500kV變電站直流系統(tǒng)的不停電改造

周 杰，朱金墾，林 帆

（溫州電力局，浙江 溫州 325000）

現(xiàn)在運行的綜合自動化變電站，對直流系統(tǒng)供電的可靠性、穩(wěn)定性以及供電質(zhì)量均有著很高的要求，還要求直流系統(tǒng)必須具備遙測、遙信等功能以適應(yīng)變電站無人值守或少人值守的需要。為此，對服役己久的直流系統(tǒng)進行相應(yīng)的改造己顯得十分迫切。直流改造工程難度大、風(fēng)險系數(shù)高，必須從技術(shù)保障入手，確保改造過程中直流母線和直流負荷不停電且運行穩(wěn)定。

1500kV甌海變直流系統(tǒng)現(xiàn)狀和改造方案的確定

500kV甌海變電站（以下簡稱甌海變）直流系統(tǒng)于2001年初建站時投入運行，“兩蓄兩充”，蓄電池容量為2×500 AH，直流母線為單母線分段接線如圖1所示。正常運行時，2段直流母線分別以單母線方式運行。500kV和220kV繼保小室各有4個直流分屏，直流主屏與直流分屏之間均有2根聯(lián)絡(luò)電纜，通過2個進線閘刀接入分屏，進線閘刀1個運行1個備用。

直流系統(tǒng)存在的主要問題有：運行年限久，設(shè)備老化，嚴重影響變電站直流供電的可靠性；整個直流系統(tǒng)的充電機只有2組，不符合現(xiàn)行規(guī)程“500kV變電站的直流系統(tǒng)應(yīng)由2組蓄電池和3組充電機組成”的要求；直流主屏饋線開關(guān)為交直兩用，不符合反措要求；蓄電池運行年限長，實際容量不足；遙測、遙信數(shù)量過少，不適應(yīng)變電站無人值守或少人值守的需要；直流接地巡線能力差。為提高變電站運行可靠性，防止因直流系統(tǒng)故障造成樞紐變電站運行異常，需要對直流系統(tǒng)進行改造，更換成新設(shè)備。

圖1 甌海變改造前的直流系統(tǒng)

改造后的直流系統(tǒng)如圖2所示。正常運行時，2段母線上的2組充電機作為浮充電系統(tǒng)，第3組充電機作為充電系統(tǒng)和浮充電系統(tǒng)的備用。當(dāng)任1組電池均充時可將改蓄電池從母線上切離，由充電系統(tǒng)對其進行均充，而不影響系統(tǒng)的正常運行。由于3組充電機和2組蓄電池可互為備用，所以整個系統(tǒng)可靠性高。

圖2 甌海變改造后的直流系統(tǒng)

甌海變是溫州地區(qū)主要電源點，也是溫州電網(wǎng)與系統(tǒng)相聯(lián)的主要樞紐站。如果停役將造成溫州電網(wǎng)系統(tǒng)變電容量急劇下降、電網(wǎng)運行方式大幅調(diào)整、系統(tǒng)可靠性降低以及大面積的拉限電等一系列反應(yīng)。

為此，采用原屏位不停電改造方式。即在保障站內(nèi)直流不停電的基礎(chǔ)上，在原屏位更換新直流屏。同時決定采用分段改造的方式，即先改造直流Ⅰ段，然后再改造直流Ⅱ段。改造過程中即使出現(xiàn)直流失電，失電區(qū)域完全控制在1個分屏或1段直流母線供電范圍之內(nèi)，不至于導(dǎo)致全站直流失電。這種分階段改造的方式比一次性整體改造更安全、更可控，改造風(fēng)險大大降低。

2 臨時直流系統(tǒng)的組建和完善

將自主研發(fā)曾獲得國家實用新型專利的變電站直流系統(tǒng)不停電改造裝置完善升級，與備用直流屏和應(yīng)急直流車組成1個強大的臨時直流系統(tǒng)，應(yīng)用于甌海變直流系統(tǒng)改造工程中。臨時直流系統(tǒng)原理圖如圖3所示，具有以下特點：

（1）臨時直流系統(tǒng)的供電能力滿足站內(nèi)直流負載的要求。甌海變2段直流母線總電流在80 A左右。考慮事故及沖擊負荷安全余量，充電機組和直流屏并聯(lián)后臨時直流系統(tǒng)的充電電流最大達到160 A，遠遠超過負載要求，即使1組充電機退出運行，也不會影響改造的順利進行。

（2）臨時直流系統(tǒng)具備2路交流輸入和自動切換功能。此方式等同于正常運行方式，保證了臨時直流系統(tǒng)交流主供電源的可靠性。

（3）臨時直流系統(tǒng)自帶2組蓄電池，即使2路交流都失電或充電機故障，也可以保證直流負載不失電。

圖3 臨時直流供電系統(tǒng)

（4）配備應(yīng)急電源。考慮到變電站交流用電失電等極端情況下的應(yīng)急處置，配備了應(yīng)急電源，包括1輛直流車和1輛應(yīng)急發(fā)電車。

（5）定制饋線箱。根據(jù)改造的實際情況定制了相應(yīng)的饋線箱，饋線箱1轉(zhuǎn)接繼保小室直流分屏的電纜，內(nèi)含10個100 A開關(guān)和相應(yīng)的指示燈，每2個開關(guān)并在一起，相互備用。饋線箱2對除直流分屏之外的直流負載供電，內(nèi)含100 A，40 A和20 A的開關(guān)。定制的饋線箱即方便操作和接線，又將危險區(qū)域進行了嚴格隔離，大大降低了誤碰、短路和接地的風(fēng)險。

（6）臨時直流系統(tǒng)具備電壓調(diào)節(jié)能力，監(jiān)控器、表計和信號燈可對整個臨時直流系統(tǒng)進行監(jiān)控，隨時掌控和調(diào)整臨時直流系統(tǒng)的運行工況。

經(jīng)過對交流輸入、充電機組、饋線箱、蓄電池組和應(yīng)急電源等的調(diào)試，組建的臨時直流系統(tǒng)能確保直流負載不失電，為順利完成不停電改造打下了堅實基礎(chǔ)。

3 改造施工流程

甌海變直流系統(tǒng)改造不具備停電改造的條件，直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接關(guān)系著一、二次設(shè)備的安全性和可靠性。從以往因直流系統(tǒng)故障引發(fā)的設(shè)備嚴重損壞及電網(wǎng)大面積停電的惡性事故中，不難看出直流系統(tǒng)改造每一步施工方案的實施如履薄冰，風(fēng)險重重。為此根據(jù)現(xiàn)場情況，制定了1套詳細、嚴謹、合理的施工方案。專門編制了操作票，細化到施工的每1步操作。對每1步操作的人員分工、風(fēng)險分析以及應(yīng)急處置都經(jīng)過了精心推敲，反復(fù)論證，確保施工有序可控、萬無一失，整體施工流程如圖4所示。

新上直流屏的調(diào)試包括絕緣試驗、接地電阻試驗、高頻充電模塊的特性試驗（穩(wěn)流、穩(wěn)壓紋波系數(shù)）等，確保新設(shè)備的性能完好。臨時直流系統(tǒng)搭建和調(diào)試完成后，必須對饋線箱的每1個開關(guān)進行帶負荷實驗，確保所有開關(guān)性能可靠。另外，必須對每1個直流分屏做負荷切換試驗。如圖1所示，例如1號直流分屏，需要把11Z運行12Z備用切換到11Z備用12Z運行。目的是確保直流主屏至直流分屏的每1個開關(guān)和電纜都是完好的。

圖4 甌海變直流改造施工流程

直流Ⅰ段1號直流分屏不停電改造步驟如圖5所示，第1步將11Z接入臨時直流系統(tǒng)并合上開關(guān)，注意核對電纜、開關(guān)、極性，調(diào)整臨時直流系統(tǒng)輸出電壓，直到其與原直流系統(tǒng)Ⅰ母電壓差最小，才合上開關(guān)；第2步微調(diào)臨時直流系統(tǒng)輸出電壓，盡量使1號直流分屏負載電流往臨時直流系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，保證在12Z開關(guān)分閘時對直流沖擊影響最小。第1步和第2步操作過程中，密切注意原直流系統(tǒng)和臨時直流系統(tǒng)電壓和電流變化，并核實1號直流分屏的供電負載運行正常。至此，1號直流分屏所有負載全部順利轉(zhuǎn)移至臨時直流系統(tǒng)。

重復(fù)以上步驟，依次將3號、5號、7號直流分屏負載全部轉(zhuǎn)移至臨時直流系統(tǒng)。至此，原直流Ⅰ段所有負荷全部轉(zhuǎn)移至臨時直流系統(tǒng)。當(dāng)舊屏拆除，新屏立好之后，再按圖5步驟反向?qū)⒅绷鳍穸嗡兄绷鞣制霖摵赊D(zhuǎn)移回新上直流屏。這樣，完整的直流Ⅰ段不停電改造完成。同理完成直流Ⅱ段不停電改造。

圖5 直流Ⅰ段1號直流分屏不停電改造示意

由于直流測控、信號和絕緣監(jiān)測等都安排在直流Ⅱ段不停電改造完成之后進行完善。為此，在完成直流Ⅰ段不停電改造后，立刻將直流Ⅰ段主要的硬接點信號接入公用測控，便于運行人員對新上直流屏的監(jiān)控，保證運行安全。

4 結(jié)語

“變電站直流系統(tǒng)不停電改造裝置”成果凝聚了溫州電力直流專業(yè)人員的集體智慧，曾獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)實用新型專利、省電力公司群眾性科技創(chuàng)新成果優(yōu)秀獎和全國電力行業(yè)優(yōu)秀QC小組活動成果獎。在此基礎(chǔ)上經(jīng)不斷改良創(chuàng)新，首次成功應(yīng)用于500kV甌海變直流系統(tǒng)改造工程。施工人員膽大心細、精益求精，既確保了電網(wǎng)的安全可靠運行，也為供電企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

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

[2]宋繼成.220～500kV變電所二次接線設(shè)計[M].北京∶中國電力出版社，2002.

[3]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.繼電保護和電網(wǎng)安全自動裝置檢驗規(guī)程[M].北京∶中國電力出版社，2006.