110kV智能變電站直流電源系統(tǒng)配置優(yōu)化研究

王輝

摘要：對于智能變電站直流電源系統(tǒng)配置的相關(guān)問題，將實(shí)際直流負(fù)荷按照不同類別歸類、以便做統(tǒng)計(jì)處理。根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出來的最終結(jié)果，可以選擇對應(yīng)設(shè)備參數(shù)的最優(yōu)方案。本文分析了110kV智能變電站直流電源系統(tǒng)配置的優(yōu)化方案，并對其進(jìn)行了一系列的研究，希望可以為與它規(guī)模相同的變電站系統(tǒng)配置提供一些參考價值。

Abstract： For the configuration of DC power supply system in intelligent substation， the actual DC load is classified according to different categories for statistical processing. According to the final result of the statistics， the optimal scheme corresponding to the device parameters can be selected. This paper analyzes the optimization scheme of DC power supply system configuration for 110kV intelligent substation， and conducts a series of researches on it. It hopes to provide some reference value for substation system configuration with the same scale.

關(guān)鍵詞：110kV智能變電站；直流電源系統(tǒng)；配置；直流饋線屏

Key words： 110kV intelligent substation；DC power system；configuration；DC feeder screen

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0132-02

1 直流電源系統(tǒng)的有關(guān)概念

直流電源系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于諸多方面，如：水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠，各種種類的變電站等。直流電源系統(tǒng)的組成部分十分復(fù)雜，它的各個組成部分形成一個巨大且到處都鋪滿直流電源的供電系統(tǒng)，可以為直流充電機(jī)、繼電器保護(hù)裝置、信號系統(tǒng)、直流充電機(jī)、UPS、通信等各個分支系統(tǒng)提供充足的電源，為各類相關(guān)工作補(bǔ)充動力，維持它們的日常工作運(yùn)轉(zhuǎn)。直流電源系統(tǒng)為繼電保護(hù)、設(shè)備自動化控制系統(tǒng)等提供必要的電力支持。對于智能變電系統(tǒng)而言，交流電和直流電是同時存在并且一起進(jìn)行工作的。在實(shí)際的操作過程中，如果設(shè)備出現(xiàn)問題，將會直接對交流電源造成巨大的影響，甚至?xí)苯幼璧K對相關(guān)設(shè)備的供電，導(dǎo)致設(shè)備停止工作并且可能會引發(fā)重大的事故。所以，為了確保設(shè)備的日常工作運(yùn)行不受到任何阻礙，直流電源系統(tǒng)就會發(fā)揮其重要的作用，保證相關(guān)設(shè)備的正常工作。這個時候，直流電源會代替交流電源為電力系統(tǒng)繼續(xù)提供電力。

直流電源系統(tǒng)的順利建設(shè)需要滿足以下條件：首先，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的日常工作起到保障作用。它需要具備一定程度的儲存電力的功能，能夠保證在設(shè)備出現(xiàn)問題時，可以正常維持電力需求，使電力系統(tǒng)能夠保持正常運(yùn)行狀態(tài)。直流電源系統(tǒng)或系統(tǒng)中設(shè)備的正常使用期限需要能夠滿足設(shè)計(jì)時的規(guī)劃。直流電源系統(tǒng)不僅要能夠滿足上述的一系列要求，還應(yīng)該保證自己其他方面的有效價值，如：操作簡捷、使用起來較為方便、所需要的經(jīng)濟(jì)成本比較低、體積較小等等。

目前我國許多變電站中的很多設(shè)備都靠直流電源系統(tǒng)的供電來保證日常工作，如：繼電保護(hù)裝置、變電站遠(yuǎn)程控制裝置、直流充電機(jī)等等。因?yàn)橹绷麟娫吹碾娏ο鄬碚f比較穩(wěn)定，它可以有效的保證電力運(yùn)輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而直流電源系統(tǒng)的電力會對系統(tǒng)的操作產(chǎn)生重要的影響。所以，直流電源系統(tǒng)在整個電力系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位。為了保證電網(wǎng)可以安全有效的工作，促進(jìn)電力系統(tǒng)全面自動化操作的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展，直流電源系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)也要隨之發(fā)生改變，向更加標(biāo)準(zhǔn)化、高效化的方向發(fā)展。

我國變電站的構(gòu)成部分包括信號設(shè)備、事故照明設(shè)備、電氣遠(yuǎn)程操作設(shè)備等都是由直流電源系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的供電，保持它們的正常運(yùn)行。利用直流電源系統(tǒng)給設(shè)備裝置進(jìn)行供電，可以保障輸出電力的質(zhì)量能夠成功的達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，保證輸出電力能夠均勻安全地輸送至各設(shè)備內(nèi)，使得變電站的日常工作可以穩(wěn)定高效的進(jìn)行。對于變電站來說，供電所用的直流電源系統(tǒng)是變電站中最重要的系統(tǒng)。綜上，直流電源系統(tǒng)具有不可代替的作用。隨著我國電力系統(tǒng)的日益發(fā)展進(jìn)步，變電站的工作進(jìn)行的也更加高效，同時也對我國變電站中直流電源系統(tǒng)提出了更高的要求。

2 智能變電站中直流電源系統(tǒng)

2.1 直流電源系統(tǒng)在智能變電站中的作用

隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，人們生活水平的日益提高。人們對用電的需求也越來越大，用電需求的增加使得變電站的壓力也越來越大。而直流電源作為智能變電站重要的組成部分之一，它的設(shè)計(jì)和變電站的有效工作具有密切的聯(lián)系。在智能變電站中，直流電源系統(tǒng)是相對獨(dú)立的系統(tǒng)，它作為智能變電站內(nèi)的重要控制系統(tǒng)，可以為繼電保護(hù)、信號裝置、自動裝置等設(shè)備提供電源，保證它們的正常運(yùn)行。同時因?yàn)橹绷麟娫词仟?dú)立的電源，不需要受到其他電源的影響，在變電站中變壓器發(fā)生故障時，直流電源可以作為儲備電源使用。即使整個智能變電站全部發(fā)生停電意外，它依然可以保證變電站中的工作系統(tǒng)正常運(yùn)行。同時它也可以給事故發(fā)生位置提供照明的用電，方便對故障位置的及時處理。因?yàn)橹绷麟娫聪到y(tǒng)的電量承載能力非常重要，所以直流電源必須要具備穩(wěn)定、有效的特性。對于變電站的正常運(yùn)行來說，直流電源系統(tǒng)的作用十分重要。

2.2 直流電源系統(tǒng)中蓄電池組的根本作用

在智能變電站的直流電源系統(tǒng)中一共具有三種種類的電量負(fù)荷：包括經(jīng)常性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷和故障性負(fù)荷。變電站中的直流電源系統(tǒng)主要是為了給智能變電站提供電量上的一系列服務(wù)，其中充電裝置是為了負(fù)責(zé)向繼電的一系列保護(hù)操作，保證其順利運(yùn)行。向通信設(shè)備、自動裝置、其他直流負(fù)荷裝置等設(shè)備提供電源輸送的工作，使這些設(shè)備可以正常運(yùn)營。直流電源系統(tǒng)中蓄電池的作用主要是為了在設(shè)備發(fā)生故障時的備用，防止相關(guān)設(shè)備的正常工作受到阻礙。如果直流電源負(fù)荷的相關(guān)需求超出了充電裝置系統(tǒng)的輸出電量，儲蓄電池就會發(fā)揮作用第一時間開始工作。智能變電站的站用交流電源負(fù)責(zé)向電力系統(tǒng)專用逆變電源尾端的負(fù)荷供應(yīng)電源，逆變電源在一般情況下是處于備用狀態(tài)的。如果直流電源系統(tǒng)發(fā)生故障，無法正常輸送電量，那么事故照明、通信、監(jiān)控等一系列設(shè)備會共同使用蓄電池以維持自己的正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，在直流電源系統(tǒng)無法順利進(jìn)行工作時，對于整個直流電源系統(tǒng)來說，蓄電池組是提供電能的主要來源，更是變電站維持正常工作的重要保障。

3 10kV智能變電站直流電源系統(tǒng)配置優(yōu)化方法

3.1 直流電源系統(tǒng)的設(shè)備優(yōu)化

智能變電站使用電流的種類十分復(fù)雜，而且交流電和直流電共同存在于變電站中。與我國傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站承載了一部分直流電的負(fù)荷，并且還需要承載其他部分的逆流電。如果在變電站正常工作時發(fā)生了直流電停電的問題，變電站的全部系統(tǒng)中就會產(chǎn)生逆流的負(fù)荷，這會對蓄電池造成非常嚴(yán)重的損壞。所以，在選擇蓄電池的類型時需要將這些問題考慮其中。在變電站直流電源系統(tǒng)的日常工作中， 蓄電池的最大電流放電能力可以產(chǎn)生重要的作用，所以需要不斷提升蓄電池的基本電容量。但是這并不意味著蓄電池的電容量提升的越大越好，如果蓄電池的電容量超過了一定限度，變電站中整個直流電源系統(tǒng)的日常工作性能就會急劇下降。一般情況下，只要在原來的標(biāo)準(zhǔn)電容量工作性能發(fā)生一定程度的下降時，在原來的標(biāo)準(zhǔn)電容量的本身上提高一個層次就可以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

在發(fā)生重要情況時，需要對蓄電池進(jìn)行放電的測量，具體的操作方法是將蓄電池放置在事故放電之中一個小時的時間，然后對其進(jìn)行發(fā)電沖擊的試驗(yàn)。每次進(jìn)行發(fā)電沖擊的時間應(yīng)該保持在500ms，每次放電沖擊時需要間隔兩秒鐘的時間。就110kV以上的變電站而言，因?yàn)樗脑O(shè)備數(shù)量比一般變電站多，所以可以給它配備兩個蓄電池構(gòu)成蓄電池組，再安裝兩個充電裝置構(gòu)成電力雙充配置。

3.2 直流系統(tǒng)接線的優(yōu)化改進(jìn)

對智能變電站提供電力服務(wù)的直流電源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時，首先要注意的是蓄單套電池組。對蓄電池組進(jìn)行正常維護(hù)時，它會對智能變電站的電力系統(tǒng)本身的安全性產(chǎn)生一定程度的影響。針對一般情況來說，應(yīng)該在智能變電站站內(nèi)的直流電源系統(tǒng)設(shè)置外接備用蓄電池組得到接口，使得備用蓄電池組在使用時能夠較為方便的開始運(yùn)行工作，且并要在合理范圍內(nèi)加大隔離的力度。在實(shí)際工作的過程中，盡量增加外接蓄電池組的一系列隔離保護(hù)措施。對于變電站而言，外接儲備蓄電池組作為蓄電池檢測的系統(tǒng)保護(hù)裝置，為蓄電池組提供電力支持。而且還可以作為蓄電池組發(fā)生故障時的電力儲備裝置，保證整個直流電源系統(tǒng)可以保持正常運(yùn)行的工作狀態(tài)。如果需要對處于工作狀態(tài)的蓄電池進(jìn)行臨時性的維護(hù)，就需要及時連接上備用蓄電池組。一旦發(fā)生設(shè)備長期故障，短時間內(nèi)無法妥善解決，則應(yīng)連接應(yīng)急用的蓄電池組，以維持正常的工作運(yùn)行。

3.3 直流系統(tǒng)負(fù)載的優(yōu)化

我國國家電網(wǎng)規(guī)定：如果智能變電站系統(tǒng)220kV或220kV以上的話，在設(shè)計(jì)的過程需要安裝兩個蓄電池組，以保證電力供應(yīng)充足。如果是110kV以下的智能變電站系統(tǒng)配備一個蓄電池組就可以保證意外發(fā)生時，能夠維持正常的工作。在對直流電源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)者應(yīng)該對直流電源系統(tǒng)能夠所應(yīng)用到的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的研究，對超過負(fù)荷的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行一定程度的限制。對于同種類型的設(shè)備來說，應(yīng)該選擇能耗較低的，從而有效的達(dá)到節(jié)能減排的作用。比如在直流電源的系統(tǒng)中在出現(xiàn)事故時，事故現(xiàn)場的信號顯示燈可以選擇LED燈具，它的耗能比較低，而且還能夠在一定程度上降低直流電源系統(tǒng)中蓄電池的負(fù)荷電量，它的作用對于延長直流電源系統(tǒng)中蓄電池的使用期限和供電的有效時間而言有著重要的意義。

4 結(jié)束語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，電力系統(tǒng)中的變電站也越來越智能化。智能變電站中的直流電源系統(tǒng)發(fā)揮著非常重要的作用，因此，對智能變電站的直流電源系統(tǒng)進(jìn)行一定程度的優(yōu)化具有很重要的意義。在智能變電站中合理的運(yùn)用直流電源系統(tǒng)，能夠起到對設(shè)備配置進(jìn)行最大程度的優(yōu)化的目的，并可以在一定時間內(nèi)對變電站目前的系統(tǒng)功能起到改進(jìn)的作用，對于直流電源系統(tǒng)而言，它會變得更加便捷、安全。而變電站也能夠在完成智能化的標(biāo)準(zhǔn)的情況下積極有效地運(yùn)作，更好地為廣大居民供供電力上的服務(wù)。

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