變電站直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化及關(guān)鍵問題研究

賀文科

摘要：本文主要對(duì)變電站直流系統(tǒng)當(dāng)前存在的最大問題，也就是其保護(hù)電器級(jí)差配合方面進(jìn)行研究，首先研究了它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后對(duì)三類直流系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)相關(guān)方案進(jìn)行了深入分析，由此提出了一個(gè)優(yōu)化方案，那就是將設(shè)備室里的直流分電屏取消。針對(duì)三、四級(jí)直流斷路器級(jí)差配合問題，從配合必要性角度出發(fā)，提出在關(guān)聯(lián)型負(fù)荷共同組屏?xí)r，可不必實(shí)現(xiàn)級(jí)差配合的理念。最終本文找到了兩種關(guān)于直流系統(tǒng)的最優(yōu)配置方案。

關(guān)鍵詞：變電站;直流系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì);級(jí)差配合

1 220kV 變電站直流配置方案及比較

1.1 三種配置方案

方案一：全站配置直流蓄電池，數(shù)量為兩組，出口則選用熔斷器。另外還有直流饋線屏，數(shù)量為兩面。在設(shè)備室中，配置直流分電屏（220千瓦），數(shù)量為兩面，直流分電屏（110千瓦），數(shù)量為一面。在地面，配置直流分電屏（220千瓦），數(shù)量為兩面，直流分電屏（110千瓦），數(shù)量為一面。其中的主變低壓側(cè)開關(guān)柜并不進(jìn)行直流分電屏的配置，選用的供電方式為直流小母線供電。在配置中的直流分電屏，每一面都設(shè)有專門的直流母線，數(shù)量為兩段，如果是設(shè)置在戶外的變電站，那么它的直流分電屏每一面都設(shè)有專門的直流母線，數(shù)量為一段。按照我國(guó)的《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5044-2014）（以下都簡(jiǎn)稱為《規(guī)程》），中的規(guī)定，母線的供電方式是2回直流電源進(jìn)行供電，它們是源于一個(gè)蓄電池組的。

方案二：全站配置直流蓄電池，數(shù)量為兩組，出口則選用熔斷器。另外還有直流饋線屏，數(shù)量為兩面。在設(shè)備室中，配置直流分電屏（220千瓦），數(shù)量為兩面，直流分電屏（110千瓦），數(shù)量為兩面，將就地直流分電屏取消。在配置中的直流分電屏，每一面都設(shè)有專門的直流母線，數(shù)量為兩段。

方案三：全站配置直流蓄電池，數(shù)量為兩組，出口則選用熔斷器。另外還有直流饋線屏，數(shù)量為四面，取消直流分電屏。

1.2優(yōu)缺點(diǎn)分析

前兩種方案中，第一種應(yīng)用最為頻繁。它的優(yōu)點(diǎn)主要是能夠節(jié)約電纜，它的缺點(diǎn)主要是工程造價(jià)很高。而且因?yàn)橹绷黟伨€屏和分電屏距離不遠(yuǎn)，因此饋線屏的斷路器很容易出現(xiàn)越級(jí)跳閘問題。而另一種方案和前一種相比，要少直流分電屏兩面。由于必須從設(shè)備室進(jìn)行直流電源的引接工作，因此會(huì)導(dǎo)致二次電纜的用量增加。另外，方案二中饋線屏的斷路器也很容易出現(xiàn)越級(jí)跳閘問題，且容易造成更嚴(yán)重的后果。第三種方案取消了直流分電屏，在變電站的級(jí)差配置方面，由四級(jí)變成了三級(jí)，這對(duì)于級(jí)差配合是極為有利的。然而這種方案的缺點(diǎn)在于在它的直流饋線屏里，接線情況極為復(fù)雜，如果出現(xiàn)越級(jí)跳閘問題，整個(gè)直流系統(tǒng)都會(huì)停電。而且它的接線方式和我國(guó)規(guī)定的超過66千瓦時(shí)必須進(jìn)行分電屏的設(shè)置這一規(guī)定，因此并不推薦。

2 直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題分析

2.1 二、三級(jí)直流斷路器的級(jí)差配合

此處指兩類斷路器的級(jí)差配合，一是直流分電屏（設(shè)備室中）;二是直流饋線屏。因?yàn)橥ǔＦ蠊芸葡滤麄兊碾娎|不長(zhǎng)，所以當(dāng)分電屏的出口出現(xiàn)短路問題的時(shí)候，就很容易出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

如果在選擇第二類斷路器的時(shí)候，使用的是三段式的，那么它的瞬時(shí)脫扣電流能夠達(dá)到。這個(gè)時(shí)候，只有它的額定電流超過250安的時(shí)候，才能夠完成級(jí)差配合。而要達(dá)到這個(gè)電流值，斷路器的尺寸會(huì)很大，從而導(dǎo)致直流饋線屏的更多空間被占據(jù)，這會(huì)影響到上一級(jí)蓄電池熔斷器的型號(hào)選擇。按照《規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，通常情況下，如果第二類斷路器的額定電流最大值為a，那么熔斷器的額定電流就應(yīng)該是2a到3a。在實(shí)際情況中，通常會(huì)設(shè)定為3a，也就是說當(dāng)它的額定電流超過250安的時(shí)候，熔斷器的額定電流超過750安，這不但于保護(hù)電器靈敏性無益，而且導(dǎo)致工程造價(jià)提升。

在已經(jīng)投入使用的變電站里，二、三級(jí)直流斷路器存在極大運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗募?jí)差配合存在問題。要想解決這個(gè)問題，必須優(yōu)化以往直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，必須將直流分電屏取消，如此就能夠避免此類斷路器出現(xiàn)越級(jí)誤動(dòng)現(xiàn)象。直流分電屏的短路電流通常情況喜下需要達(dá)到1500安，要想實(shí)現(xiàn)級(jí)差配合，直流斷路器需要選擇三段式形式的，額定電流需要達(dá)到100安。

2.2 三、四級(jí)微型直流斷路器的級(jí)差配合

如今在變電站里，通常使用微型直流斷路器，它是二段式的。當(dāng)最后一級(jí)直流系統(tǒng)出現(xiàn)問題之時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

分析三、四級(jí)的微型直流斷路器，要想解決其級(jí)差配合方面的問題，必須根據(jù)實(shí)際情況展開分析。觀察它屏柜里的二次設(shè)備的負(fù)荷，如果是非關(guān)聯(lián)型的，就一定要確保上下級(jí)的直流斷路器擁有動(dòng)作選擇性，如果是關(guān)聯(lián)型的，那么便可以將要求適當(dāng)放寬。

當(dāng)實(shí)際工程允許的前提下，可以將上級(jí)直流斷路器設(shè)置為三段式形式或者塑殼形式。

2.3 三段式直流斷路器的可靠性問題

對(duì)于當(dāng)前電力系統(tǒng)中所采用的三段式直流斷路器，其短延時(shí)功能均采用電子電路實(shí)現(xiàn)。電子電路一般采用電解電容元件做儲(chǔ)能和延時(shí)用，且從成本考慮，大多采用鋁電解電容。鋁電解電容在使用時(shí)存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

1）電解液泄露：電解液的泄露會(huì)造成電容的失效，不能達(dá)到儲(chǔ)能及延時(shí)的作用，同時(shí)電解液還可能腐蝕電路板。

2）高溫運(yùn)行下壽命縮短：溫度每升高10℃，鋁電解電池的壽命縮短一半。

基于以上兩點(diǎn)原因，在使用三段式直流斷路器的變電站，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)直流系統(tǒng)的巡視與檢測(cè)，保證直流斷路器在事故發(fā)生時(shí)能夠正常動(dòng)作。

為解決三段式直流斷路器在應(yīng)用中存在的各種問題，已有廠家開發(fā)出基于電磁式的具有短 延時(shí)特性的直流斷路器。短路短延時(shí)采用電磁方式，既克服了電子元件的缺陷，提升了直流斷路器的可靠性，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)下級(jí)直流斷路器的級(jí)差配合。

3 直流系統(tǒng)優(yōu)化配置方案

通過分析發(fā)現(xiàn)，按照變電站的布置形式，最終本文找到了兩種關(guān)于直流系統(tǒng)的最優(yōu)配置方案。

3.1 總體方案介紹

首先，將設(shè)備室里的直流分電屏取消，用饋線屏給直流負(fù)荷供電。

其次，在地面，配置直流分電屏（220千瓦），數(shù)量為兩面，直流分電屏（110千瓦），數(shù)量為一面。

接著，如果是設(shè)置在戶外的變電站，那么它的直流分電屏每一面都設(shè)有專門的直流母線，數(shù)量為一段;如果變電站不屬于戶外，那么設(shè)置的直流母線數(shù)量則為兩段。

最后，在組屏方案上，觀察它屏柜里的二次設(shè)備的負(fù)荷，如果是關(guān)聯(lián)型，那么可以將上級(jí)直流斷路器設(shè)置為三段式形式。

3.2 戶內(nèi)（半戶內(nèi)）變電站直流系統(tǒng)配置方案

這類變電站，因?yàn)樗臏y(cè)控裝置等都在智能控制柜中，因此和戶外變電站相比，它的二次負(fù)荷更少。

在設(shè)備室里，它的直流負(fù)荷由三部分構(gòu)成，一是主變保護(hù)裝置;二是站內(nèi)控層設(shè)施;三是主變測(cè)控裝置。在它的站控層里，如果二次設(shè)備使用的直流母線電源來自于一個(gè)組，那么它就是關(guān)聯(lián)型的。此時(shí)可以將上級(jí)直流斷路器設(shè)置為二段式形式。如果當(dāng)它的二次設(shè)備失電的時(shí)候，主變保護(hù)裝置沒有受到影響，那么它就是非關(guān)聯(lián)型的，此時(shí)可以將上級(jí)直流斷路器設(shè)置為三段式形式。

4 結(jié)論

綜上所述，本文主要對(duì)變電站直流系統(tǒng)當(dāng)前存在的最大問題，也就是其保護(hù)電器級(jí)差配合方面進(jìn)行研究，找到了直流斷電器的相關(guān)優(yōu)化方案，不論從技術(shù)角度看，還是從經(jīng)濟(jì)角度看，推廣價(jià)值都很高。如果從設(shè)計(jì)方面觀察，需要注意三點(diǎn)事項(xiàng)。

一是必須合理選擇低壓電力的電纜截面。

二是在選擇微型直流斷路器的時(shí)候，最好選用較為成熟的產(chǎn)品。

三是當(dāng)使用的直流斷路器是三段式形式時(shí)，短延時(shí)時(shí)限二級(jí)是，三級(jí)是。

參考文獻(xiàn)：

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（作者身份證號(hào)碼：430502199208082019）