A。根據(jù)照明負(fù)載分布情況，A相配15 A（3層照明），B相配15 A（3層插座及其他），C相配70 A（一、二層照明及插座）；全站風(fēng)機(jī)配C相10 A。最終，A相的配平電流為56 A＋15 A＝71 A，B相的配平電流為60 A＋15 A＝75 A，C相的配平電流為70 A＋10 A＝80 A，三相電流基本平衡，等值三相電流為80 A。

實際最大負(fù)荷計算有兩種方法：

1）實際負(fù)載＝總負(fù)載×應(yīng)用系數(shù)，應(yīng)用系數(shù)為0.3～0.4，即實際負(fù)載＝（80＋35＋10＋35＋45＋5）×0.4＝84（A）。

2）根據(jù)實際使用情況確定負(fù)載量。更換整套交流屏工時需要5～6 h，主要負(fù)載可能是站內(nèi)空調(diào)、直流屏以及開關(guān)柜內(nèi)加熱器，即實際負(fù)載＝35＋35＋50＝120（A），此電流為站內(nèi)可能出現(xiàn)的最大負(fù)載數(shù)。

考慮到改造設(shè)備的不確定風(fēng)險因素，配電柜建議采用120 A以上的總進(jìn)斷路器。

1.3 選擇微型斷路器

通過計算負(fù)載電流確認(rèn)選用的開關(guān)，按已有變電站規(guī)模，推薦設(shè)置16路出線，其中13路涵蓋35 k V變電站絕大多數(shù)交流回路，另設(shè)3路備用，保證特殊情況下施工正常進(jìn)行。一、二段開關(guān)柜內(nèi)加熱器、照明回路各用1只5SJ6332（微型斷路器）；一、二段開關(guān)柜內(nèi)儲能電機(jī)回路各用1只5SJ6332；3層站內(nèi)照明燈及插座回路分別用2只5SJ6340，1只5SJ6332；風(fēng)機(jī)回路采用1只5SJ6316；空調(diào)回路采用1只5SJ6340；潛水泵回路采用1只5SJ6316；直流屏80Ah回路采用1只5SJ6340；檢修電源回路采用1只5SJ6364；有載調(diào)壓裝置（電機(jī)、控制及照明）回路采用1只5SJ6310；其他備用回路分別用3只5SJ6364、5SJ6332、5SJ6316。

2 直流配電箱的設(shè)計方案

直流配電箱的設(shè)計構(gòu)想與交流配電箱類似，但電源涉及蓄電池組及其單向保護(hù)。

2.1 負(fù)載特征分析

直流負(fù)載按負(fù)載特征可分為經(jīng)常負(fù)載、事故負(fù)載和沖擊負(fù)載3種。

2.1.1 經(jīng)常負(fù)載統(tǒng)計

經(jīng)常負(fù)載是指變電站內(nèi)直流系統(tǒng)在正常運行和事故工況下，系統(tǒng)均能可靠供電的負(fù)載量。以35 k V趙屯變電站為例，采用南瑞的綜合保護(hù)裝置，測控裝置功耗小于25 W，保護(hù)裝置動作時小于50 W。測控裝置參照保護(hù)裝置考慮，操作箱參照測控裝置考慮。

35 k V線路測控裝置負(fù)載：4×25 W＝100 W。35 k V分段及電壓互感器（TV）并列裝置負(fù)載：3× 25 W＝75 W；35 k V線路保護(hù)裝置負(fù)載：4×50 W＋4×25 W＝300 W；35 k V母線及故障錄波裝置負(fù)載：2×50 W＝100 W；35 k V和10 k V分段備自投及TV并列裝置負(fù)載：2×50 SW＋2×25 W＝150 W；主變保護(hù)裝置負(fù)載：3×5×50 W＝750 W；主變測控裝置負(fù)載：3×4×25 W＝300 W；10 k V保護(hù)裝置負(fù)載：20×25 W＝500 W；小電流選線及低周減載負(fù)載：2×50 W＝100 W；全站電能表輔助電源負(fù)載：54×3 W＝162 W。

2.1.2 事故負(fù)載統(tǒng)計

事故負(fù)載是指直流系統(tǒng)在交流電源系統(tǒng)事故停電時段內(nèi)可靠供電的負(fù)載。35 k V變電站的事故負(fù)載分為事故照明負(fù)載和自控裝置UPS電源裝置兩種。

目前，變電站的事故照明系統(tǒng)大多采用節(jié)能燈具，用電量較少，可選1.6 k W計算。UPS電源主要供后臺系統(tǒng)、通信交換機(jī)等設(shè)備使用，可選3 k W計算。

2.1.3 沖擊負(fù)載統(tǒng)計

事故負(fù)載在短時間內(nèi)會施加較大的負(fù)載電流。沖擊負(fù)載出現(xiàn)在事故初期（1 min），稱為初期沖擊負(fù)載；出現(xiàn)在事故末期或者事故過程中稱隨機(jī)沖擊負(fù)載（5 s）。彈簧操作機(jī)構(gòu)的斷路器的分、合閘電流一般為2 A。

2.2 確定直流負(fù)載電流

通過計算用電量確定負(fù)載大小，再根據(jù)負(fù)載大小選擇直流斷路器是較為常用的方法，但有2個問題會制約通過計算電流確定的微型斷路器的容量。

1）每個變電站的保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動裝置及自動化裝置各不相同，雖然可以統(tǒng)計到相應(yīng)的設(shè)備容量，但是這些保護(hù)、自控裝置對變電站關(guān)系重大，在改造過程中不可能根據(jù)計算負(fù)載電流來確定微型斷路器容量，而且運行單位也不允許，所以堅持參照原有設(shè)計方案進(jìn)行。

2）在選擇斷路器或是熔斷器的額定電流時，應(yīng)該首先以每一級所承受的最大沖擊電流作為依據(jù)，然后參考脫扣特性、熔斷特性以及級差配合予以綜合考慮。

對于直流微型斷路器無論是過載還是短路引起跳閘，其脫扣器的動作都要有一定時間，要控制2個型號規(guī)格類似或差別很小的微型斷路器跳閘順序是很難的，甚至根本做不到，即跳閘是隨意的；要做到順序地控制，就必須滿足一些條件，比如上一級用40 A，下級用20 A，也就是采用級差判定，或可采用廠家提供微型斷路器第一、二、三級的配置方案進(jìn)行設(shè)置，保證它們的參數(shù)和靈敏度有較大的差別。

鑒于上述兩點原因，臨時配電箱內(nèi)直流開關(guān)的選擇采用與站內(nèi)直流屏相應(yīng)回路相同容量的空氣開關(guān)，不再另行進(jìn)行負(fù)荷計算。

2.3 直流配電箱微型斷路器

根據(jù)已經(jīng)更換直流屏的變電站的直流屏配置情況，擬定直流配電箱的直流空開配置，即交流屏信號電源；35 k V的一段、二段信號電源；10 k V的一段、二段信號電源；控制室的控制及信號電源；消弧線圈及小電流檢測裝置電源；1號、2號主變控保屏控制電源；1號、2號主變控保屏信號電源；輔助設(shè)備電源；備用回路；均采用5SJ5216開關(guān)。35 k V的一段、二段控制電源；10 k V的一段、二段控制電源；自動化及遠(yuǎn)動裝置的電源回路，均采用5SJ5232開關(guān)。

3 設(shè)計配電箱箱體的要求

明確了總進(jìn)開關(guān)及分支斷路器容量和型號后，進(jìn)行配電箱箱體的設(shè)計。設(shè)計時要綜合考慮安全系數(shù)和有利于施工兩個方面。

1）供電方式 交流配電箱采用單電源供電方式，共16路出線。直流配電箱采用雙電源供電方式，一路蓄電池單元，一路交流整流單元，其中整流單元必須滿足相同負(fù)載，建議配置20路出線。

2）溫度 配電箱符合IEC 947-1有關(guān)溫升的規(guī)定；連接外部絕緣導(dǎo)線的端子不大于70 K；母線固定連接處（銅—銅）不大于50 K；操作手柄的金屬材質(zhì)不大于15 K，絕緣材質(zhì)不大于25 K；可接觸的外殼和覆板，金屬的表面不大于30 K，絕緣的表面不大于40 K。

3.1 進(jìn)線及主母線回路

3.1.1 交流進(jìn)線及主母線回路

1）交流進(jìn)線電源采用高品質(zhì)的160 A塑殼斷路器，假如交流進(jìn)線回路在裝置內(nèi)部發(fā)生短路等故障時，迅速、可靠地跳閘。

2）主母線不用銅排形式，采用具有同等再流量的銅制多股線作為主母排，端子箱內(nèi)除接地銅排（接地銅排采用25 mm×4 mm紫銅排）無裸露導(dǎo)體。

3）主母線設(shè)在線監(jiān)察器（電壓表），具有熔絲保護(hù)。

3.1.2 直流進(jìn)線及主母線回路

1）整流器進(jìn)線電源采用閘刀配合熔斷器方式，直流進(jìn)線回路在裝置內(nèi)部發(fā)生短路等故障時，迅速、可靠地跳閘。

2）蓄電池進(jìn)線電源采用閘刀配合熔斷器方式，直流進(jìn)線回路在裝置內(nèi)部發(fā)生短路等故障時，迅速、可靠地跳閘。

3）整流器裝置與電源箱通過電纜連接，聯(lián)絡(luò)電纜有供應(yīng)商提供。

4）蓄電池進(jìn)線及整流器進(jìn)線單元至主母線間設(shè)置足夠容量單向?qū)ㄑb置，防止反向送電。

5）主母線不采用銅排形式，采用具有同等再流量的銅制多股線作為主母排，端子箱內(nèi)無裸露導(dǎo)體。

6）主母線設(shè)在線監(jiān)察器（電壓表），并設(shè)熔絲保護(hù)。

3.2 饋出回路

1）交流饋線回路 配電采用銅制多股線連接方式，每路饋線輸出均配有高品質(zhì)的西門子空氣斷路器。賣方提供的饋線回路應(yīng)滿足各類負(fù)載的要求。例如：交流饋出回路16路三相饋線（其中63 A的回路2路，40 A的回路4路，32 A的回路6路，16 A的回路4路），4路單相饋線（其中10 A的回路2路，6 A的回路2路）。

2）直流饋線回路 交流饋線輸出回路目前暫定20路直流饋線（其中32 A的回路6路，16 A的回路14路）。

3.3 柜體要求

1）柜體結(jié)構(gòu)采用2 mm厚的不銹鋼，電纜下進(jìn)式，電纜孔要做好防劃傷措施。

2）柜體下部配置可拆卸鏤空底座，底座高為400 mm，以利于電纜穿入，鏤空底座設(shè)置4只具有定位功能萬象輪。

3）導(dǎo)電部分裸露處要有隔離安全擋板，防止人員觸電。

4）柜體整體重量不超過60 kg，柜體兩側(cè)設(shè)置手拉配，柜體頂部設(shè)置吊物圓環(huán)。

5）柜屏尺寸按圖紙要求設(shè)計，端子排采用威德米勒公司或鳳凰公司生產(chǎn)的6 mm2端子，結(jié)構(gòu)布置合理，不同回路間用插片隔離，并預(yù)裝20片空端子備用。交流工作電壓為380 V±10%；工頻耐壓為2 500 V／min；防護(hù)等級為IP30；電壓、電流監(jiān)測精度為0.5%；功率、電量監(jiān)測精度為1%；功率因數(shù)為2%；頻率為0.2 Hz。

4 結(jié)語

采用交直流配電箱替代傳統(tǒng)端子排形式，作為交直流改造的主要中間過渡設(shè)備，將大大提高改造期間的人身安全及設(shè)備運行安全。該交直流配電箱目前只配了顯示燈，還未配備報警裝置，用以增加微型短路器的輔助接點來判斷回路的狀態(tài)。另外，交直流配電箱的容量還可以進(jìn)一步擴(kuò)展，以滿足大型變電站改造所需。由于缺乏變電站負(fù)載長期運行的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對于站內(nèi)各類負(fù)載的實際運行數(shù)據(jù)可能有出入，這將在今后的實際工作中加以改進(jìn)和完善。