淺談變電站直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李曉英

摘要：電力事業(yè)飛速發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)日新月異。隨著數(shù)字化、程序化及智能變電站技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，直流電源系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性變得更加重要。文章主要對(duì)變電站直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：直流電源系統(tǒng)；蓄電池組；絕緣監(jiān)測裝置

中圖分類號(hào)：TM642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）14-0116-02

1 變電站直流電源系統(tǒng)作用

變電站直流電源系統(tǒng)主要用于為變電站控制保護(hù)裝置、自動(dòng)化裝置、高壓斷路器分合閘機(jī)構(gòu)、通信、計(jì)量、事故照明等裝置提供電源，其性能與質(zhì)量直接關(guān)系到變電站設(shè)備的安全可靠，甚至影響到整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 變電站直流電源系統(tǒng)構(gòu)成

變電站直流電源系統(tǒng)主要由交流進(jìn)線、充電裝置、監(jiān)控單元、饋線回路、蓄電池組、絕緣監(jiān)測裝置等組成。

2.1 交流進(jìn)線

交流進(jìn)線主要由交流輸入開關(guān)、交流接觸器、防雷器等部件組成。為了保證交流供電的可靠性，交流進(jìn)線大多使用兩路交流輸入，此時(shí)就需要配備帶機(jī)械互鎖裝置的交流接觸器或是雙電源自動(dòng)切換裝置，兩路交流電源應(yīng)分別取自站用電不同段的交流母線。

2.2 充電裝置

充電裝置采用智能高頻開關(guān)電源模塊，具有體積小、效率高、擴(kuò)容方便等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.1 模塊采用N+1冗余設(shè)計(jì)，可帶電熱拔插。

2.2.2 多個(gè)模塊并列運(yùn)行時(shí)，具有良好的均流特性。

2.2.3 每個(gè)模塊內(nèi)部具有監(jiān)控功能，能不依賴總監(jiān)控單元，獨(dú)立工作。

2.2.4 模塊具有輸入過壓、欠壓、缺相或相間不平衡、輸出過壓、欠壓、短路、模塊過溫保護(hù)等功能。

2.3 監(jiān)控單元

微機(jī)監(jiān)控單元是高頻開關(guān)電源及其成套裝置的監(jiān)控、測量、信號(hào)和管理系統(tǒng)的核心部分。裝置一方面能根據(jù)直流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，綜合分析各種數(shù)據(jù)和信息，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施控制和管理；另一方面還能將整個(gè)電源系統(tǒng)的信息以客戶指定的通訊協(xié)議上傳到后臺(tái)，而且能適應(yīng)直流系統(tǒng)各種運(yùn)行方式。監(jiān)控單元一般有按鍵式和觸摸屏兩種操作方式，用戶可以根據(jù)自己的需要靈活選擇。

2.4 饋線回路

根據(jù)用戶的實(shí)際需要設(shè)計(jì)一定數(shù)量的饋線回路，包括饋線開關(guān)、狀態(tài)/報(bào)警觸點(diǎn)、指示燈等部件。

2.5 蓄電池組

2.5.1 蓄電池組的型式。蓄電池組是直流系統(tǒng)的重要組成部分，一般選用閥控式密封鉛酸蓄電池。

2.5.2 蓄電池組的配置。為滿足控制和保護(hù)冗余供電需要，220～500kV變電站直流電源系統(tǒng)均應(yīng)配置兩組高頻充電裝置和兩組蓄電池；為滿足無人值班直流供電冗余需要，110kV變電站直流電源系統(tǒng)宜配置兩組高頻充電裝置和兩組蓄電池。

2.5.3 蓄電池組的安裝方式。蓄電池組可以采用集中安裝和分散安裝兩種方式。集中安裝一般采用組屏安裝然后與其余的充饋電柜等安裝在一起；分散安裝則需設(shè)立獨(dú)立的電池室，將電池安裝在電池架上。用戶可以根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇合適的安裝方式。當(dāng)變電站設(shè)有繼電保護(hù)裝置小室時(shí)，一般采用分散安裝方式。

2.5.4 接線方式。

（1）一組蓄電池直流系統(tǒng)采用單母線分段接線或單母線接線。單母線分段接線分為兩種類型：一組蓄電池配置一套充電裝置時(shí)，二者接入不同母線段；一組蓄電池配置兩套充電裝置時(shí)，兩套充電裝置接入不同母線段，蓄電池組跨接在兩段母線上。

（2）兩組蓄電池直流系統(tǒng)采用兩段單母線接線，蓄電池組分別接于不同母線段，二段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)電器。它可分為兩種類型：兩組蓄電池配置兩套充電裝置時(shí)，二者接入不同母線段；兩組蓄電池配置三套充電裝置時(shí)，兩組蓄電池及兩套充電裝置分別接入不同母線段，第三套充電裝置經(jīng)切換電器對(duì)兩組蓄電池進(jìn)線充電。

兩組蓄電池正常情況下應(yīng)分列運(yùn)行，考慮到定期充、放電試驗(yàn)要求，為了轉(zhuǎn)移直流負(fù)荷，

需要對(duì)二段母線進(jìn)行切換操作。切換時(shí)蓄電池組不得脫離直流母線，切換過程中允許兩組蓄電池短時(shí)并列運(yùn)行。并聯(lián)操作時(shí)兩組蓄電池的壓差應(yīng)滿足小于系統(tǒng)額定電壓的5%的要求。

兩段母線間的聯(lián)絡(luò)電器可以采用直流隔離開關(guān)，因短時(shí)并聯(lián)操作頻率低，可加裝機(jī)械鎖。

2.5.5 蓄電池組出口保護(hù)電器。蓄電池組出口保護(hù)電器大多采用熔斷器。由于多種因素導(dǎo)致熔斷器熔斷后其報(bào)警觸點(diǎn)不能可靠地發(fā)出報(bào)警信號(hào)，所以運(yùn)行人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池組自動(dòng)脫離直流母線的重大故障。一旦站用交流發(fā)生異常，將會(huì)導(dǎo)致全站直流失壓，造成非常嚴(yán)重的

后果。

針對(duì)以上情況提出一些解決方案：一是當(dāng)系統(tǒng)某回路發(fā)生短路后，運(yùn)維人員應(yīng)對(duì)該回路進(jìn)行系統(tǒng)的檢測，尤其是蓄電池組熔斷器，必要時(shí)要更換熔斷器；二是在蓄電池組增加一只電流傳感器，當(dāng)回路電流為零時(shí)報(bào)警；三是蓄電池組保護(hù)電器可以選用帶輔助觸點(diǎn)的直流專用斷路器。

2.6 絕緣監(jiān)測裝置

2.6.1 功能。絕緣監(jiān)測裝置的主要功能是對(duì)母線電壓、母線對(duì)地絕緣電阻及各饋線支路、蓄電池回路絕緣狀況進(jìn)行測量判斷，超過正常范圍時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并正確指示發(fā)生故障的支路。它既可通過串口與監(jiān)控模塊通訊，也可直接與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相連。

2.6.2 工作原理。支路絕緣監(jiān)測原理目前有兩組檢測法，即低頻信號(hào)注入法和直流漏電流檢測法。

（1）低頻信號(hào)注入法：較早的絕緣監(jiān)測裝置基本上都采用了小信號(hào)注入法，即當(dāng)母線檢測到接地異常時(shí)，將一個(gè)約5～20V，5～20Hz的低頻信號(hào)注入母線，交流CT通過鎖相技術(shù)等方式便可檢測到不平衡電流即漏電流，然后再通過數(shù)據(jù)線將檢測信號(hào)送至主機(jī)做相應(yīng)處理。優(yōu)點(diǎn)是CT結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。缺點(diǎn)是一旦注入交流信號(hào)的幅值或頻率及低頻信號(hào)源選擇不當(dāng)，容易引起保護(hù)誤動(dòng)或干擾設(shè)備正常運(yùn)行；檢測精度受接地電容影響，不能識(shí)別母線接地極性，當(dāng)系統(tǒng)存在較大電容電流時(shí)，會(huì)影響裝置的正確

判斷。

（2）直流漏電流檢測法：優(yōu)點(diǎn)是無需向母線注入交流信號(hào)，受接地電容的影響小，能識(shí)別接地母線的極性，能測量雙端接地。缺點(diǎn)是成本高于交流CT，環(huán)境溫度和工作電壓的波動(dòng)會(huì)影響測量精度。

2.6.3 配置原則。直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)系統(tǒng)仍然可以維持運(yùn)行，但應(yīng)立即報(bào)警盡快消除，否則再發(fā)生一點(diǎn)接地就會(huì)形成兩點(diǎn)接地，很有可能造成保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)或直流系統(tǒng)短路等故障。因此直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置應(yīng)具有較高的絕緣故障監(jiān)測靈敏度和絕緣阻值測量精度，應(yīng)能連續(xù)長期運(yùn)行，必須具有防止直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地引起保護(hù)誤動(dòng)作的功能。

絕緣監(jiān)測裝置分主機(jī)和分機(jī)，主機(jī)需要配置平衡橋電阻和檢測橋電阻，而分機(jī)不用。

220kV及以上變電站應(yīng)按蓄電池組數(shù)量配置相應(yīng)數(shù)量的直流微機(jī)絕緣監(jiān)測裝置主機(jī)。

同一變電站內(nèi)兩段獨(dú)立的直流母線應(yīng)在各自的直流主屏上分別配置一套同型號(hào)、獨(dú)立的直流絕緣監(jiān)測裝置

主機(jī)。

直流分電屏應(yīng)配置直流監(jiān)測裝置分機(jī)，不應(yīng)再配置

主機(jī)。

獨(dú)立運(yùn)行的兩段直流母線，若需要短時(shí)間并列運(yùn)行時(shí)，應(yīng)退出一套絕緣監(jiān)測裝置及斷開平衡橋接地回路。為了操作方便，可以安裝絕緣監(jiān)測裝置手動(dòng)/自動(dòng)投入開關(guān)。為了便于發(fā)生接地故障時(shí)能夠較快查出接地位置，可以盡量多增加一些饋線開關(guān)，減少下級(jí)并聯(lián)支路。

3 結(jié)語

為了更好地滿足電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行的要求，同時(shí)為了避免因?yàn)橹绷飨到y(tǒng)故障，擴(kuò)大為事故，并導(dǎo)致大型設(shè)備損壞或引起大面積電網(wǎng)事故的可能性。我們應(yīng)該不斷地加強(qiáng)技術(shù)進(jìn)步，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的、高水平的

產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] 電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL/T5044-2004）[S].

[2] 直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置技術(shù)條件.

（責(zé)任編輯：趙秀娟）