时间：2013-11-29 分类：电力
[摘要]本文讨论了直流电源的整流系统、蓄电池系统等诸多方面，提出了220kV无人值班变电站直流电源设计方案的选择原则。
[关键词]220kV无人值班变电站 直流电源
1、前 言
1.1变电站直流电源是变电站非常重要的一种二次设备，它的主要任务就是给继电保护、开关合分及控制提供可靠的直流操作电源，其性能和质量的好坏直接关系到电网的稳定运行和设备安全。
1.2近几年来，无人值班变电站的建设在全国迅速发展和普及，与之相配套的设计规范和设备选择原则也逐渐成熟。但作为变电站监控和保护重要环节的直流电源却鲜有论及，没有引起人们应有的重视。在变电站实行无人值班后，要求直流电源的可靠性及自动化程度更高、功能更完善。
1.3随着电力电子技术的迅速发展，直流电源制造技术也取得了飞跃发展，整流系统由过去的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，使直流电源具有智能化，能够和变电站综合自动化网络连接，具有三遥功能。
1.4电池技术近年来也有了很大发展，现在，阀控式密封铅酸蓄电池得到了广泛应用。
1.5本文以天津临港110KV升压220KV变电站改造工程为例，从直流电源的整流系统、蓄电池系统和直流绝缘监测等几个方面讨论220kV无人值班变电站直流电源的设计方案。
2、 整流系统
2.1 过去，220kV变电站应用较多的整流器为磁放大型整流器和由分立元件或集成电路控制的可控硅型整流器。目前，在220kV无人值班变电站中，普遍采用的整流器为由微机控制的高频开关模块型整流器，直流电源具有智能化，能够和变电站综合自动化网络连接，具有三遥功能。
2.2 微机型整流器的基本要求∶
2.2.1全自动兼容手动功能，从开机到主充、均充、浮充，全自动化切换。
2.2.2整机按编制好的主充电、均充电、浮充电、正常运行、电网解列、恢复送电等程序，实行自控制、自诊断、自报警、自存贮和自打印，无需人员干预。
2.2.3带有遥信、遥测、遥调接口，与调度中心联网，受调度中心控制和操作，全面实现了直流电源的无人值班。
2.2.4按键和显示面板直观显示，可设定电压、电流值，可随时修改充电装置工作参数。
2.3开关电源的基本原理∶
单相(或三相)交流电源经滤波整流后，将滤波后的直流电源变换为数十或数kHz的高频方波或准方波交流电，通过高频变压器隔离后，再高频整流滤波，最后输出直流电压。通过取样比较放大及控制驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比，便能得到稳定的输出电压。
2.4 高频开关电源的基本要求：
1、 充电方式采用高频开关电源模块
2、 体积小,重量轻,容量大
3、 采用N+1备份,经济性好,可靠性高
4、 模块本体能自动均流,充电电流连续可调,充电方式全部按程序进行
5、 模块可任意并联,并可在线操作
6、 隔离性好,设有完善的自我保护系统
7、 功率因数高,效率高
2.5 整流系统的监控：
在无人值班的条件下，充电系统根据蓄电池运行状态具有自动强充、均充、浮充功能，并具有较高的稳压、稳流精度，且稳压、稳流能自动转换。对交流输入电压的过高〔超过380V+10%〕、过低〔低于 380V-10%〕，设有软保护，既一旦故障排除，直流电源具有自动恢复到正常运行状态的功能。微机监控接口能和变电站综合自动化连接，使直流电源的运行状况及时方便的传输到集控中心，一般应具有\"三遥\"功能，既遥测、遥信和遥调功能。同时未避免由于通讯故障造成的损失，在临港站的设计中，除提供通讯接口外，一些比较重要的参数和开关量，如电池电压、熔断器跳闸等信号，另外设置一套常规接点提供给主控室监控单元，以确保信号的准确传输。\"三遥\"功能的详细数据如下：
2.5.1遥测
2.5.1.1 控制母线电压
2.5.1.2 蓄电池充电、浮充电电流
2.5.1.3 直流母线绝缘电阻
2.5.2 遥信
2.5.2.1 整流装置交流失电
2.5.2.2 直流电压异常
2.5.2.3 直流系统接地
2.5.2.4 整流系统故障
2.5.3 遥调
2.5.3.1 浮充电压
2.5.3.2 充电电压
2.5.3.3 充电电流
2.6 直流电源的配置
2.6.1 整流器交流输入回路的数量
直流电源的交流电源一般由交流站用电屏提供，如果有两台站用变，两路交流电源的切换一般在交流站用电屏内完成，这样给直流电源屏输入一回交流进线即可。如果交流站用电屏不具备自动投切功能，这样直流电源屏就需输入两回交流进线，在直流电源屏内实现自动切换。
2.6.2 高频开关整流模块和充电设备数量的选择原则
对于220KV无人值班变电站，一般要求有两套独立的整流系统，每套整流器各带一组电池和一段母线，母线之间设置联络刀闸。另外设置0#备用充电机，由于本站无人值班，因此我的设计思路是要求0#机同时具备手动/自动投切功能，这样就确保了当某段母线充电机出现故障时，0#机能够及时地投入工作。
本次临港220KV变电所选用400AH蓄电池，美国爱默生220V20A模块，母线经常性负荷28A，根据DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计规程》，因此每台充电装置配置数为：#p#分页标题#e#
N=Is/Ime=(0.1C10+If)/ Ime =(0.1*400+28)/20=3.4
式中 Is—充电设备的额定电流
Ime—单个模块额定电流
If—直流系统经常负荷电流
C10—蓄电池10小时放电电流
由于本站设置了0#公用充电机以备用，故放弃高频开关电源模块N+1备份组合原则，本站每组充电机采用模块4只。
2.6.3 直流配电开关的选择
过去的直流配电系统一般都采用负荷开关加熔断器的形式，存在着防护等级低，占用空间大，维护不便等问题。现在，随着国内外直流专用断路器的出现，直流系统的配电可以集中布置，节省空间和屏位，而且也容易接线，如采用正面开启式结构，更容易进行更换和维护。目前，国内外生产的小型直流断路器，直流分断能力可达DC250V/10kA ，完全可以满足控制负荷馈电用，大容量的直流断路器，直流分断能力可达DC250V/50kA ， 可以满足动力负荷馈电用。另外，这些直流断路器可以方便地加装辅助触点和故障报警触点。
3 蓄电池系统
3.1变电站的直流系统是一个不间断的直流电源，要求配置蓄电池系统。蓄电池组是一种独立的电源，不受交流电源的影响，因而整流系统交流失电或发生故障时，蓄电池继续给控制、信号、继电保护和自动装置供电，同时还可以保证事故照明用电。由于蓄电池电压平稳、容量大，既适合于各种较复杂的继电保护和自动装置，也适合于对各类型断路器的传动。阀控式密封铅酸蓄电池是近年来发展起来的新型蓄电池。该类蓄电池多采用紧装配密集极板，超细玻璃纤维作隔膜，贫电液结构。也有采用管式正极板，专用隔板胶体电解液的富电液结构的，其基本原理都使气体在极板间转移，促进了再化合反应，同时利用减压阀保持电池内部有一定压力。这类蓄电池具有防酸式铅酸蓄电池的优点，而且基本上属于免维护，同时由于没有酸雾和气体排出，可以与成套直流电源柜一起安装在主控室，现在已广泛应用于各类变电站中,为无人值班变电站首选蓄电池。天津临港220KV变电站选用的为2V阀控式密封铅酸蓄电池104只，这样的配置在最大的程度上保证了电池使用的可靠性和事故放电时的均衡度，同时在个别单只电池故障的情况下不影响设备的正常运行。
3.2 蓄电池容量的选择
选择蓄电池容量的方法有电压控制法和阶梯负荷法，一般常用电压控制法，按照满足事故全停电状态下的持续放电容量和事故全停电状态下的冲击电流值来选择蓄电池容量。但是应注意在过去有人值班变电站的设计规范规定按全站事故所用电停电时间计算，而无人值班变电站的设计规范规定考虑事故停电后增加维修人员前往变电站的路途时间。
3.3 蓄电池系统的监控
直流电源应具有蓄电池实时监控装置，且监控装置能实现和变电站的综合自动化设备连网。实时监测单个电池及整组电池运行状态〔电压,电流等〕。
4 直流绝缘监测系统
4.1 变电站直流系统是一个十分庞大的多分支供电系统，其常见的故障是一点接地故障。在一般情况下，一点接地并不影响直流系统的运行。但如不能迅速找到接地故障点并予以修复，又发生另一点接地故障时，就可能造成继电器或保护装置的误动作，酿成重大事故。
4.2 过去，变电站直流系统一般选用电磁型继电器构成的绝缘监测装置，它是利用电桥平衡的原理，主要存在以下问题∶1、当直流系统正负极绝缘电阻同等下降时，电桥未失去平衡，绝缘监测装置不能发出报警信号;2、 绝缘监测装置发出报警信号后，运行人员需要通过拉路的方法确定接地支路，费时费力且存在安全隐患。
因此在无人值班条件下，要求直流系统配置微机型直流系统故障监视装置。其基本功能是在线监测直流系统的母线电压和对地绝缘电阻，显示母线电压值和正负母线对地绝缘电阻值。当母线电压过高过低或对地绝缘电阻过低时发出相应的告警信号，告警门限参数可手工设置。另外，监测装置具有支路巡检功能，可以在线检测各馈线支路的绝缘电阻，通过RS485串口，监测装置可以将直流系统正负母线对地的绝缘电阻值上送至系统监控单元。
5 结术语
直流电源是电力系统重要设备，作为变电站自动控制、保护、开关分合、事故照明等的重要电源，其性能和质量的好坏直接关系到电网的稳定运行和设备安全。在变电站实行无人值班后，要求直流电源的可靠性及自动化程度更高、功能更完善。在220kV无人值班变电站中，普遍采用的整流器为由微机控制的高频开关模块型整流器，直流系统具有智能化，能够和变电站综合自动化网络连接，具有三遥功能。阀控式密封铅酸蓄电池是近年来发展起来的新型蓄电池,具有免维护特性，可以与成套直流电源柜一起安装在主控室, 非常适合应用于220kV无人值班变电站中。 在无人值班条件下，要求直流系统配置微机型直流系统故障监控装置，且监控装置能实现和变电站的综合自动化设备连网。实践证明，我们设计的直流系统对故障处理十分及时便捷，既缩短了故障维护时间，又降低了运行维护费用，得到了用户的一致好评。
参考文献
[1] DL/T 5044-2004 直流系统设计技术规程 国家经济贸易委员会
[2]DL/T 459-2000 直流电源柜订货技术条件 国家经济贸易委员会#p#分页标题#e#
[3] 供电企业安全性评价查评依据(第二版)中国华北电力集团公司
[4]直流系统文件汇编 2001 中国华北电力集团公司
作者简介
刘亮 (1977-)男，吉林九台，电气工程师，大学本科，主要从事直流电源设备设计开发
杨静(1979-)女，辽宁北镇，电气工程师，大学本科，主要从事直流电源设备设计开发
杨继东(1975-)男，辽宁铁岭， 电气工程师，大学本科，主要研究嵌入式开发与应用，单片机开发等
