500 kV永圣域變電站直流系統(tǒng)改造方案探討

李永振，任 俊，商 聰

(內(nèi)蒙古超高壓供電局，呼和浩特 010080)

0 引 言

在變電站中直流系統(tǒng)的重要性不言而喻，其為繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、測(cè)控裝置、事故照明、UPS等設(shè)備提供可靠的電源供應(yīng)。因直流系統(tǒng)故障造成變電站(發(fā)電廠)停電的事故屢見(jiàn)不鮮[1-2]，由于其重要性，在改造過(guò)程中應(yīng)遵循直流系統(tǒng)不停電的原則，相關(guān)的保護(hù)等二次裝置不能失電。500 kV永圣域變電站投產(chǎn)于2001年，是內(nèi)蒙電網(wǎng)西電東送的重要樞紐變電站，變電站共有500 kV保護(hù)小室、主變及無(wú)功保護(hù)小室、220 kV 1號(hào)保護(hù)小室和220 kV 2號(hào)保護(hù)小室4個(gè)。直流系統(tǒng)在500 kV保護(hù)小室，采用2套充電裝置、2組蓄電池組的供電方式，無(wú)3號(hào)備用充電機(jī)，且500 kV保護(hù)小室采用直流小母線方式供電，不符合“十八項(xiàng)反措”[3]中“330 kV及以上電壓等級(jí)變電站應(yīng)采用3套充電裝置、2組蓄電池組的供電方式”“直流電源系統(tǒng)饋出網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用集中輻射或分層輻射供電方式，嚴(yán)禁采用環(huán)狀供電方式”的要求、規(guī)定。

紀(jì)可可等[4]通過(guò)組建臨時(shí)直流系統(tǒng)的方式對(duì)二灘水電站老化的一副直流系統(tǒng)進(jìn)行改造，李健等[5]基于直流系統(tǒng)不停電的方式對(duì)500 kV王店變電站直流系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文基于永圣域變電站存在的問(wèn)題和特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況提出如下的改造方案。

1 直流系統(tǒng)改造前運(yùn)行方式

500 kV永圣域變電站直流系統(tǒng)改造工程前運(yùn)行方式：1號(hào)充電機(jī)與1組蓄電池組運(yùn)行于I段直流母線上，2號(hào)充電機(jī)與2組蓄電池組運(yùn)行于II段直流母線上，無(wú)3號(hào)備用充電機(jī)。改造前直流系統(tǒng)接線方式如圖1所示。

圖1 改造前直流系統(tǒng)接線方式簡(jiǎn)圖

其中，1ZK為1組充電機(jī)輸出投向1組蓄電池開(kāi)關(guān)/1組充電機(jī)輸出投向I段母線開(kāi)關(guān)；3ZK為I段母線進(jìn)線投向II段母線開(kāi)關(guān)；5ZK為1組蓄電池放電開(kāi)關(guān)；2ZK為2組充電機(jī)輸出投向2組蓄電池組開(kāi)關(guān)/2組充電機(jī)輸出投向II段母線開(kāi)關(guān)；4ZK為II段母線進(jìn)線投向I段母線開(kāi)關(guān)；6ZK為2組蓄電池組放電開(kāi)關(guān)。1ZK、3ZK、5ZK安裝在1號(hào)直流聯(lián)絡(luò)屏，2ZK、4ZK、6ZK安裝在2號(hào)直流聯(lián)絡(luò)屏。

永圣域變電站直流系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1)有1號(hào)直流聯(lián)絡(luò)屏和2號(hào)直流聯(lián)絡(luò)屏2個(gè)聯(lián)絡(luò)屏，兩者之間連線全部通過(guò)電纜連接，屏位分布如表1所示。

2)無(wú)3號(hào)備用充電機(jī)。

3)1號(hào)充電機(jī)、2號(hào)充電機(jī)整流輸出經(jīng)本充電機(jī)屏端子轉(zhuǎn)接分別上1號(hào)直流聯(lián)絡(luò)屏、2號(hào)直流聯(lián)絡(luò)屏母排，再由1、2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏經(jīng)把手轉(zhuǎn)接至2號(hào)饋線屏(I段總饋線屏)和4號(hào)饋線屏(II段總饋線屏)，其余各小室直流I、II段分別引至2號(hào)饋線屏、4號(hào)饋線屏。

4)4號(hào)饋線屏備用空開(kāi)位置較2號(hào)饋線屏多。

基于以上特點(diǎn)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，確定1、2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏及1號(hào)充電機(jī)同時(shí)進(jìn)行更換，具體方案如下。

2 直流系統(tǒng)改造方案

2.1 對(duì)直流系統(tǒng)1號(hào)聯(lián)絡(luò)屏(17A)、直流系統(tǒng)2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏(16A)、直流系統(tǒng)1號(hào)充電機(jī)屏(18A)進(jìn)行更換

1)將直流系統(tǒng)2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏4ZK把手切換至II段母線進(jìn)線投向I段母線位置，實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)I、II段母線的并列。

2)將臨時(shí)電纜兩端分別接至2號(hào)饋線屏、4號(hào)饋線屏備用空開(kāi)，兩備用空開(kāi)均置于合位，實(shí)現(xiàn)直流I、II段母線的互聯(lián)。

3)在直流系統(tǒng)2號(hào)充電機(jī)屏端子排拆除整流輸出至2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏電纜，并用臨時(shí)電纜接線至4號(hào)饋線屏備用空開(kāi)，將空開(kāi)置于合位，經(jīng)空開(kāi)上II段母線，為II段母線提供電源，實(shí)現(xiàn)2號(hào)充電機(jī)與2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏的隔離。

表1 直流系統(tǒng)改造前后屏位對(duì)照表Table 1 Comparison of screen position before and after DC system transformation

4)在2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏端子排拆除至2組蓄電池組直流線，并將至2組蓄電池組直流線轉(zhuǎn)接4號(hào)饋線屏備用空開(kāi)上直流II段母線，使得II段母線保持正常運(yùn)行方式(直流II段母線正常運(yùn)行，I段負(fù)荷由II段帶)。

5)在1號(hào)聯(lián)絡(luò)屏端子排拆除至1組蓄電池直流線，并做好絕緣措施。

6)在1號(hào)充電機(jī)屏端子排拆除整流輸出至1號(hào)聯(lián)絡(luò)屏電纜，并做好絕緣措施，380 V配電室斷開(kāi)1號(hào)充電機(jī)兩路交流進(jìn)線電源，在1號(hào)充電機(jī)屏端子排拆除2組交流進(jìn)線，拆除1號(hào)聯(lián)絡(luò)屏、2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏、1號(hào)充電機(jī)屏(1號(hào)聯(lián)絡(luò)屏、2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏還有分別去2號(hào)饋線屏母排、4號(hào)饋線屏母排直流電纜帶電，拆除時(shí)應(yīng)注意，拆后做好絕緣措施，電纜利舊)，在原1號(hào)充電機(jī)屏、1號(hào)聯(lián)絡(luò)屏、2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏位置分別對(duì)應(yīng)安裝新1號(hào)充電機(jī)屏、新直流聯(lián)絡(luò)屏、3號(hào)充電機(jī)屏，按照新直流系統(tǒng)原理圖，如圖2所示，完成這三面屏的屏間接線工作。

其中，1QF3為1組充電機(jī)整流輸出開(kāi)關(guān)；2QF3為2組充電機(jī)整流輸出開(kāi)關(guān)；3QF3為3組充電機(jī)整流輸出至直流I段開(kāi)關(guān)；3QF5為3組充電機(jī)整流輸出至直流II段開(kāi)關(guān)；QS為母聯(lián)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)；1QS為1組蓄電池組輸出開(kāi)關(guān)；2QS為2組蓄電池組輸出開(kāi)關(guān)；1QF4為1組蓄電池組放電開(kāi)關(guān)；2QF4為2組蓄電池組放電開(kāi)關(guān)。

7)將原1號(hào)充電機(jī)的1、2路交流電源分別接入新1號(hào)充電機(jī)的端子，并進(jìn)行核對(duì)工作，測(cè)試交流電源雙路自投功能是否正常，打開(kāi)充電機(jī)，切換直流輸出把手1QF3置1，再次確認(rèn)直流輸出母排電壓、正負(fù)極是否正確，并確認(rèn)至新直流聯(lián)絡(luò)屏處直流線的正確性，測(cè)試母聯(lián)開(kāi)關(guān)QS、蓄電池輸出開(kāi)關(guān)1QS及2QS、蓄電池放電開(kāi)關(guān)1QF4及2QF4下口輸出電壓是否正確，把1QF3、QS、1QS、2QS、1QF4、2QF4置0。

8)將由380 V配電室引入的兩路交流電源分別接入3號(hào)充電機(jī)的交流進(jìn)線端子，并進(jìn)行接線核對(duì)工作，測(cè)試交流電源雙路自投功能是否正常，打開(kāi)充電機(jī)，分別將直流輸出把手3QF3、3QF5置1，確認(rèn)直流輸出母排電壓、正負(fù)極是否正確，并確認(rèn)至新直流聯(lián)絡(luò)屏處直流線的正確性，切換直流輸出把手3QF3、3QF5置0。

9)將原1號(hào)聯(lián)絡(luò)屏至2號(hào)饋線屏直流電纜接到新1號(hào)充電機(jī)直流母排(核對(duì)好正負(fù)極)，切換直流輸出把手1QF3置1，將1組蓄電池線直流電纜正、負(fù)極接到新直流聯(lián)絡(luò)屏端子，蓄電池輸出開(kāi)關(guān)1QS置1，再次確認(rèn)新1號(hào)充電機(jī)輸出電壓正常，將4號(hào)饋線屏至2號(hào)饋線屏之間的臨時(shí)直流聯(lián)絡(luò)線所接空開(kāi)置于分位再拆除，觀察I段母線電壓是否正常，利用新1號(hào)充電屏帶I段直流負(fù)荷及1組蓄電池運(yùn)行，試運(yùn)行24 h，運(yùn)行人員密切觀察充電機(jī)輸出及系統(tǒng)電壓情況，并做好監(jiān)測(cè)記錄(I段母線恢復(fù)正常運(yùn)行方式)。

2.2 對(duì)直流系統(tǒng)2號(hào)充電機(jī)屏(15A)進(jìn)行更換

1)在新直流聯(lián)絡(luò)屏接臨時(shí)直流電纜至4號(hào)饋線屏備用空開(kāi)，切換直流輸出把手3QF5置1，先將2組蓄電池組線至4號(hào)饋線屏備用空開(kāi)斷開(kāi)，再拆除2組蓄電池組線并轉(zhuǎn)接到新直流聯(lián)絡(luò)屏端子處，將蓄電池輸出開(kāi)關(guān)2QS置1，再次確認(rèn)新3號(hào)充電機(jī)輸出電壓正常，將2號(hào)充電機(jī)屏至4號(hào)饋線屏臨時(shí)電纜接線所接備用空開(kāi)斷開(kāi)，再將臨時(shí)電纜拆除，利用3號(hào)充電屏帶II段直流負(fù)荷及2組蓄電池組運(yùn)行，試運(yùn)行24 h，運(yùn)行人員密切觀察充電機(jī)輸出及系統(tǒng)電壓情況，并做好監(jiān)測(cè)記錄(3號(hào)充電機(jī)帶II段負(fù)荷、2組蓄電池組)。

2)在380 V配電室分別斷開(kāi)2號(hào)直流充電機(jī)電源2、2號(hào)直流充電機(jī)電源1，并確認(rèn)交流確實(shí)已斷開(kāi)，用膠帶包好并做好標(biāo)識(shí)，在2號(hào)充電機(jī)屏端子排拆除2組交流進(jìn)線，將2號(hào)充電機(jī)屏拆除，新2號(hào)充電機(jī)屏就位。

圖2 新直流系統(tǒng)原理圖

3)將原2號(hào)充電機(jī)的1、2路交流電源分別接入新2號(hào)充電機(jī)的交流進(jìn)線端子，并進(jìn)行核對(duì)工作，測(cè)試交流電源雙路自投功能是否正常，打開(kāi)充電機(jī)，切換直流輸出把手2QF3置1，再次確認(rèn)直流輸出母排電壓、正負(fù)極是否正確，切換直流輸出把手2QF3置0。

4)對(duì)新2號(hào)充電機(jī)與新直流聯(lián)絡(luò)屏連接直流電纜，將原2號(hào)聯(lián)絡(luò)屏至4號(hào)饋線屏直流電纜接到新2號(hào)充電機(jī)直流母排(核對(duì)好正負(fù)極)，切換直流輸出把手2QF3置1，再次確認(rèn)新2號(hào)充電機(jī)輸出電壓正常，切換3號(hào)充電機(jī)直流輸出把手3QF5置0，利用新2號(hào)充電屏帶II段直流負(fù)荷及2組蓄電池組運(yùn)行，試運(yùn)行24 h，運(yùn)行人員密切觀察充電機(jī)輸出及系統(tǒng)電壓情況，并做好監(jiān)測(cè)記錄(II段母線恢復(fù)正常運(yùn)行方式)。

2.3 500 kV保護(hù)小室直流小母線供電的方式改造

在500 kV保護(hù)小室，新增2面直流分電屏1、直流分電屏2，在2號(hào)饋線屏新敷設(shè)電纜引2路直流至直流分電屏1作為進(jìn)線，4號(hào)饋線屏新敷設(shè)電纜引2路直流至直流分電屏2作為進(jìn)線，確認(rèn)直流分電屏供電可靠、正常。核實(shí)原二次裝置電源為直流I段還是II段電源，再?gòu)闹绷鞣蛛娖?、直流分電屏2饋線空開(kāi)引線至相應(yīng)二次裝置，待一串二次裝置電源全部改造且供電正常后，再斷開(kāi)2號(hào)或4號(hào)饋線屏相應(yīng)空開(kāi)。

2.4 完成直流系統(tǒng)絕緣檢查裝置及通信部分安裝調(diào)試

完成220 kV 1號(hào)保護(hù)小室、220 kV 2號(hào)保護(hù)小室、主變及無(wú)功保護(hù)小室的絕緣監(jiān)察裝置更換，實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)的通訊，對(duì)新絕緣監(jiān)察裝置進(jìn)行模擬接地、交流竄入直流等試驗(yàn)，對(duì)新安裝的直流系統(tǒng)充電機(jī)應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)壓精度、紋波系數(shù)、穩(wěn)流精度試驗(yàn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)500 kV永圣域變電站直流系統(tǒng)存在的問(wèn)題和特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況提出了具體的改造方案，考慮到該變電站在電網(wǎng)中的重要性，為了進(jìn)一步提高該站直流系統(tǒng)的供電可靠性，該站改造采用“兩蓄三充”的供電方式，該方案可以為類似直流系統(tǒng)改造提供經(jīng)驗(yàn)及借鑒。