智能變電站一體化電源的優化設計

梁嶼 張靜

摘要：分析了常規變電站站用電系統現狀及存在問題，主要包括原系統自動化水平低，系統管理和信息共享困難、投資浪費、維護面寬等，針對這些問題，以110kV臺海變電站工程一體化電源系統為例，對智能變電站站用電源一體化設計的優化進行論述，即采用網絡通信、一體化監控等方法實現站用電源網絡智能化設計，切實提高了系統的自動化水平；并對電源系統的接線方式、蓄電池等設備進行了優化，從而避免了設備重復配置，優化了布局，保證了運行、維護的經濟性。

關鍵詞：智能變電站 一體化 交直流

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0107-01

交直流電源是變電站安全運行的基礎，隨著變電站智能化程度的提高以及智能變電站的相繼投運，提高站用電源整體的運行管理水平具有非常重要的意義。本文以110kV臺海智能變電站工程為例，簡單介紹了交直流一體化電源系統在智能變電站中的優化及應用。

1 概述

交直流電源系統是變電站的一個重要組成部分，是變電站安全穩定運行的基礎。近年來，隨著變電站智能水平的不斷提高，站用電源在資源整合、自動化水平、管理模式等方面都得到長足的發展。為減少站用電源系統設備的重復配置，建立站用電源信息共享的一體化平臺，提高變電站站用電源系統的智能化水平，實現信息上行下達數字化傳輸，通過對傳統直流電源系統、通信電源系統、逆變電源系統及站用交流電源系統等一體化設計、一體化配置及一體化監控，將其運行工況和信息數據通過一體化監控單元轉換為DL/T860標準模型數據接入自動化系統并上傳至遠方控制中心。此設計理念對于提高站用電源整體的運行管理水平具有非常重要的意義。

2 站用電源系統現狀

現在的無人值班變電站站用電源系統一般由站內公用直流系統、通信專用直流系統、UPS、交流系統等組成，站用電源系統主要為變電站內主要設備提供操作電源、電機儲能、加熱、通風及檢修照明等電源。

一直以來，站用電源各子系統采用分散設計，獨立組屏，設備由不同的廠家生產、安裝、調試。以改造前的110kV臺海變電站為例，站內直流電源和通信電源獨立設置，每套系統都配置了充電設備、蓄電池組等設備，分別單獨組屏，單獨設置蓄電池室，雖然系統可以相互獨立，但設備重復配置，增加了建筑空間，使運行維護人員的維護點增多，維護工作增大，經濟性及工作效率受到明顯制約。

其次，傳統站用電源系統自動化程度不高。由不同供應商提供的各子系統通信規約一般不兼容，難以實現網絡化管理，系統缺乏綜合的分析平臺，自動化程度較低。

3 一體化電源系統優化論述

3.1一次系統概況

110kV臺海變電站電壓等級為110/10kV，規模如下：主變壓器：遠期建設3×50MVA主變壓器，本期建設2×50MVA主變壓器；110kV側為擴大內橋接線，進線兩回；10kV側遠期為單母線四分段接線，本期三段，#2主變10kV側為雙分支接線，10kV出線遠期30回，本期20回。

3.2直流負荷統計

其中變電站內部分按2h放電考慮，通信經常負荷按照4h事故放電時間考慮，放電額定容量確定為300A·h。電池采用單體2V，104只。

3.3直流系統接線

直流母線采用單母線接線，設置一組閥控式密封鉛酸蓄電池，蓄電池采用高頻開關充電裝置進行充電、浮充電，模塊按n+1配置。直流供電除10kV配電裝置采用環網供電外，其余110kV及主變壓器各側采用輻射供電方式，由直流饋線柜直接供電給各用電單元。蓄電池布置在專設的電池室，直流充電屏、饋線屏布置在二次設備室。

通信電源取自站用直流系統，使用DC/DC模塊直接掛在變電站直流母線上，變換成48V后為通信負荷提供工作電源。

3.4蓄電池

本次設計將站用蓄電池與通信專用蓄電池整合，選用一組閥控式密封鉛酸蓄電池，容量按滿足全站直流負荷考慮，并考慮溫度修正、電池老化等因素，確定電池容量為300A·h，104只。不設端電池和調壓裝置。通過計算容量為300A·h的蓄電池組出口端電壓UD滿足DL/T5004-2004《電力工程直流系統設計技術規范》中均衡充電及事故放電情況下直流母線電壓的要求（87.5%～110%Un）。

3.5充電設備

充電裝置采用高頻開關電源模塊，選用5×20A模塊，經互投開關接入2路交流電源。

3.6智能一體化電源系統監控平臺

智能一體化電源系統監控平臺使用DL/T860規約，實現電源系統統一智能監控，進而實現狀態檢修；智能監控除常規范圍外，還包括蓄電池容量監測，交流系統漏電監測，所有進線、饋線回路監控，電源回路的程序化操作、聯鎖、協調聯動等；設置智能型在線監測裝置，具有完善的保護、在線自診斷、絕緣檢測、直流接地巡檢及微機蓄電池自動巡檢等功能。

3.7交流不間斷電源（UPS）系統

變電站配置1套220V交流不間斷電源系統（UPS），內設兩臺容量各為3kVA逆變電源裝置，作為監控等設備的不間斷電源，逆變器電源正常由交流供電，交流消失時自動切換由變電站直流饋線柜供電。

3.8站用電源

本站由2臺接地變壓器提供站用電源，站用電容量為100kVA，站用電系統為380/220V交流三相四線制中性點直接接地系統。本次設計取消了傳統的單母線分段接線方式，取消380V備自投裝置和相關回路，采用ATS智能開關代替，兩路站用電源直接接到智能ATS開關，通過智能開關實現站用電壓多種運行方式的智能切換。這種設計不僅節省設備，回路簡單，而且運行方式靈活方便，提高了站用交流電源智能管理和可靠性。

4 智能變電站交直流一體化電源系統的優越性

（1）減少了蓄電池組類型配置。將操作電源蓄電池組、UPS蓄電池組、通信蓄電池組合并成為1組蓄電池。（2）一體化設計。其外觀一致，減少了重復配置，減少了組屏數，節約了占地空間。（3）網絡化。各子系統智能設備通過通訊網絡接入一體化監控器，一體化監控器通過1個通信口接入綜自系統。（4）智能化。在一體化平臺或遠方調度平臺可實時查看站用電源各子系統電量、開關量、事件信息，可修改系統參數、運行方式、遙控開關、對時，實現站用電源四遙。（5）兼容性強。由監控中心單元兼容各部分監控單元，一個接口，一種規約接入綜合自動化系統。（6）更可靠。資源共享后組屏更從容，一體化蓄電池維護更有保證，一體化設計，分布式實現，更注重故障隔離。（7）投資及維護費用減少。簡化采購和施工協調，總投資減少，總維護費用降低。