分布式并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)在220kV智能變電站中的應(yīng)用

國網(wǎng)河北省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院 河北石家莊 050000

目前變電站直流系統(tǒng)通過多只數(shù)量鉛酸蓄電池串聯(lián)組成。有以下問題：無法通過更換單體電池解決直流系統(tǒng)容量不足情況；蓄電池組中任意一組蓄電池損壞，都將導(dǎo)致整個蓄電池組無法正常工作；無法實現(xiàn)在線核容，導(dǎo)致變電站直流系統(tǒng)維護人員工作繁重；質(zhì)量最差的一只蓄電池決定了蓄電池組的可靠性。

1 分布式并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)簡介

并聯(lián)型直流電源系統(tǒng)組成包括若干并聯(lián)電池組件、均流線、直流母線、直流饋線開關(guān)、蓄電池巡檢裝置、直流監(jiān)控等。

通過將單只12V蓄電池（或6只2V蓄電池串聯(lián)），與匹配的AC/DC、DC/DC電路及蓄電池充放電管理電路集成，設(shè)計為“間接并聯(lián)智能電池組件”，多個電池組件通過并聯(lián)形成并聯(lián)電池系統(tǒng)。系統(tǒng)蓄電池隔離配置，可實現(xiàn)新舊電池混用。

并聯(lián)電池直流電源系統(tǒng)優(yōu)點有：蓄電池和并聯(lián)電池組件一一對應(yīng)，系統(tǒng)中各蓄電池之間相互獨立，無直接聯(lián)系，直流系統(tǒng)性能不再受制于單個蓄電池模塊影響；并聯(lián)電池組件采用插拔式接頭，支持帶電熱插拔；系統(tǒng)采用N+M備份方式，一個并聯(lián)電池組件退出系統(tǒng)對系統(tǒng)供電無影響；可根據(jù)變電站負荷需求情況擴充并聯(lián)模塊，擴容無需停電[1-2]。

分布式并聯(lián)智能電源系統(tǒng)是根據(jù)需要，在負荷附近分別布置蓄電池組，可減少直流饋線電纜，提高絕緣可靠性。同時將集中布置方式下的直流系統(tǒng)斷路器（熔斷器）的4級級差配合方式簡化為2級配合，優(yōu)化了直流空開的選型。

2 案例應(yīng)用

假設(shè)某220kV變電站為全戶內(nèi)變電站，直流負荷有：二次設(shè)備室及配電室區(qū)內(nèi)設(shè)備（含UPS）本期6.038kw，終期6.668kw；通信設(shè)備本期2.8kw，終期4kw；220kVGIS區(qū)設(shè)備本期3.592kw，終期4.992kw；110kVGIS區(qū)設(shè)備本期1.572kw，終期2.102kw。

考慮2種方案：方案一，全站配置1套并聯(lián)智能電源系統(tǒng)；方案二，全站配置2套并聯(lián)智能電源系統(tǒng)，即二次設(shè)備室配置1套，供二次設(shè)備室設(shè)備及配電室設(shè)備使用，GIS室配置1套，供GIS設(shè)備使用。

2.1 方案一計算過程

（1）電源組件數(shù)量選擇。

a.需求容量：

本期 P1=Pj-Ps=6.038+2.8+3.592+1.572-0=14.002（kW）；

終期 P1’=6.668+4+4.992+2.102-0=17.762（kW）。

其中：Pj為直流負荷計算容量；Ps為隨機或沖擊負荷。（考慮到充電模塊具備短時耐受Ie的2倍，故不考慮隨機或沖擊負荷的電流。）

b.組件數(shù)量：

本期：N=P1÷Pmax÷Ka=14.002×103÷500÷0.8=35.005；

終期 N’=17.762×103÷500÷0.8=44.405。

其中：Pmax為組件輸出最大功率；Ka=80%，每組12V蓄電池模塊功率500W，出于組件安全余量的考慮，建議每個組件工作在80%負荷以下。當組件數(shù)量N＞7時，組數(shù)按N+2考慮。

組件數(shù)量：本期36+2=38（臺），終期45+2=47（臺），共配置2組。

（2）蓄電池容量選擇。

單個蓄電池放電電流：

本期：

Is=(P1÷N÷η)÷U=(14.002×103÷38÷0.85)÷12=36.12（A）；

終期 Is’=(17.762×103÷47÷0.85)÷12=37.1（A）

其中：P1為直流負荷實際容量；N為直流系統(tǒng)選擇組件數(shù)量；η為電池的放電效率，取值0.85；U為蓄電池額定電壓，取值12V。

220kV變電站蓄電池電時間按照2個小時考慮，末期放電電壓取1.87V，則蓄電池容量：

本期：

Cc=Krel×(Is÷KC)=1.4×(36.12÷0.399)=126.7(Ah)；

終期：

Cc’=Krel×(Is÷KC)=1.4×(37.1÷0.399)=130.2(Ah)。

其中：Krel為可靠系數(shù)，取1.40；KC為容量換算系數(shù)，選擇為0.399。

蓄電池容量為150Ah。

其余方案不再一一計算，直接給出結(jié)果。

方案一：2組并聯(lián)電池組件，每組47個（本期38個）并聯(lián)電池組件，每個組件蓄電池規(guī)格為12V/150Ah，并聯(lián)電池組件柜12面，饋線柜4面，UPS柜2面，DC/DC柜2面，放置在二次設(shè)備室。

方案二：2組并聯(lián)電池組件，每組29個（本期25個）并聯(lián)電池組件，每個組件蓄電池規(guī)格為12V/150Ah，并聯(lián)電池組件柜8面，饋線柜2面，DC/DC柜2面，UPS柜2面，放置在二次設(shè)備室；2組并聯(lián)電池組件，每組20個（本期15個）并聯(lián)電池組件，每個組件蓄電池規(guī)格為12V/150Ah，并聯(lián)電池組件柜6面，饋線2面，放置在GIS室。

2.2 方案比較

不考慮通信電源及UPS,方案一共94個蓄電池及并聯(lián)模塊，蓄電池柜12面；饋線柜4面，約87.12萬元；方案二共98個蓄電池及并聯(lián)模塊，蓄電池柜14面；饋線柜4面，約92.4萬元。

2種方案優(yōu)缺點：方案一運維便利性高，對負荷分散布置適應(yīng)性較低，造價低；方案二運維便利性較低，對負荷分散布置適應(yīng)性較高，造價較高；結(jié)合本工程實際，方案二可以減少對二次設(shè)備室屏柜需求，充分利用GIS室空間，同時造價、運維等因素，推薦采用方案二。

3 結(jié)語

近幾年磷酸鐵鋰蓄電池憑借其超長壽命、使用安全、綠色環(huán)保無記憶效應(yīng)、體積小質(zhì)量輕等優(yōu)點在變電站中逐漸推廣，建議下一步研究磷酸鐵鋰蓄電池的應(yīng)用。