分布式直流電源在中小型開閉所中的應(yīng)用

荊門市盛和電力勘測設(shè)計有限責(zé)任公司 湖北荊門 448000

摘要：分布式直流電源是近年出現(xiàn)的一種較為新型的直流電源設(shè)備，主要應(yīng)用于小型開閉所及用戶末端，為一次開關(guān)設(shè)備（斷路器、電動負(fù)荷開關(guān)等）提供操作電源，為二次回路（微機(jī)保護(hù)、信號指示燈、電氣閉鎖等）提供可靠的工作電源。本文分析了分布式直流電源相對于常規(guī)直流屏所具備的優(yōu)點，并以實際工程為例驗證了其在配電網(wǎng)中的適用性、經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：分布式直流電源；開閉所；配電網(wǎng)

0 引言

隨著電力技術(shù)的進(jìn)步，及配電網(wǎng)的不斷發(fā)展壯大，數(shù)量眾多的開閉所、配電房應(yīng)運(yùn)而生。如何為這些配電設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的操作電源，也沒有相對統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。就目前而言，配電設(shè)備操作電源一般有兩種方式：一是配置直流屏，二是利用PT預(yù)制專用AC 220V繞組提供操作電源。直流屏電池容量大，供電可靠性較高，主要用于變電站、大型規(guī)模或處于核心地位的開閉所。但直流屏造價相對較高，對運(yùn)行環(huán)境要求嚴(yán)格，運(yùn)維復(fù)雜。后一種方式實施簡單靈活，安裝方便，投資省，主要應(yīng)用于末端中小型用戶配電室，在一些帶有保護(hù)裝置的環(huán)網(wǎng)柜、柱上永磁開關(guān)上也經(jīng)常采用。但此種方式輸出不穩(wěn)定，可靠性不高，例如當(dāng)設(shè)備發(fā)生短路故障，PT輸出電壓急劇降低，不足以提供操作電源；或者故障原因?qū)е翽T熔絲熔斷進(jìn)而造成二次繞組完全失壓，此時設(shè)備將完全失去操作電壓，將嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對于中小型用戶而言，若配置直流屏，一是占用空間大，對運(yùn)行環(huán)境要求苛刻，用戶配電室一般不會專門預(yù)留空間放置蓄電池；二是直流屏蓄電池容量一般較大，用于中小型配電室顯得過于浪費(fèi)；三是造價高，中小用戶難以接受。如果采用PT供電方式，雖然一次投資省，但此種方式可靠性不高，若是由于操作電源的問題造成設(shè)備損壞或停電事故，此時給用戶造成的損失將無法估計。綜合以上兩種方式的優(yōu)缺點，采用分布式直流電源是一種較為理想的解決方案。

1 分布式直流電源的性能及特點

1.1 分布式直流電源性能介紹

（1）工作原理

分布式直流電源在有外電的情況下，由外電源提供能量給電池充電并提供能量給長期運(yùn)行的負(fù)載；在儲能及分合閘操作時，由電池輔助提供更多的能量需求。當(dāng)交流輸入失電時，由蓄電池提供全部能量來源。

圖1.1-1 工作原理圖

（2）主要技術(shù)參數(shù)

額定交流輸入電壓：AC 220V（市電輸入）、AC 100V（PT輸入）。

額定輸出電壓：DC 24V～DC 220V 各種規(guī)格。

輸出功率：

最大持續(xù)運(yùn)行功率150W，能滿足保護(hù)裝置、信號燈等供電需求；

最大短時運(yùn)行功率（20S以內(nèi)）300W，能滿足10-35kV彈操機(jī)構(gòu)斷路器儲能供電需求；

最大瞬時功率（100ms以內(nèi)）能達(dá)到600W，能滿足10-35kV彈操機(jī)構(gòu)斷路器分合閘供電需求。

（3）外形尺寸

單臺分布式直流電源整機(jī)尺寸一般在150mm×300mm×200mm（寬×深×高）以內(nèi)，體積小，安裝方便，適于就地安裝在開關(guān)柜內(nèi)。

實物外形參考見圖1.1-2。

圖1.1-2 裝置正面及背面實物圖

1.2 分布式直流電源與直流屏、PT供電方式比較

總的來說，分布式直流電源具有體積小、重量輕、成本低、維護(hù)少、可靠性高等一系列優(yōu)點，與常規(guī)直流屏及PT供電方式相比較，優(yōu)勢如下表所示：

技術(shù)指標(biāo)分布式直流電源直流屏PT方式

供電方式分布嵌入式集中式集中式

整流方式高頻開關(guān)高頻開關(guān)無

受電方式市電、PT市電自身

冷卻方式強(qiáng)冷強(qiáng)冷自然冷卻

通信方式RS485RS485無

系統(tǒng)復(fù)雜性簡單較復(fù)雜簡單

系統(tǒng)可靠性高高低

體積小大小

重量輕重輕

維護(hù)量小大小

投資成本較低高低

2 實際應(yīng)用案例

某用戶報裝容量3500kVA，安裝2臺1250kVA及1臺1000kVA干式變壓器。擬修建配電室一座，設(shè)計接線方案為一進(jìn)三出共4臺斷路器柜，另含專用計量柜1臺，接線圖如下圖2-1所示。

圖2-1 案例一次接線圖

本配電室操作電源設(shè)計采用某公司生產(chǎn)的DUP型分布式直流電源，可供選擇的有DUP-200及DUP-500兩種型號設(shè)備，外形尺寸一致，輸出功率不同。

考慮進(jìn)線柜比較重要，故將進(jìn)線柜單獨(dú)配置一臺電源，而出線柜則可根據(jù)電源裝置功率選擇兩種不同組合方案：

斷路器臺數(shù)配置方案一配置方案二

進(jìn)線柜出線柜進(jìn)線柜出線柜

DUP-200DUP-200DUP-200DUP-500

一進(jìn)三出

共 4臺1311

方案優(yōu)缺點比較：方案一將每臺斷路器配置一臺獨(dú)立直流電源，可靠性最高；方案二將出線柜共用一臺較大功率電源，可靠性較高，投資省。

投資成本估算：

DUP-200型電源約0.8萬元/臺，DUP-500型約1.5萬元/臺。則方案一設(shè)備成本3.2萬元，方案二成本2.3萬元。若按直流屏考慮，一套100Ah直流系統(tǒng)成本最低在6萬元左右，可見本案例中采用分布式直流電源比采用直流屏至少節(jié)約一半投資，而且節(jié)省占地空間。

方案二與方案一相比投資更省，可靠性雖不如方案一，但已實際運(yùn)行可靠性已足夠高。故對用戶而言，方案二為最理想的電源配置方案。

3 結(jié)論

分布式直流電源作為一種新型的操作電源，與常規(guī)方式的電源相比具有著一系列不可比擬的優(yōu)勢。實際案例分析表明，其在中小型開閉所中的應(yīng)用能大大節(jié)省投資，且供電可靠性高，對配電網(wǎng)的發(fā)展有著極強(qiáng)的適應(yīng)性，必將在現(xiàn)階段配網(wǎng)智能化的進(jìn)程中得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊[M].第3版.北京：中國電力出版社，2005.

[2] 李志超，付威，孫劍. 分布式直流電源在配電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用探討.電工文摘，2014.