張永生

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

直流系統(tǒng)的可靠與否對(duì)變電站的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，目前，110 kV及以下電壓等級(jí)變電站直流系統(tǒng)一般都使用單組蓄電池、單組充電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“單電單充”)接線方式，這種接線方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資較低，能夠基本滿足110 kV及以下電壓等級(jí)變電站運(yùn)行要求。

但這種接線方式在交流電源切換過(guò)程中，需要蓄電池作為直流電源對(duì)直流系統(tǒng)供電，一旦交流切換失敗，需要蓄電池長(zhǎng)時(shí)間供電。考慮到蓄電池運(yùn)行一定時(shí)間以后容量下降，可能無(wú)法滿足直流用電設(shè)備的要求，甚至出現(xiàn)開(kāi)路的情況，導(dǎo)致設(shè)備失電。因此，有必要研究一種新的直流系統(tǒng)接線方式，提高直流系統(tǒng)供電可靠性。

1 單電單充直流系統(tǒng)概述

單電單充直流系統(tǒng)典型接線方式如圖1所示。兩路交流電源分別從1號(hào)、2號(hào)交流母線引出，經(jīng)交流切換裝置切換后，選擇其中一路電源作為充電模塊電源[1]。一般情況下，由1號(hào)交流母線作為主電源供電，2號(hào)交流母線作為備用電源，當(dāng)1號(hào)交流母線失電時(shí)切換至2號(hào)交流母線供電。某些直流系統(tǒng)不使用硅鏈，充電模塊及蓄電池組直接接到直流母線上，但充電模塊的交流電源都是經(jīng)過(guò)交流切換裝置切換后得到的。

圖1 單電單充直流系統(tǒng)接線方式

當(dāng)1號(hào)交流母線失電或運(yùn)維人員進(jìn)行交流切換試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)雙路交流切換裝置進(jìn)行切換，轉(zhuǎn)由2號(hào)交流母線供電。在切換過(guò)程中，由于無(wú)交流電源，充電模塊無(wú)法正常工作，全站直流電源需要由蓄電池組供電。一旦雙路交流切換裝置切換失敗，蓄電池組需要長(zhǎng)時(shí)間供電。因此，該種接線方式一旦蓄電池出現(xiàn)故障，直流系統(tǒng)就無(wú)法正常供電，可靠性較低?，F(xiàn)場(chǎng)多次發(fā)生交流失電時(shí)蓄電池故障導(dǎo)致保護(hù)裝置無(wú)法正常動(dòng)作而造成越級(jí)跳閘的事故，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。且在浮充電情況下性能不良的蓄電池不易被發(fā)現(xiàn)，但在大電流沖擊時(shí)就容易發(fā)生開(kāi)路等故障，導(dǎo)致發(fā)生事故的關(guān)鍵時(shí)刻反而直流失電。

2 單電單充直流系統(tǒng)改進(jìn)方案

單電單充直流系統(tǒng)接線方式的主要缺點(diǎn)是在交流切換過(guò)程中及切換失敗時(shí)需要蓄電池組作為直流電源對(duì)外供電。如果設(shè)計(jì)一組備用充電模塊，其交流電源不經(jīng)交流切換裝置切換而是直接接在2號(hào)交流電源上，這樣即使切換過(guò)程中及切換失敗時(shí)原充電模塊無(wú)法正常工作，備用充電模塊仍可以正常對(duì)直流母線供電，保證直流系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。只有當(dāng)兩路交流電源同時(shí)失電時(shí)，才需要蓄電池組作為直流電源對(duì)外供電。

由于兩路交流電源同時(shí)失電的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單組交流電源失電的概率，因此所有充電模塊同時(shí)失電概率大大降低，直流供電可靠性得到顯著提升。另外，當(dāng)雙路交流電源切換裝置故障或檢修時(shí)，直流系統(tǒng)將失去充電模塊，由蓄電池供電，增加備用充電模塊后，此時(shí)可由備用充電模塊供電，提高直流系統(tǒng)的可靠性。

改進(jìn)后的直流系統(tǒng)接線方式如圖2所示。備用充電模塊交流電源取自2號(hào)交流母線饋線支路(也可取至2號(hào)交流母線進(jìn)線處)，直流輸出直接接在直流母線。備用充電模塊容量及數(shù)量選擇滿足相關(guān)規(guī)范及直流系統(tǒng)運(yùn)行要求，在原充電模塊失電時(shí)，可由備用充電模塊對(duì)直流母線供電。

圖2 單電單充直流系統(tǒng)改進(jìn)接線方式

3 單電單充直流系統(tǒng)改進(jìn)方案試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證該方案的有效性，在試驗(yàn)室搭建了直流系統(tǒng)平臺(tái)，模擬變電站單電單充接線方式。調(diào)節(jié)原充電模塊輸出電壓為230 V，備用充電模塊輸出電壓為225 V，此時(shí)由于備用充電模塊輸出電壓低于原充電模塊的輸出電壓，直流母線由原充電模塊供電，直流母線負(fù)荷約10 A。

為模擬交流切換過(guò)程中直流蓄電池故障的情況，試驗(yàn)前斷開(kāi)蓄電池組輸出開(kāi)關(guān)，使蓄電池退出運(yùn)行。在此狀態(tài)下斷開(kāi)原充電模塊的交流電源，使其無(wú)電流輸出，直流母線電壓由229.4 V降至224.7 V，電流為10.28 A，母線負(fù)荷由備用充電模塊提供電源。在此切換過(guò)程中，直流母線電壓未出現(xiàn)閃變或間斷，直流用電設(shè)備未出現(xiàn)斷電重啟現(xiàn)象，直流系統(tǒng)運(yùn)行正常。

在蓄電池組未退出情況下重復(fù)上述試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示直流母線電壓穩(wěn)定無(wú)間斷，可以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。說(shuō)明在蓄電池組無(wú)故障情況下進(jìn)行交流電源切換時(shí)，增加備用充電模塊后未影響原直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

綜合以上2種試驗(yàn)結(jié)果，增加備用充電模塊后，不論蓄電池組是否故障，都可以保證交流電源切換過(guò)程中直流母線的正常供電，提高了供電可靠性，保證了變電站安全運(yùn)行。

4 單電單充直流系統(tǒng)改進(jìn)實(shí)施

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中，若原直流屏柜內(nèi)有空余安裝位置則將備用充電模塊安裝在原直流屏內(nèi)，否則單獨(dú)加裝一面屏柜或在合適的位置加裝一個(gè)備用充電模塊掛箱(該方案現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)使用掛箱)。為保證備用充電模塊的安全運(yùn)行，備用充電模塊交流電源側(cè)安裝防雷器進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)電壓表和電流表測(cè)量備用充電模塊輸出電流及電壓，方便運(yùn)維人員觀察備用充電模塊的運(yùn)行狀態(tài)。備用充電模塊直流輸出端經(jīng)過(guò)逆止二極管接到直流母線上，這樣只能備用充電模塊對(duì)直流母線供電，直流母線不會(huì)對(duì)備用充電模塊供電，保證備用充電模塊故障時(shí)不會(huì)影響直流母線正常運(yùn)行。為盡量減少對(duì)原直流設(shè)備的影響，調(diào)節(jié)備用充電模塊輸出電壓，使其低于直流母線電壓0.5～1 V，這樣正常運(yùn)行時(shí)由原直流設(shè)備對(duì)直流母線供電，備用充電模塊不輸出電流。備用充電模塊故障告警輸出接點(diǎn)接入原直流屏充電模塊故障告警回路，保證備用充電模塊故障時(shí)能將告警信號(hào)送達(dá)后臺(tái)及監(jiān)控。

5 單電單充直流系統(tǒng)改進(jìn)驗(yàn)證

由于現(xiàn)場(chǎng)直流母線電壓為226 V，將備用充電模塊直流輸出電壓調(diào)節(jié)為225 V，此時(shí)直流負(fù)荷全部由原充電模塊供電，備用充電模塊輸出電流為0 A。

將直接接于直流母線的充電模塊退出運(yùn)行，將硅鏈控制調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)調(diào)整至手動(dòng)位置，調(diào)節(jié)原直流屏充電模塊電壓，使經(jīng)過(guò)硅鏈后輸出至直流母線的電壓低于備用充電模塊的電壓，此時(shí)，原充電模塊輸出電流為0 A，全部直流負(fù)荷由備用充電模塊提供。直流系統(tǒng)切換的過(guò)程中未出現(xiàn)電壓閃變或間斷，現(xiàn)場(chǎng)所有二次設(shè)備未發(fā)生斷電重啟或告警現(xiàn)象，直流系統(tǒng)運(yùn)行正常，說(shuō)明改進(jìn)后直流系統(tǒng)能夠滿足正常及1號(hào)交流進(jìn)線失電時(shí)的運(yùn)行要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

該改進(jìn)方案已實(shí)施1年，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)歷過(guò)多次交流切換試驗(yàn)及交流進(jìn)線失電情況，直流系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生過(guò)直流失電事故。該方案降低了直流系統(tǒng)對(duì)雙路交流切換裝置的依賴性，滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，具有一定的推廣價(jià)值。