變電站直流電源系統改造問題分析

王婧

【摘 要】直流電源操作系統作為一個獨立的電源，不受系統運行方式的影響，主要為高壓開關柜的直流操作機構的開關分、合閘，保護、控制回路，事故跳閘，應急照明等提供直流電源，是當代電力系統控制、保護的基礎。本文就通過分析變電站直流系統改造的必要性和改造后所取得的效果，介紹了智能高頻開關電源系統的性能特點及其各部分的作用和在改造過程中的改進情況。

【關鍵詞】變電站；直流系統；改造

隨著電力工業的迅速發展，為提高電網的供電質量，有許多常規的變電站被改成綜自站，但是改造后原有直流設備的缺點如：發熱量大、沒有遠方功能、功率因數低、體積較大等逐漸顯現出來，而原來的直流設備均采取傳統的相控電源，效率低、紋波系數大，在電磁輻射、熱輻射、噪聲等方面都不盡人意，所以必須引起足夠的重視并加以改造，使電網安全、經濟運行，并實現電力系統的自動化。

1、智能高頻開關電源系統的性能特點

為了保證智能高頻開關電源系統的質量，我們組織了多名技術人員對多個生產廠家進行了考察，了解廠家的生產工藝、規模和實驗測試手段等情況，經過“貨比三家”后，技術改造決定使用GZDW—200/220型操作電源。它是專為電力系統研制開發的新型“四遙”高頻開關電源，采取高頻軟開關技術，模塊化設計，輸出標稱電壓為220V，配有標準RS-232接口，易于與自動化系統對接，適用于各類變電站、發電廠和水電站使用。此設備有下列性能特點：

1）模塊化設計，N+1熱備，可平滑擴容。

2）監控功能完善，高智能化，采取大屏幕液晶漢字顯示，聲光告警。

3）監控系統配有標準RS-232接口，方便接入自動化系統，實施“四遙”及無人值守。

4）對蓄電池自動管理及自動維護保養，實時監測蓄電池組的端電壓，充、放電電流，自動控制均、浮充以及定期維護性均充。

2、智能高頻開關電源系統的組成及各部分作用

智能高頻開關電源系統由交流配電，絕緣檢測，監控模塊、整流模塊、調壓模塊，直流饋電等組成。

1）交流配電

為系統提供三相交流電源，監測三相電壓、電流及接觸器狀態；判斷交流輸入是否滿足系統要求，在交流輸入出現過壓、欠壓、不平衡時自動切斷有故障的一路，并切換到另一路供電，系統發出聲光告警。裝有每相通流量40kA、響應速度為25μs的三相避雷器，能有效地防止雷擊對設備造成的損壞。

2）絕緣監測

采用進口非接觸式直流微電流傳感器，利用正負母線對地的接地電阻產生的漏電流，來測量母線對地的接地電阻大小，從而判斷母線的接地故障。這一技術無須在母線上疊加任何信號，對直流母線供電不會有任何不良影響，徹底根除由直流母線對地電容所引起的誤判和漏判，對于微機接地監測技術是一重要突破。

3）調壓模塊

無論合閘母線電壓如何變化，輸出電壓都被穩定控制在220（1±0.5%）V，具有帶電拔插技術、軟開關技術和雙向調壓特性。

4）直流饋電

設有控制輸出、合閘輸出、電池輸入、閃光、事故照明、48V電源輸出等。控制母線有三種途徑供電，確保控制母線供電安全可靠。配有智能直流監控單元，可測量母線電壓、電流及開關狀態等。

5）電池巡檢儀

對電池電壓進行實時監測，將信息及時反饋到監控模塊。

3、直流系統設備改造中改進的問題

1）改進了新設備直流饋出線部分的不合理布置。

為節省投資，我們利用原來直流系統的控制、信號及合閘電路的出線，但與新設備饋出線的位置及大小都不相適應，為此，我們對新設備直流饋出線部分按現場實際情況進行了改造，使安裝更加容易，布線更為合理，運行更加可靠。

2）添加了蓄電池的放電電路。

改造后的直流系統設備經過兩年來的運行，技術指標合理，各項參數顯示正確，操作方便、直觀，自動化程度高，維護工作量大幅度減少，設備保護功能齊全，能可靠動作。反映故障及時且準確無誤，對電池能自動管理無須專人維護，設備運行穩定可靠，從未發生影響正常供電的現象。

4、智能高頻開關電源系統應用情況

改造后的直流系統與原來的直流系統相比較，性能穩定，精度高，安全、可靠，保證了油田的油氣生產，居民生活及醫院、道路等的用電，降低了噪音，改善了值班人員的工作環境，確保了變電設備安全可靠運行，產生了明顯的經濟效益和社會效益，主要體現在以下幾個方面：

1）原來的相控電源紋波系數大，其輸出含有的交流成份較大。尤其是趙村變電所最為明顯，交流成份含量更高，對二次設備影響最大，造成二次設備誤動、損壞、甚至有的設備無法正常工作。而改造后的智能高頻開關電源紋波系數很小，輸出特別穩定。

2）原來的相控電源采用硅堆調壓，硅降壓響應速度慢，反應時間為幾十毫秒，輸入電壓突變時在輸出上會產生很大的沖擊，因沖擊不穩定而易燒壞二次設備。而改造后的高頻開關電源采用無級調壓方式，響應速度快，輸入電壓突變時，模塊在200μs內調整完成，過沖小于5%。

3）原來的相控電源充電機、浮充機等噪音較大，且無降溫措施，有的變電站浮充機發熱嚴重。而改造后的智能高頻開關電源噪音小，模塊采用優質風機降溫，保證了模塊元器件正常工作，使值班人員的工作環境大大改善。

4）原來用的是鉛酸電池或鎘鎳電池，既需要專門設置蓄電池工進行維護、保養，還需要配備維護電池用的有關容器、儀表、原料、蒸餾鍋、蒸餾水等。而改造后用的是美國“理士”免維護電池，平時不需要進行一系列的維護工作，減少了人力物力。

5）原來的相控電源功率因數低，一般在0.7以下，效率在60%左右，而改造后的智能高頻開關電源功率因數達0.9以上，效率高達94%以上。

6）原來的相控電源經常出現故障，有時因無法操作送電而造成原油生產損失，如1997年9月23日某110kV變電所因直流系統故障造成越級跳閘，全站失電，燒毀35kV線路3公里，其經濟損失高達400多萬元；近幾年直流系統經常出現各種故障給油氣生產造成了很大的損失，同時也給居民用戶生活帶來不便、給工業用戶帶來巨大的經濟損失。而改造成智能高頻開關電源后，直流系統至今未發生任何事故，供電更加可靠。

7）改造后的智能高頻開關電源具有48V電源出口，為變電站的通訊網絡等提供了電源，不必另外購置專門的48V電源，減少了設備的投資和占用空間。

5、結語

綜上所述，變電站直流系統作為電力系統中的“心臟”部分，其性能和質量的好壞直接關系到機組、電網的穩定的運行和設備安全，我們只有加快實現變電站直流系統自動化改造，才能避免一系列的電網事故，使變電站直流系統朝著自動化和免維護的方向快速發展，進而加快我國的電網事業。

參考文獻：

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[2]胡磊.變電站直流電源系統維護中與保護分析[J].無線互聯科技，2011（4）

（作者單位：國網山西電力檢修公司）