交直流一體化電源在110 kV變電站中的應(yīng)用

李征

摘要：在我們國家不斷繁榮發(fā)展的今天，作為新型變電站能源系統(tǒng)的智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)，是在系統(tǒng)性整合交流與直流電源的基礎(chǔ)上形成的交直流一體化電源系統(tǒng)，有助于智能變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)。以傳統(tǒng)110kV變電站電源系統(tǒng)為基礎(chǔ)通過創(chuàng)新發(fā)展而形成的交直流一體化電源系統(tǒng)，有著更合理的結(jié)構(gòu)、更先進(jìn)的技術(shù)、更方便的運(yùn)行維護(hù)。建設(shè)并投產(chǎn)的數(shù)字化變電站相繼增加，加上全面建設(shè)的全國智能變電站試點(diǎn)項(xiàng)目，傳統(tǒng)變電站電源系統(tǒng)正在被交直流一體化電源系統(tǒng)取代，110kV變電站電源管理水平將會實(shí)現(xiàn)巨大提升。

關(guān)鍵詞：交直流;一體化;電源;110kV變電站;應(yīng)用

引言

隨著社會的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，110kV變電站由于其具有一定的安全性、有效性、自動化與智能化水平相對較高等優(yōu)勢，在不斷提升變電站電源系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量與建設(shè)水平中具有不可或缺的作用，推動了交直流一體化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展與完善。

關(guān)鍵詞：交直流一體化電源;110 kV變電站;應(yīng)用

1交直流一體化電源簡介

交直流一體化電源系統(tǒng)采用智能模塊化設(shè)計(jì)，將交流直流電源、U P S、通信電源、事故照明等裝置進(jìn)行一體化組合設(shè)計(jì)，共同使用直流系統(tǒng)的蓄電池組;微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一對成套設(shè)備的各種模擬和開關(guān)信號監(jiān)控，總監(jiān)控單元實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一狀態(tài)顯示和故障處理，能夠依據(jù)蓄電池組的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)均、浮充狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到蓄電池智能管理的目的。該組合方式是以直流電源為核心，因此本文重點(diǎn)介紹了直流裝置與蓄電池的施工質(zhì)量控制。110 kV 變電站中使用交直流一體化電源系統(tǒng)是對變電站工作方式的一種創(chuàng)新，也是響應(yīng)時代需求使電力系統(tǒng)重新煥發(fā)生機(jī)的手段。這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用實(shí)例較少。110 kV 變電站是一體化電源系統(tǒng)發(fā)展的開端。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將逐漸拓展到更高級別的變電站中。交直流一體化電源技術(shù)來源于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)技術(shù)，但又利用創(chuàng)新性理念對原有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使其成為當(dāng)下的熱門，同時也成為我國電力系統(tǒng)改革與創(chuàng)新的指導(dǎo)因素之一。雖然目前交直流一體化電源系統(tǒng)沒有得到廣泛應(yīng)用，但發(fā)展前景值得期待。就目前發(fā)展及使用狀況來看，交直流一體化電源系統(tǒng)存在一些問題，如技術(shù)發(fā)展程度不高、普及率較低以及國家電網(wǎng)利用傳統(tǒng)技術(shù)的理念較為深厚等。隨著研究的不斷深入推進(jìn)，交直流一體化電源系統(tǒng)必將占據(jù)我國電力系統(tǒng)的重要位置。

2交直流一體化電源在110 kV變電站中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1節(jié)約資源、優(yōu)化配置

將直流電源蓄電池組、UPS蓄電池組、通信蓄電池組合并為1組蓄電池，進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，合理組屏布置，減少重復(fù)配置、節(jié)約占地空間，并對改善環(huán)境質(zhì)量具有積極的作用。

2.2監(jiān)控裝置

監(jiān)控裝置實(shí)時監(jiān)控各個子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，綜合分析各種數(shù)據(jù)和信息，對整個系統(tǒng)實(shí)施控制和管理。監(jiān)控裝置包括交流電源監(jiān)測模塊、直流饋線監(jiān)測模塊、直流電壓監(jiān)測模塊、直流絕緣監(jiān)測模塊、蓄電池管理單元、UPS控制模塊、通信電源監(jiān)測模塊。監(jiān)控裝置作為一體化電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理單元，能夠同時監(jiān)控交流電源、直流電源、UPS電源和通信電源等設(shè)備。對上與110 kV變電站站控系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)站控系統(tǒng)對一體化電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理;對下與各子系統(tǒng)監(jiān)控模塊通信，實(shí)現(xiàn)一體化電源系統(tǒng)的綜合監(jiān)視和集中管理。

2.3便于統(tǒng)一管理

交直流一體化電源系統(tǒng)在運(yùn)用中有一個突出特點(diǎn)，即減輕了管理人員的工作量。傳統(tǒng)110 kV變電站中，不同電流需要利用不同技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行管理。因此，工作人員在管理不同設(shè)備時，要分別具有四種設(shè)備的基礎(chǔ)管理知識及工作經(jīng)驗(yàn)。無論是日常檢查，還是維護(hù)與檢修，都是四份任務(wù)量，使得110 kV變電站的管理工作異常繁瑣。利用交直流一體化電源系統(tǒng)進(jìn)行管理，不僅能減少工作人員的工作量，也能降低管理人員的工作難度。一體化設(shè)備可以清除了解各個設(shè)備的具體運(yùn)行狀況，不需要從四個方面共同考慮。高新技術(shù)管理人員可以通過圖形界面了解多個系統(tǒng)的具體運(yùn)行信息。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，相關(guān)人員可輕易確定故障方位和故障類型。針對不同的電源子系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)開展智能控制可保障具體運(yùn)行的穩(wěn)定性。統(tǒng)一管理是電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，是我國電力事業(yè)朝高科技方向運(yùn)行的必然結(jié)果。

2.4語言統(tǒng)一，開放式系統(tǒng)

所有子系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采用統(tǒng)一的信息模型及程序語言，通過以太網(wǎng)接口、IEC61850規(guī)約與上位機(jī)系統(tǒng)通信，對于不同制造商的智能設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)互換、互操作，站用電源系統(tǒng)成為語言統(tǒng)一的開放式系統(tǒng)。

3交直流一體化電源在110 kV變電站中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1DC/DC電源脫口問題

DC/DC模塊是一種將固定的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊闹绷麟妷旱脑骷纸凶鲋绷鲾夭ㄆ?。這種技術(shù)在變電站、地鐵列車以及電動車中具有十分廣泛的應(yīng)用。在DC/DC應(yīng)用中，交直流一體化電源系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的利用蓄電池組進(jìn)行通信電源供電的方式，采取了DC/DC變換控制器。使用中也會發(fā)生一些故障阻礙變電站運(yùn)行，如DC/DC電源故障產(chǎn)生負(fù)載短路，進(jìn)而引發(fā)DC/DC模塊輸出裝置自帶電路放電，致使DC/DC整體模塊控制無法發(fā)揮原有作用，使通信直流母線失壓。這種故障是由模塊自身與系統(tǒng)運(yùn)行誤差和外部原因?qū)е碌摹ｋ娏鳟a(chǎn)生交流失電現(xiàn)象時，會由直流操作電源中的蓄電池組保障控制器與變換器進(jìn)行電流輸入。但是，這種方式在實(shí)踐運(yùn)行中存在一些缺點(diǎn)，即在利用DC/DC變換器進(jìn)行電流輸出時，會在電流輸出方面受到物理限制，進(jìn)而引發(fā)相關(guān)的通信負(fù)載問題。DC/DC變換器電流輸出能力是有一定范圍的，所以很難在任何情況下都實(shí)現(xiàn)足量的電流輸出。變電站電力系統(tǒng)在通信裝置上需要雙路切換供電，但DC/DC變換器無法實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致模塊脫扣。最有效的解決措施是利用通信負(fù)載支路串饋線保護(hù)模塊，原理即利用功率較大的器件作為開關(guān)，檢測電路中通過的電流，當(dāng)發(fā)生短路現(xiàn)象或負(fù)載現(xiàn)象時，通過器件跳閘防止整個電力系統(tǒng)遭受破壞。

3.2接地隔離問題

交流電源系統(tǒng)為接地系統(tǒng)，而直流電源系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，通信電源系統(tǒng)則必須采用聯(lián)合接地和等電位接地以保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以現(xiàn)場安裝調(diào)試時，必須注意接地系統(tǒng)與非接地系統(tǒng)之間的有效隔離，系統(tǒng)饋線回路應(yīng)相互獨(dú)立，避免交流匯入直流而造成繼電保護(hù)或斷路器拒動或誤動的事故發(fā)生。

3.3蓄電池容量選擇問題

選擇合適的蓄電池容量，是保障整體電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。蓄電池容量的選擇要遵循交直流一體化電源系統(tǒng)2小時事故放電時間原則，這在國家電網(wǎng)有關(guān)文件中被明確提出。在《國家電網(wǎng)公司2011年新建變電站設(shè)計(jì)補(bǔ)充規(guī)定》當(dāng)，針對交直流一體化電源系統(tǒng)中的蓄電池容量進(jìn)行了明確規(guī)定，目的是將變電站運(yùn)行成本和安全性控制在合理范圍內(nèi)。在部分較偏遠(yuǎn)地區(qū)，變電站的蓄電池容量需要按照4小時事故放電時間進(jìn)行計(jì)算。不同變電站中，站用直流電源和通信電源在后備運(yùn)行上存在一定區(qū)別，一定程度上導(dǎo)致成本的浪費(fèi)。因此，針對這一缺點(diǎn)將110 kV電源系統(tǒng)變電站中二者的放電時間統(tǒng)一規(guī)定為2小時。這在一定程度上緩解了通信電源后備時間對直流蓄電池容量造成的影響。蓄電池容量的選擇要滿足國家規(guī)定，并結(jié)合實(shí)際交直流一體化電源系統(tǒng)需求，對110 kV變電站蓄電池容量做出最合理的選擇，從而在控制成本的前提下保障變電站的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

3.4直流部分交流進(jìn)線模塊化

一體化電源系統(tǒng)直流部分交流進(jìn)線電源有兩路交流電源，交流監(jiān)控單元檢測兩路交流電源供電質(zhì)量，通過交流接觸器實(shí)現(xiàn)兩路電源的自動投切，選擇正常交流電源供電，以保證直流電源交流供電的可靠性。直流系統(tǒng)交流進(jìn)線部分主要構(gòu)成器件：交流進(jìn)線斷路器、交流防雷器、交流監(jiān)控器、直流總監(jiān)控、交流接觸器、指示燈、端子。各個器件作為一個個體存在，型號選擇、安裝方案因人而異千差萬別，但是部分器件也是一體化電源必備器件，可作為一個整體設(shè)計(jì)為成模塊。將斷路器、接觸器、防雷器、交流監(jiān)控等器件集成為一個模塊，作為一個標(biāo)準(zhǔn)化的模塊。

結(jié)語

110 kV變電站采用的交直流一體化電源是對傳統(tǒng)站用電源設(shè)計(jì)和管理模式的繼承和創(chuàng)新，符合技術(shù)導(dǎo)則中要求的“結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)維方便”的技術(shù)發(fā)展路線，它的體系機(jī)構(gòu)和深層次應(yīng)用開發(fā)還有很大的空間，110 kV變電站交直流一體化電源施工質(zhì)量控制和驗(yàn)收項(xiàng)目也是施工質(zhì)量的動態(tài)管理過程，需要更新，也需要不斷探索和嘗試。

參考文獻(xiàn)：

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