變電站智能型直流電源系統配置探討

楊帥

【摘 要】隨著科學技術的進步和電力事業的不斷發展，變電站更多的采用無人值守的方式，直流系統也越來越自動化、數字化，這對變電站直流系統提出了更高要求。對于變電站直流電源系統配置的相關問題，將實際直流負荷按照不同類別歸類、以便做統計處理。根據統計得出來的最終結果，可以選擇對應設備參數的最優方案。本文分析了變電站直流電源系統配置的優化方案，并對其進行了一系列的研究，希望可以為與它規模相同的變電站系統配置提供一些參考價值。

【關鍵詞】變電站；直流電源系統；配置

一、變電站直流系統

交流輸入電源主要分成兩路，工作方式為三相四線制主備。其中含有工作電源的回路為主供電回路，含有備用電源的回路為備用供電回路，這兩個回路是可以互相投切的。主電路由兩部分構成，一部分為充電模塊，主要為蓄電池進行均沖和浮充；另一部分為供電模塊，主要為控制母線提供220V直流電壓。而在蓄電池組、控制母線和充電模塊之間有電壓調節器，電壓調節器的作用為：當交流電源故障時，蓄電池組通過電壓調節器給控制母線供電；當供電模塊發生故障時，蓄電池組和充電電源通過電壓調節器給控制母線充電，從而保證控制母線供電的連續性。

直流電源系統的順利建設需要滿足以下條件：首先，能夠對電力系統的日常工作起到保障作用。它需要具備一定程度的儲存電力的功能，能夠保證在設備出現問題時，可以正常維持電力需求，使電力系統能夠保持正常運行狀態。直流電源系統或系統中設備的正常使用期限需要能夠滿足設計時的規劃。直流電源系統不僅要能夠滿足上述的一系列要求，還應該保證自己其他方面的有效價值，如：操作簡捷、使用起來較為方便、所需要的經濟成本比較低、體積較小等等。

二、直流電源系統在變電站中的作用

直流電源作為變電站重要的組成部分之一，它的設計和變電站的有效工作具有密切的聯系。在變電站中，直流電源系統是相對獨立的系統，它作為變電站內的重要控制系統，可以為繼電保護、信號裝置、自動裝置等設備提供電源，保證它們的正常運行。同時因為直流電源是獨立的電源，不需要受到其他電源的影響，在變電站中變壓器發生故障時，直流電源可以作為儲備電源使用。即使整個變電站全部發生停電意外，它依然可以保證變電站中的工作系統正常運行。同時它也可以給事故發生位置提供照明的用電，方便對故障位置的及時處理。因為直流電源系統的電量承載能力非常重要，所以直流電源必須要具備穩定、有效的特性。對于變電站的正常運行來說，直流電源系統的作用十分重要。

三、直流電源系統配置

1、充電裝置。目前大部分整流裝置都采用傳統的硅整流充電裝置，而少部分變電站直流系統中的整流充電裝置已采用高頻開關。

2、蓄電池。對于大部分變電站直流系統來說，蓄電池組只配置一套，只有少部分的配置了兩套，每套蓄電池容量也有限，超過500Ah的很少。蓄電池的形式主要有閥控式全密封鉛酸蓄電池和防酸式鉛酸蓄電池。

3、其它。傳統的直流饋線網絡以環形小母線布置為主，因此各饋線保護裝置比較復雜，大多數老變電站仍以熔斷器為主，而新變電站則以直流斷路器為主。

四、變電站直流電源系統配置優化方法

1、直流電源系統的設備優化

與我國傳統的變電站相比，變電站承載了一部分直流電的負荷，并且還需要承載其他部分的逆流電。如果在變電站正常工作時發生了直流電停電的問題，變電站的全部系統中就會產生逆流的負荷，這會對蓄電池造成非常嚴重的損壞。所以，在選擇蓄電池的類型時需要將這些問題考慮其中。在變電站直流電源系統的日常工作中，蓄電池的最大電流放電能力可以產生重要的作用，所以需要不斷提升蓄電池的基本電容量。但是這并不意味著蓄電池的電容量提升的越大越好，如果蓄電池的電容量超過了一定限度，變電站中整個直流電源系統的日常工作性能就會急劇下降。

2、充電裝置優化

一般變電站直流系統中的充電機由晶閘管相控整流和工頻變壓器及濾波裝置構成。這類充電機的缺點是一旦充電模塊發生故障，就需要停機維修，并且時間很長，這就導致蓄電池得不到充電，變電站電源處于沒有保證的危險狀態。如果采用雙電機，則會增加成本。因此，在直流系統優化時，充電機中的整流裝置可用IGBT這種高頻開關替代晶閘管。它不僅具有開關速度快、輸出容量大、輸入阻抗高的特點，還能很好的解決輸入諧波、功率因數等問題，是提高變電站自動化程度的可靠的供電裝置。為了提高系統的可靠性，電源模塊最好采用N+1冗余高頻開關，也就是說，用多個高頻開關逆變器代替充電機，使其中N個模塊承擔額定負載，剩下的一個為備用模塊。這樣，當一個模塊發生故障時，不會影響系統的運行，不需要全容量備用，這不僅減少了成本，同時也使系統的可靠性得到提高，提高其優越性。如果高頻開關和監控系統一起使用，則可通過監控系統實現充電裝置對蓄電池組的充電功能，并且，即使監控系統發生故障，充電模塊可變為均充電狀態，從而保證系統的可靠性，使系統正常工作。

3、直流饋線網絡優化

變電站直流系統饋線網絡采用輻射式，即對于220kV及以上線路和主變的元件的每套保護和控制單元，直流系統用大量單獨饋線直接向其供電。對于規模比較大，電壓等級較多的變電站，還可采用就地直接分屏的輻射式饋線網絡，即直流分屏上的兩段直流分母線直接從直流系統的兩條總母線上各引一路電源為其供電，然后直流分屏以輻射式為各套保護裝置提供兩個相互獨立的直流電源。這不僅簡化了饋線網絡，又降低了成本。

4、直流系統負載的優化

我國國家電網規定：如果變電站系統220kV或220kV以上的話，在設計的過程需要安裝兩個蓄電池組，以保證電力供應充足。如果是110kV以下的變電站系統配備一個蓄電池組就可以保證意外發生時，能夠維持正常的工作。在對直流電源系統進行設計時，設計者應該對直流電源系統能夠所應用到的相關設備進行仔細的研究，對超過負荷的相關設備進行一定程度的限制。對于同種類型的設備來說，應該選擇能耗較低的，從而有效的達到節能減排的作用。比如在直流電源的系統中在出現事故時，事故現場的信號顯示燈可以選擇LED燈具，它的耗能比較低，而且還能夠在一定程度上降低直流電源系統中蓄電池的負荷電量，它的作用對于延長直流電源系統中蓄電池的使用期限和供電的有效時間而言有著重要的意義。

結語：總之，在變電站中合理的運用直流電源系統，能夠起到對設備配置進行最大程度的優化的目的，并可以在一定時間內對變電站目前的系統功能起到改進的作用，對于直流電源系統而言，它會變得更加便捷、安全。而變電站也能夠在完成化的標準的情況下積極有效地運作，更好地為廣大居民提供電力上的服務。

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（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）