變電站直流系統改造專用充電裝置的研制

易永利，楊 磊，陳建勝，林 琳

（溫州電力局，浙江 溫州 325000）

變電站直流系統是變電站內非常重要的二次設備。直流系統為變電站電氣設備提供工作電源，它的正常與否關系到繼電保護及開關能否正確動作，關系到全站乃至上級變電站的正常運行[1-3]。因此，對變電站直流系統供電的可靠性、穩定性以及供電質量均有很高的要求。隨著變電站直流系統運行年限增長、設備老化、缺陷增多，安全可靠地實施直流系統的改造工作顯得十分迫切。

1 變電站直流系統改造的常用方法

如圖1所示，變電站直流系統由交流輸入、充電模塊、蓄電池、饋電輸出4個部分組成。當交流電源正常時，輸入的交流電通過充電模塊轉換成合格的直流電為蓄電池充電，同時為站內的直流負載供電；當交流電源停電或異常時，直流負載由蓄電池供電，保證直流負載在短時間內不失電。

圖1 變電站直流系統

雖然變電站直流系統的原理較簡單，但在改造過程中也要求不能影響對直流負載的持續供電。另外，變電站的直流系統多處在狹小的小室，改造過程中容易影響附近的運行設備，施工難度大、危險點多、風險系數高，對現場施工人員的技術和安全把控能力要求也較高[4-5]。

目前，變電站直流系統改造一般有全站停電改造法、新屏位帶電更換法、原屏位帶電更換法3種，3種改造方法的優劣比較見表1。

從表1的分析與比較可以看出，采取全站停電改造的方法代價大、影響廣，目前基本不會采用，而新屏位帶電更換法雖然彌補了停電改造的不足，但需要投入較多的人力、物力，安全風險預控難度大。3種改造方法中，原屏位帶電更換法優點突出，是目前直流系統改造工作的最理想方案。

采用原屏位帶電更換法時，臨時充電系統的實現方式目前最常用的有以下2種：一是采用充電屏與饋電屏組裝的方式，這種方式的可靠性和靈敏度較高，但是不適合場地狹小、饋線電纜接入困難的情況；二是采用臨時充電機與饋線板組裝的方式，具有設備小、組裝靈活的優點，但是因監測、報警等功能薄弱，可靠性較差。目前市場上還沒有針對改造用的臨時充電系統，此方法具有一定的局限性。如果能開發專用的直流改造設備來代替臨時充電系統，則變電站直流系統改造就能采用原屏位帶電更換法了。

2 專用充電裝置的設計

根據改造現場的實際情況，變電站直流系統改造專用充電裝置應滿足以下條件：

（1）操作簡單，應用靈活。

（2）能適應變電站直流系統現場空間狹小的特殊條件。

（3）能夠為改造現場的直流負載提供可靠的電源。

（4）具有一定的監測報警功能。

（5）充電裝置工作時，對站內其它運行設備無影響。

為了滿足改造現場場地狹小的條件，裝置設計以模塊化為主要目標，同時兼顧裝置的可靠性，裝置原理如圖2所示，分為充電模塊、綜合報警模塊、綜合控制模塊。

采用穩流、穩壓、紋波系數均達到電力行業標準要求的高頻充電模塊，本著方便、快捷的原則，充電設備接口采用即插即用的快速接口。為了兼顧今后系統容量升級的要求，充電模塊還預留了擴展口。

圖2 變電站直流系統改造專用充電裝置原理

綜合報警模塊實現了對裝置的保護及監測報警功能，以便能更好地監測改造現場設備運行狀況。配備的電涌保護器可將竄入線路的瞬時過電壓限制在系統能承受的范圍內，保證充電裝置不會因受沖擊而損壞。交流、直流電壓監測報警回路實現了交流、直流電壓的監測和異常時的發信報警功能；裝置內的直流回路絕緣監測儀可準確測量和顯示母線總電壓、正/負母線對地電壓、正/負母線對地絕緣電阻和輸出的直流電壓，當數值超限時裝置會立即發出聲光報警。

綜合控制模塊類似于直流系統的饋電屏，實現對不同容量直流負載的供電。必要時，多個控制模塊可以并列擴展使用。配備的直流空氣開關能在直流異常時可靠跳閘并發信報警，提高了模塊的可靠性。

表1 變電站直流系統3種改造方法的分析與比較

目前35kV及以上電壓等級的變電站直流系統一般有DC 110 V和DC 220 V兩種電壓等級，為此分別根據不同的直流系統電壓等級，選擇不同電壓等級的元器件，基于上述原理分別構建了適用于DC 110 V和DC 220 V電壓等級的變電站直流系統改造專用充電裝置。

3 應用驗證

裝置為2臺高頻充電模塊并聯組成的充電設備，將輸入的交流電轉換為合格的直流電。輸出的直流電經直流專用空氣開關輸至綜合報警模塊，再輸至綜合控制模塊。綜合控制模塊設2回大電流直流專用空氣開關，供外接蓄電池組專用，設4回40 A和6回20 A直流專用空氣開關，供一般直流負載使用。

變電站直流系統改造專用充電裝置研制完成后進行了測試，將裝置接入變電站直流系統并退出原系統，變電站站內直流負載運行正常，蓄電池組充放電試驗正常。

該裝置組裝方便、體積較小，其中綜合報警模塊和綜合控制模塊的尺寸為42 cm×30 cm×22 cm，非常適合改造現場狹小的工作環境，報警功能可靠，裝置性能穩定，可以實現對直流負荷不間斷供電，能有效保證直流系統改造過程不影響變電站內設備的正常運行，可以作為原屏位帶電更換法的臨時充電系統。

4 結語

結合變電站直流系統改造過程的實際情況，研制了變電站直流系統改造專用充電裝置，具有體積小、組裝方便、性能可靠的優點，適用于直流系統為DC 110 V和DC 220 V的35kV及以上電壓等級變電站的直流系統技術改造工作，解決了變電站直流系統改造過程中的難題，可實現直流系統改造過程中對負荷不間斷供電，保證了直流負載的安全、可靠運行。現場實際應用表明，該裝置還可作為變電站直流系統的備用直流系統以及應急搶修設備時使用。

[1]方健安，許慶桂.變電站直流系統改造技術探討[J].閩江學院學報，2010，31（2）∶50-51.

[2]鄭新才，周鑫.220kV變電站直流系統改造探討[J].電氣應用，2009（9）∶72-73.

[3]謝裕宏，歐陽青，劉煥強.110kV常規變電站綜合自動化改造的直流電源技術[J].電力自動化，2009（5）∶5-6.

[4]徐凱.對110kV變電站直流系統改造方案的探討[J].電力系統保護與控制，2010，38（7）∶116-118.

[5]白忠敏.現代電力工程直流系統[M].北京：中國電力出版社，2002.