王店變智能化改造工程一體化直流電源系統(tǒng)改造方案研究及實施

邢佳磊，倪炯，藍(lán)益軍，鄭利達(dá)，陳瓊良，仲浩（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司， 浙江 杭州 311232）

王店變智能化改造工程一體化直流電源系統(tǒng)改造方案研究及實施

邢佳磊，倪炯，藍(lán)益軍，鄭利達(dá)，陳瓊良，仲浩
（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司， 浙江 杭州 311232）

直流電源系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著全站保護(hù)、測控、事故照明等重要負(fù)荷的不間斷供電的重任，是電力系統(tǒng)正常運行的重要子系統(tǒng)，按照王店變整體智能化改造“公用先行”的基本思路，對王店變直流電源系統(tǒng)進(jìn)行一體化改造。本文提出了兩種直流負(fù)荷割接的方案，并進(jìn)行了分析，實際采用了對老蓄電池組移位，新、老直流系統(tǒng)并行，逐步轉(zhuǎn)接負(fù)荷的實施方案，并在現(xiàn)場得到了驗證。

直流電源；不間斷供電；蓄電池組移位；直流負(fù)荷割接；風(fēng)險管控；鉛酸蓄電池

0　引言

500 kV 王店變電站于 2002 年 5 月投產(chǎn)，是當(dāng)時嘉興地區(qū)第一座 500 kV 變電站，至今已持續(xù)運行近 14 a，目前二次設(shè)備老舊，缺陷頻發(fā)，備品備件稀缺，而且已超過 10 a 計算機監(jiān)控系統(tǒng)整體改造周期，因此，2015 年下半年開始對王店變進(jìn)行整體智能化改造。

按照“整體改造公用先行”的基本思路，計劃于 2015 年下半年實施一體化直流電源改造，為2016 年實施 500 kV 設(shè)備改造做好技術(shù)準(zhǔn)備。老直流系統(tǒng)為“二充二蓄”的華為產(chǎn)品，充電/整流模塊老化，直流分屏采用熔絲非空開。直流電源改造主要是更換蓄電池組、直流充電機屏、饋線屏及直流分屏，實現(xiàn)“三充二蓄”的系統(tǒng)方式。因為王店變場地空間有限，僅能在站所最北面新建一座 53小室，且無法新建蓄電池室，并且考慮到電纜走線新直流總屏不宜安裝于 53 小室，新蓄電池組亦無法直接安裝于老蓄電池室，所以難以實現(xiàn)過渡階段新、老直流電源系統(tǒng)并存，直流負(fù)荷結(jié)合間隔停電改造逐步割接的成熟改造方案。

目前直流電源改造方面的研究主要針對 500 kV變電所直流系統(tǒng)局部改造研究［1-2］及 110 kV 變電所“一充一蓄”直流系統(tǒng)改造等方面的研究［3］。本文針對王店變直流電源改造遇到的難題，提出了兩種實現(xiàn)直流負(fù)荷割接的方案：一、過渡期間老設(shè)備由新直流系統(tǒng)供電，將老直流饋線屏負(fù)荷直接割接至新直流母線，實現(xiàn)直流負(fù)荷一次性轉(zhuǎn)移；二、過渡期間老設(shè)備仍由老直流系統(tǒng)獨立供電，不停電移位老蓄電池組并新上蓄電池組，結(jié)合間隔設(shè)備停電改造，逐步割接負(fù)荷。經(jīng)分析評估決定采取方案二，現(xiàn)場實踐證明該方案具備可實施性且風(fēng)險可控。

1　直流電源改造范圍

一體化直流電源系統(tǒng)由直流電源、交流不間斷電源、逆變電源等裝置組成，共享蓄電池組，并通過以太網(wǎng)通信接口采用 IEC61850 規(guī)約與變電站站控層設(shè)備連接，實現(xiàn)對一體化電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。

王店變直流系統(tǒng)新上充電屏 3 面，聯(lián)絡(luò)屏 2面，饋線屏 2 面；為滿足改造需要在 51、52 小室新增直流分屏 3 面，在 53、21 和 22 小室各新增直流分屏 2 面；并更換事故照明逆變器屏 1 面；原主控樓 UPS 間內(nèi) UPS 屏運行狀況良好，本期不更換；蓄電池容量原為 500 Ah，不能滿足無人值班變電站事故放電 2 小時的要求，新上 2 組 110 V 直流蓄電池組，容量為 1000 Ah，采用單母分段接線。每組蓄電池選用一套高頻開關(guān)電源裝置作為浮充電用，兩組蓄電池再共用一套高頻開關(guān)電源裝置作為充電、浮充電用，實現(xiàn)“三充二蓄”的系統(tǒng)方式。

王店變整體改造后，所有設(shè)備都將轉(zhuǎn)移至新的直流系統(tǒng)供電，老直流系統(tǒng)退役。但是，在改造過渡期間，老設(shè)備仍由老直流分屏供電，因此，老直流分屏是由新系統(tǒng)供電還是老系統(tǒng)供電是本次改造的重點和難點。

2　直流電源改造方案研究

王店變直流電源改造方案分三個階段：⑴ 安裝新直流總屏和分屏；⑵ 實現(xiàn)新直流系統(tǒng)上電并接入監(jiān)控后臺，老直流分屏穩(wěn)定供電；⑶ 結(jié)合間隔設(shè)備停電改造將直流負(fù)荷逐步從老直流分屏割接至新直流分屏，最終老直流系統(tǒng)退役。

第一階段的難點是，由于直流充電屏、聯(lián)絡(luò)屏、饋線主屏通過母排連接必須布置在同一列，因此需要在 51 或 52 小室中騰出 7 塊屏位給新上的直流總屏。經(jīng)過勘察在 52 小室中有 4 個連續(xù)的空屏位（WB71～WB74），空屏左側(cè)為 WB69 事故照明逆變電源屏、WB70 變電設(shè)備在線監(jiān)測 CAC屏，右側(cè)為 WB75 蓄電池在線監(jiān)測屏，之后決定通過移屏實施方案。移屏前進(jìn)行了整站改造的屏位整體規(guī)劃，確定了移屏位置，因為屏位緊張，對臨時屏柜（如蓄電池在線監(jiān)測屏）采取了制作臨時基礎(chǔ)的方式拓展屏位，并做好了屏柜安措隔離及回路恢復(fù)。直流系統(tǒng)屏位布置如圖1 所示。本文重點研究第二階段，提出了兩種實現(xiàn)直流負(fù)荷割接的方案。

2.1老直流分屏由新直流系統(tǒng)供電（方案一）

關(guān)于老直流分屏由新直流系統(tǒng)供電的改造方案，關(guān)鍵是將老直流負(fù)荷轉(zhuǎn)移至新直流系統(tǒng)供電，并退役老蓄電池組及充電屏，保留老直流饋線總屏，如圖2 所示。

以Ⅰ段直流改造為例，將原Ⅰ段 500 Ah 蓄電池退出運行，原Ⅰ段直流饋線屏僅由老充電機供電，Ⅰ段蓄電池更換為 1000 Ah 的，并與新直流系統(tǒng)母線完成搭接后，將老直流系統(tǒng)的主母線通過空開搭接至新直流系統(tǒng)上，實現(xiàn)老Ⅰ段直流分屏由新直流系統(tǒng)供電。Ⅱ 段直流改造實施方案相同。

2.2新、老直流系統(tǒng)獨立供電運行 （方案二）

這個改造方案就是，在整體改造過渡期間，新上一套獨立的直流系統(tǒng)，保留完整的老直流系統(tǒng)，利用新、老系統(tǒng)分別為改造后的設(shè)備、改造前的設(shè)備供電。由于未新建蓄電池室，采取該方案的關(guān)鍵是必須將老蓄電池組進(jìn)行移位，騰出空間給新蓄電池組。經(jīng)現(xiàn)場分析確認(rèn)，將老蓄電池組移位至蓄電池室靠墻布置，設(shè)計示意圖如圖3 所示。

以Ⅰ段直流系統(tǒng)改造為例，將老Ⅰ段 500 Ah蓄電池退出運行，按設(shè)計圖紙將老Ⅰ段 500 Ah 蓄電池組拆卸后移位重裝，在原蓄電池組位置組裝新蓄電池組，并分別完成電纜搭接工作。按同樣步驟實施Ⅱ 段直流改造。

2.3方案比較和選擇

2.3.1方案一的優(yōu)、缺點分析

方案一的優(yōu)點：老蓄電池組可退役，蓄電池室僅保留新蓄電池組；老直流充電機屏可退役拆除，空出 4 塊屏位，可以緩解王店變改造屏位空缺的問題。

方案一的缺點：

（1） 老直流系統(tǒng)饋線屏搭接至新直流系統(tǒng)母線后，過渡開關(guān)合閘瞬間，新、老充電機（非同一廠家）并機且同時向新蓄電池組充電，該瞬間暫態(tài)模型無法建立，無法明確判斷合閘瞬間是否會對老直流系統(tǒng)（帶了大量重要負(fù)荷）產(chǎn)生沖擊，系統(tǒng)運行存在不可評估的風(fēng)險；

（2） 新蓄電池安裝時，老蓄電池組退役，新直流系統(tǒng)即直接接入重要負(fù)荷，一方面不符合直流系統(tǒng)竣工驗收后接入運行設(shè)備的要求，新直流系統(tǒng)接入負(fù)荷后即需要按運行設(shè)備管理，不符合改造實際，另一方面新直流系統(tǒng)未經(jīng)過較長時間拷機運行，如有缺陷不利于系統(tǒng)消缺；

（3） 老蓄電池組拆除，新蓄電池組安裝過程中，老直流系統(tǒng)運行方式薄弱，對工期要求緊。

2.3.2方案二的優(yōu)、缺點分析

方案二的優(yōu)點：

（1） 新、老直流系統(tǒng)獨立供電運行，各間隔設(shè)備隨改造逐步接入，直至所有設(shè)備改造完成，老直流系統(tǒng)退役，改造方案較為成熟；

（2） 新直流系統(tǒng)竣工驗收完成后，再接入重要負(fù)荷且有一定拷機運行時間，確保新直流系統(tǒng)運行的可靠性。

方案二的缺點：

（1） 老蓄電池組需要移位，移位期間老直流系統(tǒng)運行方式較薄弱，對工期要求緊；

（2） 過渡期間，老蓄電池組與新蓄電池組在同一間蓄電池室共同運行近 2 a，需加強對蓄電池組的運行巡檢。

2.3.3方案選擇

基于上述分析得出：方案一與方案二同樣存在蓄電池組施工時運行方式薄弱，工期緊的問題，可以通過優(yōu)化方案來克服；而對于方案一的缺點（1）、（2） ，無法有效避免。因此，本次改造選擇方案二作為直流系統(tǒng)改造的實施方案。實施方案二的關(guān)鍵是將老蓄電池組移位的風(fēng)險降至最低。

3　老蓄電池組移位方案及風(fēng)險控制措施

3.1老蓄電池組移位實施方案

以直流Ⅰ段老蓄電池組移位為例，按常規(guī)操作典票，老蓄電池組移位前退出運行，直流Ⅰ段母線僅由 1 號充電機供電，若交流電源失去，直流Ⅰ段將失電。為控制運行風(fēng)險，解決該難題，在直流Ⅰ段母線與直流 Ⅱ 段母線間安裝并接額定電流為 63 A 的臨時閘刀，在蓄電池搬遷期間合上臨時并列閘刀，實現(xiàn) 1 號蓄電池組退出運行時的“二充一蓄”的供電方式。按圖4 實施方案，蓄電池組移位需要運維、檢修、施工、廠家共同配合完成。

3.2風(fēng)險控制措施

（1） 除蓄電池移位工作外，停止一切電氣相關(guān)工作，防止搬遷過程中因人員原因?qū)е轮绷鹘拥?、所用電故障等問題；

（2） 交直流電源空開跳開導(dǎo)致充電機一路或多路電源失去時，立即試合空開一次，如無法合閘，由現(xiàn)場檢修人員負(fù)責(zé)檢查原因并搶修；

（3） 組裝一組 300 Ah 臨時蓄電池組作為備用蓄電池，放于 52 小室，自帶空開斷開并將接頭用絕緣膠布包好。因為規(guī)程要求運行蓄電池組不宜放于保護(hù)小室，所以暫不接入直流系統(tǒng)，在 2 號蓄電池故障時，將臨時蓄電池接入 1 號蓄電池組放電空開下端頭并投入運行；

（4） 一臺所用變失電時，應(yīng)立即檢查第一、二組直流充電機的交流電源是否切換正常，若充電機負(fù)荷顯示正常，應(yīng)盡快將跳閘所用變負(fù)荷倒至 0 號所用變供電；

（5） 兩臺所用變失電時，應(yīng)在第一時間將所用變負(fù)荷全部倒至 0 號所用變供電，然后檢查直流充電機的交流電源是否恢復(fù)正常，若負(fù)荷顯示正常，聯(lián)系發(fā)電車盡快進(jìn)站待命，并且要求地調(diào)確保站外交流電源供電。

4　結(jié)束語

變電站直流系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著全站保護(hù)、控制、信號、測控及事故照明等重要負(fù)荷的不間斷供電的重任，是電力系統(tǒng)正常運行不可或缺的設(shè)備，直流系統(tǒng)的可靠性很大程度上決定了電力系統(tǒng)的可靠性，因此直流系統(tǒng)的改造必須確保過程流程明確，風(fēng)險可控。本文在王店變整體改造的背景下，基于屏位緊張及無新蓄電池室的現(xiàn)狀，提出了老蓄電池組移位，新老直流系統(tǒng)并行，逐步轉(zhuǎn)接負(fù)荷的實施方案，并在現(xiàn)場得到驗證。如果直流系統(tǒng)的系統(tǒng)改造僅涉及更換直流總屏和蓄電池組，就需要對本文提出的方案一做進(jìn)一步的研究或新的探索。

［1］ 李健， 仲浩， 覃兆安， 等. 500 kV 王店變電站直流系統(tǒng)改造工程研究［J］. 電工電氣， 2013， 8: 41-43.

［2］ 胡浩， 侯慧軍， 李元安， 等. 500kV 變電站直流系統(tǒng)改造過程中的問題分析及處理［J］. 電力學(xué)報，2014， 29（1）: 3637.

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

Research and implementation of intelligent transformation plan of integrated DC power supply system of Wangdian Substation

XING Jialei， NI Jiong， LAN Yijun， ZHENG Lida， CHEN Qiongliang， ZHONG Hao
（Maintenance Branch of State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou Zhejiang 311232， China）

DC system is responsible for the uninterrupted power supply to the important loads of protection， measurement and control， accident lighting and so on， which is an important subsystem of power system. According to the basic idea of “public first” in the overall intelligent transformation project of Wangdian Substation， the integrated transformation of DC power supply system was implemented. Two kinds of cutover plans of DC load were presented and analyzed in this paper. The implementation plan of shifting old batteries， running new and old systems at the same time， gradually fulfilling load cut-over was adopted actually and confirmed in the field.

DC power supply system； uninterrupted power supply； battery shift； DC load cutover； risk management and control； lead-acid battery

TM 912.1

B

1006-0847（2016）04-175-04

2016-03-20