單電單充直流系統更換改造方案探討

摘 要：針對單電單充直流系統的特點，對單電單充直流系統更換改造各種可能的改造施工方案進行探討，分析各改造方案的優略，根據不同的實際情況確定最優方案的選擇。

關鍵詞：單電單充；直流系統；方案優化選擇

引言

在發電廠和變電所中，直流系統是站內二次設備和二次回路中必不可少的設備，在正常情況下為控制信號、繼電保護、自動裝置、斷路器跳合閘操作回路等提供可靠的直流電源，當發生交流電源消失事故情況下為事故照明、交流不停電電源和保護裝置等提供直流電源。直流系統可靠與否對發電廠和變電所的安全運行起著至關重要的作用，是安全運行的保證。

正是由于其在變電站中的重要作用，單電單充直流系統更換工作時存在極大的風險，容易造成直流電源失壓二次設備停運，進一步造成對應的一次設備被迫停運，影響供電可靠性的提升。鑒于此，文章針對單電單充直流系統的特點，對單電單充直流系統更換改造方案進行探討，根據不同的實際情況確定最優方案的選擇。

1 單電單充直流系統簡述

在本網區220KV及以上變電站和最近幾年新投運110kV及以下變電站都是雙電雙充直流系統：即有兩套直流充電裝置和兩套直流蓄電池，兩套直流系統互為備用，平時分列運行分別給站內設備提供直流電源，當其中一套直流系統故障或技改更換不能運行時則合上兩套直流系統之間的聯絡開關，用一套直流系統給全站設備提供直流電源。而在早期投運運行的110kV及以下變電站直流系統大多都是只有單電單充配置，即只有1套直流充電裝置和1套直流蓄電池。一些運行時間較長的直流系統設備老化運行不穩定出現的故障較多，加上一些較老型號的設備廠家已不生產，不利于維護工作。此時必然對直流系統進行改造更換。

對單電單充配置的直流系統改造過程中存在以下問題：

1.1 由于直流系統只有1套直流充電裝置和1套直流蓄電池，不像雙電雙充直流系統能臨時互為備用，所以對單電單充配置的直流系統改造時需考慮接入備用電源或對變電站設備停電更換的問題。

1.2 需帶但早期投運的變電站中，直流充電模塊與饋線端子在同一屏內組屏，蓄電池單組組屏，這就造成在更換直流系統充電、饋線裝置時，作業空間狹小。在更換過程中直流一旦發生短路、開路或接地，都有可能導致保護裝置誤動或拒動，造成大面積停電事故或電網事故。直流系統改造過程中需考慮相關防范措施。

2 單電單充直流系統更換改造解決方案

2.1 改造方案初步分析

針對單電單充配置的直流系統的特點，直流系統改造方案主要如下：

方案（1）設備停電更換直流系統

在舊直流屏拆除之前，先對新直流系統進行檢查調試，確認新系統良好后申請全站一次設備停電，因此相應的二次設備可斷開直流電源，舊直流系統完全退出運行，拆除舊直流屏后在原位置移入新直流系統，把直流負荷移接入新直流屏，完成更換改造。

此改造方案有施工風險低的優點。因為在設備停電情況下完成更換改造工作，可防止施工過程中直流發生短路、開路或接地，導致保護裝置誤動或拒動的情況出現。同時直流系統完全退出運行也大大降低了施工人員觸電的危險性。

缺點：設備停電難，在停電時間內工作強度大。此方案需申請全站一次設備停電，因牽涉停電的用戶較多，全站停電較難實現。且若全站設備能停電，考遇到電網的運行可靠性和用戶原因，全站設備停電批復時間一般是1天時間，在1天時間內完成直流舊屏柜拆除和移入新屏柜的工作，時間緊工作強度會比較大，若果前期工作準備不充分，在1天時間內可能不能完成改造工作。

方案（2）設備不停電更換直流系統

先搭建1個臨時備用直流電源系統，從臨時備用直流系統引出臨時直流電源至各饋線支路與原直流電源并接，然后拆除從原直流屏柜至各饋線的電纜，拆除舊直流屏柜移入新直流屏柜，從新直流屏柜引直流電源至各饋線支路與臨時直流電源并接，再拆除臨時備用直流電源系統。整個改造過程在一次設備不停電情況下更換直流系統。

此改造方案有減少一次設備停電、減少用戶用電損失的優點。但也存在施工風險高、施工難度大、施工工期略長的缺點。

2.2 各方案優缺點

方案1因在一次二次設備停電下完成新舊直流屏的更換改造，所以在施工過程中可以斷開各直流電源在不帶電的情況下施工，相對而言施工難度小，施工風險低，大大減低了直流失壓、短路和人身觸電的幾率。對于110KV及以下的變電站，或處于偏僻地區沒有重要用戶、易于停電的變電站，在直流系統改造時可考慮采用方案1。

方案2由于搭建1個臨時備用直流電源系統供電，在設備不停電下進行改造施工，相對而言施工難度大。在改造過程中由于需增加臨時直流電源和敷設相關臨時電纜，涉及備用直流電源與新舊直流系統并列運行的問題，增加了了直流失壓、短路和人身觸電的風險。但在110KV及以上的變電站，或不易于停電的比較重要的變電站，在直流系統改造時可考慮采用方案2。

3 設備不停電更換直流系統改造具體方法

從目前電網發展趨勢，在日益提高用電可靠性的當下，整個變電站停電施工較難實現，所以在直流系統改造時可能會更多地選擇不停電更換的方案，所以在這里側重探討方案2設備不停電更換直流系統的具體實施方法。具體方法步驟如下：

3.1 準備一組備用電池及移動充電機，和一個加裝有多個空氣開關的負載端子箱，組合成一個臨時直流電源系統。臨時直流電源系統由移動充電機和蓄電池組組成，也保證了臨時直流電源的供電可靠性。臨時直流系統見圖1所示：

圖1 臨時直流電源系統示意圖

3.2 從臨時直流電源系統敷設臨時電纜至各饋線負載屏柜。把臨時直流電源接入各饋線支路和舊直流系統并列運行。并列運行前注意通過調整備用蓄電池節數和充電機輸出電壓，把臨時直流電源系統和舊直流電源系統電壓差調至基本為零。

3.3 逐一斷開舊直流屏的饋線支路，注意在舊直流屏和各饋線負載屏柜兩端都要同時拆出。斷開舊直流屏交流輸入電源和相關接線，拆除舊直流系統。

3.4 新直流屏就位，安裝新蓄電池，接入交流輸入電源和相關接線，調試正常。

3.5 通過再次調整備用蓄電池節數和充電機輸出電壓，把臨時直流電源系統和新直流電源系統電壓差調至基本為零。

3.6 把從舊直流系統拆出的至各饋線支路的電纜接入新直流系統，臨時直流電源和新直流電源同時給各饋線支路提供直流電源，新直流系統與臨時直流電源并列運行。

3.7 拆除臨時直流電源系統完成改造工作。直流系統更換改造結構示意見圖2所示。

3.8 在施工過程中，連接蓄電池時，應注意正、負極性，進行連接和拆除工作時應對工器具進行絕緣包扎，同時采取有效措施，防止誤碰相鄰帶電設備。在放置臨時直流電源系統和臨時電纜時，應盡量放置在空置區，注意不要影響運行人員巡視和操作。更換改造過程中注意密切監視直流系統和各運行裝置電壓情況。

4 結束語

單電單充配置的直流系統改造，宜根據現場的條件和實際情況，選取采用最優的工作方案。對變電站內直流系統相關設備檢修或者更換，做到對站內二次設備少影響或者不影響，從而保證保護、測控、遠動等裝置的正常運行。近年我局對110kV望賢站及靈山站等變電站直流系統進行改造更換工作，由于難以進行全站設備停電進行施工，所以根據實際情況采取了不停電更換直流系統的改造方案，此方法效果很好，大大降低了重要設備停止供電的風險，通過對舊設備的有效隔離，減少了帶電作業的工作量，降低了整體作業難度。

參考文獻

[1]白忠敏，現代電力工程直流系統[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2]國家電網公司，直流電源系統管理規范[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]白忠敏，等，電力工程直流系統設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

作者簡介：蒙愛國（1975-），男，本科學歷，電力工程師，長期從事電力系統直流設備和繼電保護等二次設備檢修和試驗工作。