110kV智能變電站直流電源系統(tǒng)配置優(yōu)化研究

劉一帆

摘要：針對如何合理選擇110kV智能變電站直流電源系統(tǒng)設備的問題，提出對實際直流負荷進行分類統(tǒng)計，并根據(jù)計算結(jié)果合理選擇相應設備參數(shù)的方案。通過對通用設計方案中直流負荷進行分類統(tǒng)計和計算，得出蓄電池組、UPS電源、高頻充電模塊等主要設備的額定容量和額定電流值。詳細分析了直流饋線屏饋線電纜截面積和饋線開關(guān)的選擇原則，并計算得出合理參數(shù)值，為其它同等規(guī)模變電站的建設提供參考。

關(guān)鍵詞：110kV;智能變電站;直流電源系統(tǒng)

引言

直流電源系統(tǒng)是變電站一、二次設備可靠運行的重要保障，主要包括蓄電池組、直流充電機屏、直流饋線屏、通信電源DC/DC模塊等主要設備。自2017年開始，國家電網(wǎng)公司在系統(tǒng)內(nèi)全面推廣智能變電站模塊化建設，相繼制定并頒布了110（66）kV智能變電模塊化建設（2015年版）、35～110kV智能變電站模塊化建設施工圖設計（2016年版）2份重要的通用設計方案，要求在基建工程中嚴格執(zhí)行。

1、變電工程概況

1.1工程規(guī)模

某某地區(qū)某110kV智能變電站，根據(jù)國家電網(wǎng)公司模塊化通用設計方案（2015年版）中110-A3-3方案建設。具體規(guī)模為：主變壓器本期2臺50MVA，終期3臺;110kV本期2回進線，內(nèi)橋接線，終期3回，擴大內(nèi)橋接線;10kV本期出線24回、電容器組4回、接地變2回，單母三分段接線，終期出線36回、電容器組6回、接地變3回，單母四分段接線。

1.2二次設備配置原則

全站二次設備根據(jù)國家電網(wǎng)公司2016版通用設計方案中有關(guān)二次系統(tǒng)技術(shù)要求配置，主要原則為：1）站控層設備、間隔層主變壓器保護測控裝置、交直流一體化電源設備及通信設備在保護控制室內(nèi)集中組屏;2）10kV保護測控裝置集成裝置在開關(guān)柜上就地安裝，110kV線路、內(nèi)橋間隔保護測控裝置及電度表就地布置在智能匯控柜內(nèi)3）110kV線路、內(nèi)橋、主變壓器中性點及主變低壓側(cè)開關(guān)間隔合并單元雙套配置，主變壓器高壓側(cè)間隔合并單元單套配置，主變壓器各側(cè)智能終端單套配置;4）過程層網(wǎng)絡中心交換機布置在內(nèi)橋間隔智能匯控柜內(nèi)，站控層網(wǎng)絡中心交換機布置在保護控制室內(nèi);5）低周減載、主變壓器過負荷聯(lián)切裝置獨立配置，組2面屏，布置在保護控制室內(nèi)。

2、智能變電站中的直流電源系統(tǒng)

2.1直流電源系統(tǒng)中蓄電池組的根本作用

應用于變電站的直流電源系統(tǒng)存在三種不同的負荷，一是經(jīng)常性負荷，二是沖擊性負荷，三是故障性負荷。專門為智能變電站服務的直流電源系統(tǒng)中，充電裝置負責向繼電保護操作、通信設備、自動裝置、其他直流負荷裝置等輸送電源，而蓄電池被當作是熱備用。如果負荷需求高出了充電裝置輸出，那么蓄電池會立即啟動并提供補給。站用交流電源負責向電力專用逆變電源后端的負荷供應電源，逆變通常是處于熱備用狀態(tài)的。如果停止使用站用交流，那么事故照明、通信、監(jiān)控等設備會共同使用蓄電池。所以，在無法順利運行時，對于直流電源系統(tǒng)而言，蓄電池組是提供能源的核心?；诖?，蓄電池組必須滿足如下條件：①蓄電池組由108只單體標稱電壓2V的閥控式密封鉛酸蓄電池構(gòu)成，其可被使用長達10年以上，但安全閥要盡量引用進口;②蓄電池容量設置必須超過2h事故供電。計算蓄電池、充電裝置容量時，要結(jié)合變電站的規(guī)模、直流系統(tǒng)及其負荷的形式。③如果變電站的蓄電池配置是110kV，則需同時配備專門的巡檢儀，但如果是110kV及以下，則配備普通的巡檢儀。

2.2變電站中直流供電系統(tǒng)的接線方式

（1）變電站的額定電壓在220kV或以上時，必須配備兩套專門的直流系統(tǒng)，且適用單母線接線方式。同時，要注意在兩條母線間植入聯(lián)絡設備。如果額定電壓在110kV或以下，則配備一套專門的直流系統(tǒng)，接線方式不變。（2）二次設備室、故障裝置等各種設備的供電方式主要是輻射式。但如果小于等于35kV，則通過母線分段形式給開關(guān)柜頂直流網(wǎng)絡提供電源。（3）兩套雙重化保護配置與合并單元、網(wǎng)絡設備等設備有著相對應的直流電源。（4）動力電源主要為斷路器彈簧存儲能源、實現(xiàn)刀閘分合的隔離服務，因此可引入母線供電方式，或設置聯(lián)絡開關(guān)。通常而言，要實現(xiàn)電源母線的按段分離，必須要發(fā)揮聯(lián)絡（分段）開關(guān)的作用，確保每一分段母線都能實現(xiàn)獨立取電。

3、智能變電站的直流電源系統(tǒng)優(yōu)化方法

3.1直流電源系統(tǒng)的設備優(yōu)化

3.1.1直流電源系統(tǒng)的蓄電池優(yōu)化方法

如果在運行中出現(xiàn)直流損耗現(xiàn)象，整個系統(tǒng)都會出現(xiàn)逆流負載，對電池造成很大的危害。應考慮電池的選擇。在實際運行中，應考慮電池的最大電流放電容量和電池的基本電容。電池容量的增加沒有盡可能大。電池容量過大會降低整個直流電源系統(tǒng)的基本工作性能，通常在原有標準電容的基礎(chǔ)上提高一級。在必要時，對電池放電測量的需要，測量方法是維持1h電池放電事故下，然后對其的影響10代的影響，每個時間500ms，這兩2S之間的放電時間間隔的影響。在放電檢測過程中，對直流電源總線電壓值不能低于實際價值標準90%。對于110kV以上變電站，由于設備數(shù)量眾多，可配置兩個電池組成一個電池組，并安裝兩個充電裝置形成雙充電結(jié)構(gòu)。通信系統(tǒng)中的電池應單獨布置。

3.1.2直流電源系統(tǒng)的蓄電池輔助設備優(yōu)化方法

與電池有關(guān)的檢測設備可以在當前時間內(nèi)檢測電池的電壓，但不能檢查電池的內(nèi)阻。因此，它往往依賴于某些特定的設備來檢測。這在很大程度上增加了檢測環(huán)節(jié)的復雜性，因此對蓄電池的輔助輔助裝置也需要進行優(yōu)化，主要用于更換必要的輔助設備，并采用新的輔助裝置，具有電池內(nèi)阻檢測的功能。利用智能變電站系統(tǒng)的信息交換和實時傳輸功能，將檢測到的信息反饋給員工，使員工對電池的整體情況有一個全面的了解。有一些輔助裝置可以直接對電池的故障發(fā)出警告，以避免風險。新輔助設備的應用，可進一步提高整個電力系統(tǒng)的智能化建設水平。

3.2直流系統(tǒng)接線的優(yōu)化

在直接供電系統(tǒng)的優(yōu)化過程中，需要電池供電，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，應該考慮連接方法。對直流電源系統(tǒng)的外部蓄電池進行設計，在應用過程中增加外部電池組的隔離措施是必要的。本實用新型不僅可作為電池檢測的系統(tǒng)保護裝置，也可作為電池組的備用后備裝置，保證整個系統(tǒng)的正常運行。

3.3直流系統(tǒng)負載的優(yōu)化

根據(jù)國家電網(wǎng)的明確規(guī)定，對于110kV及以上智能變電站系統(tǒng)，在設計過程中需要增加兩個電池組，而110kV次智能變電站系統(tǒng)只需配置電池組即可。在直流電力系統(tǒng)的設計過程中，需要仔細考慮相關(guān)設備，限制設備的負荷要求。優(yōu)先選擇同一產(chǎn)品中的低能耗設備，以達到節(jié)能減排的目的。例如，系統(tǒng)中的事故顯示信號燈可以使用LED燈具，既能節(jié)約能源，減少排放，又能降低DC供電系統(tǒng)的電池負荷。它在延長電池壽命和供電時間方面起著非常重要的作用。

結(jié)束語

在智能變電站中引用直流電源系統(tǒng)，有利于對設備配置進一步優(yōu)化，并逐步改進變電站現(xiàn)有系統(tǒng)功能，進而增強系統(tǒng)運用的便利性和安全可靠性，確保智能變電站能夠在達成智能化標準的情況下合理有效地運作，推動變電站更好地為居民供電服務。

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