楊帥

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和電力事業(yè)的不斷發(fā)展，變電站更多的采用無(wú)人值守的方式，直流系統(tǒng)也越來(lái)越自動(dòng)化、數(shù)字化，這對(duì)變電站直流系統(tǒng)提出了更高要求。對(duì)于變電站直流電源系統(tǒng)配置的相關(guān)問(wèn)題，將實(shí)際直流負(fù)荷按照不同類(lèi)別歸類(lèi)、以便做統(tǒng)計(jì)處理。根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出來(lái)的最終結(jié)果，可以選擇對(duì)應(yīng)設(shè)備參數(shù)的最優(yōu)方案。本文分析了變電站直流電源系統(tǒng)配置的優(yōu)化方案，并對(duì)其進(jìn)行了一系列的研究，希望可以為與它規(guī)模相同的變電站系統(tǒng)配置提供一些參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】變電站；直流電源系統(tǒng)；配置

一、變電站直流系統(tǒng)

交流輸入電源主要分成兩路，工作方式為三相四線制主備。其中含有工作電源的回路為主供電回路，含有備用電源的回路為備用供電回路，這兩個(gè)回路是可以互相投切的。主電路由兩部分構(gòu)成，一部分為充電模塊，主要為蓄電池進(jìn)行均沖和浮充；另一部分為供電模塊，主要為控制母線提供220V直流電壓。而在蓄電池組、控制母線和充電模塊之間有電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器的作用為：當(dāng)交流電源故障時(shí)，蓄電池組通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器給控制母線供電；當(dāng)供電模塊發(fā)生故障時(shí)，蓄電池組和充電電源通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器給控制母線充電，從而保證控制母線供電的連續(xù)性。

直流電源系統(tǒng)的順利建設(shè)需要滿(mǎn)足以下條件：首先，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的日常工作起到保障作用。它需要具備一定程度的儲(chǔ)存電力的功能，能夠保證在設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以正常維持電力需求，使電力系統(tǒng)能夠保持正常運(yùn)行狀態(tài)。直流電源系統(tǒng)或系統(tǒng)中設(shè)備的正常使用期限需要能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)時(shí)的規(guī)劃。直流電源系統(tǒng)不僅要能夠滿(mǎn)足上述的一系列要求，還應(yīng)該保證自己其他方面的有效價(jià)值，如：操作簡(jiǎn)捷、使用起來(lái)較為方便、所需要的經(jīng)濟(jì)成本比較低、體積較小等等。

二、直流電源系統(tǒng)在變電站中的作用

直流電源作為變電站重要的組成部分之一，它的設(shè)計(jì)和變電站的有效工作具有密切的聯(lián)系。在變電站中，直流電源系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，它作為變電站內(nèi)的重要控制系統(tǒng)，可以為繼電保護(hù)、信號(hào)裝置、自動(dòng)裝置等設(shè)備提供電源，保證它們的正常運(yùn)行。同時(shí)因?yàn)橹绷麟娫词仟?dú)立的電源，不需要受到其他電源的影響，在變電站中變壓器發(fā)生故障時(shí)，直流電源可以作為儲(chǔ)備電源使用。即使整個(gè)變電站全部發(fā)生停電意外，它依然可以保證變電站中的工作系統(tǒng)正常運(yùn)行。同時(shí)它也可以給事故發(fā)生位置提供照明的用電，方便對(duì)故障位置的及時(shí)處理。因?yàn)橹绷麟娫聪到y(tǒng)的電量承載能力非常重要，所以直流電源必須要具備穩(wěn)定、有效的特性。對(duì)于變電站的正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)，直流電源系統(tǒng)的作用十分重要。

三、直流電源系統(tǒng)配置

1、充電裝置。目前大部分整流裝置都采用傳統(tǒng)的硅整流充電裝置，而少部分變電站直流系統(tǒng)中的整流充電裝置已采用高頻開(kāi)關(guān)。

2、蓄電池。對(duì)于大部分變電站直流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，蓄電池組只配置一套，只有少部分的配置了兩套，每套蓄電池容量也有限，超過(guò)500Ah的很少。蓄電池的形式主要有閥控式全密封鉛酸蓄電池和防酸式鉛酸蓄電池。

3、其它。傳統(tǒng)的直流饋線網(wǎng)絡(luò)以環(huán)形小母線布置為主，因此各饋線保護(hù)裝置比較復(fù)雜，大多數(shù)老變電站仍以熔斷器為主，而新變電站則以直流斷路器為主。

四、變電站直流電源系統(tǒng)配置優(yōu)化方法

1、直流電源系統(tǒng)的設(shè)備優(yōu)化

與我國(guó)傳統(tǒng)的變電站相比，變電站承載了一部分直流電的負(fù)荷，并且還需要承載其他部分的逆流電。如果在變電站正常工作時(shí)發(fā)生了直流電停電的問(wèn)題，變電站的全部系統(tǒng)中就會(huì)產(chǎn)生逆流的負(fù)荷，這會(huì)對(duì)蓄電池造成非常嚴(yán)重的損壞。所以，在選擇蓄電池的類(lèi)型時(shí)需要將這些問(wèn)題考慮其中。在變電站直流電源系統(tǒng)的日常工作中，蓄電池的最大電流放電能力可以產(chǎn)生重要的作用，所以需要不斷提升蓄電池的基本電容量。但是這并不意味著蓄電池的電容量提升的越大越好，如果蓄電池的電容量超過(guò)了一定限度，變電站中整個(gè)直流電源系統(tǒng)的日常工作性能就會(huì)急劇下降。

2、充電裝置優(yōu)化

一般變電站直流系統(tǒng)中的充電機(jī)由晶閘管相控整流和工頻變壓器及濾波裝置構(gòu)成。這類(lèi)充電機(jī)的缺點(diǎn)是一旦充電模塊發(fā)生故障，就需要停機(jī)維修，并且時(shí)間很長(zhǎng)，這就導(dǎo)致蓄電池得不到充電，變電站電源處于沒(méi)有保證的危險(xiǎn)狀態(tài)。如果采用雙電機(jī)，則會(huì)增加成本。因此，在直流系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，充電機(jī)中的整流裝置可用IGBT這種高頻開(kāi)關(guān)替代晶閘管。它不僅具有開(kāi)關(guān)速度快、輸出容量大、輸入阻抗高的特點(diǎn)，還能很好的解決輸入諧波、功率因數(shù)等問(wèn)題，是提高變電站自動(dòng)化程度的可靠的供電裝置。為了提高系統(tǒng)的可靠性，電源模塊最好采用N+1冗余高頻開(kāi)關(guān)，也就是說(shuō)，用多個(gè)高頻開(kāi)關(guān)逆變器代替充電機(jī)，使其中N個(gè)模塊承擔(dān)額定負(fù)載，剩下的一個(gè)為備用模塊。這樣，當(dāng)一個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行，不需要全容量備用，這不僅減少了成本，同時(shí)也使系統(tǒng)的可靠性得到提高，提高其優(yōu)越性。如果高頻開(kāi)關(guān)和監(jiān)控系統(tǒng)一起使用，則可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充電裝置對(duì)蓄電池組的充電功能，并且，即使監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障，充電模塊可變?yōu)榫潆姞顟B(tài)，從而保證系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)正常工作。

3、直流饋線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

變電站直流系統(tǒng)饋線網(wǎng)絡(luò)采用輻射式，即對(duì)于220kV及以上線路和主變的元件的每套保護(hù)和控制單元，直流系統(tǒng)用大量單獨(dú)饋線直接向其供電。對(duì)于規(guī)模比較大，電壓等級(jí)較多的變電站，還可采用就地直接分屏的輻射式饋線網(wǎng)絡(luò)，即直流分屏上的兩段直流分母線直接從直流系統(tǒng)的兩條總母線上各引一路電源為其供電，然后直流分屏以輻射式為各套保護(hù)裝置提供兩個(gè)相互獨(dú)立的直流電源。這不僅簡(jiǎn)化了饋線網(wǎng)絡(luò)，又降低了成本。

4、直流系統(tǒng)負(fù)載的優(yōu)化

我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定：如果變電站系統(tǒng)220kV或220kV以上的話(huà)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程需要安裝兩個(gè)蓄電池組，以保證電力供應(yīng)充足。如果是110kV以下的變電站系統(tǒng)配備一個(gè)蓄電池組就可以保證意外發(fā)生時(shí)，能夠維持正常的工作。在對(duì)直流電源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該對(duì)直流電源系統(tǒng)能夠所應(yīng)用到的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的研究，對(duì)超過(guò)負(fù)荷的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行一定程度的限制。對(duì)于同種類(lèi)型的設(shè)備來(lái)說(shuō)，應(yīng)該選擇能耗較低的，從而有效的達(dá)到節(jié)能減排的作用。比如在直流電源的系統(tǒng)中在出現(xiàn)事故時(shí)，事故現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)顯示燈可以選擇LED燈具，它的耗能比較低，而且還能夠在一定程度上降低直流電源系統(tǒng)中蓄電池的負(fù)荷電量，它的作用對(duì)于延長(zhǎng)直流電源系統(tǒng)中蓄電池的使用期限和供電的有效時(shí)間而言有著重要的意義。

結(jié)語(yǔ)：總之，在變電站中合理的運(yùn)用直流電源系統(tǒng)，能夠起到對(duì)設(shè)備配置進(jìn)行最大程度的優(yōu)化的目的，并可以在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)變電站目前的系統(tǒng)功能起到改進(jìn)的作用，對(duì)于直流電源系統(tǒng)而言，它會(huì)變得更加便捷、安全。而變電站也能夠在完成化的標(biāo)準(zhǔn)的情況下積極有效地運(yùn)作，更好地為廣大居民提供電力上的服務(wù)。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）