模塊化電源系統(tǒng)的研究

劉 琳, 史繼榮

華東電力設(shè)計(jì)院有限公司 上海 200063

1 研究背景

一體化電源系統(tǒng)在變電站中具有重要地位,其可靠性與穩(wěn)定性直接影響變電站的運(yùn)維及電氣設(shè)備的安全。傳統(tǒng)的一體化電源系統(tǒng)采用功能分散性設(shè)計(jì)或者組屏模式相對(duì)獨(dú)立的方式,對(duì)于多數(shù)變電站設(shè)備而言,由于設(shè)備設(shè)計(jì)形式與調(diào)試方法不同,設(shè)備難以達(dá)到兼容性、穩(wěn)定性等相關(guān)要求。模塊化電源系統(tǒng)由預(yù)制柜體、功能單元、標(biāo)準(zhǔn)接口等組成,在工廠內(nèi)完成制作、組裝、內(nèi)部配線、調(diào)試等工作,整體運(yùn)輸至工程現(xiàn)場(chǎng),具備集中的對(duì)外接口。應(yīng)用模塊化電源系統(tǒng),既可以縮短變電站安裝調(diào)試的時(shí)間,又能夠提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。筆者對(duì)模塊化電源系統(tǒng)進(jìn)行研究。

2 模塊化建設(shè)定義

根據(jù)Q/GDW 11152—2014《智能變電站模塊化建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》,模塊化建設(shè)定義為電氣一次設(shè)備高度集成測(cè)量、控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等智能化功能,監(jiān)控、保護(hù)、通信等二次設(shè)備采用二次組合設(shè)備,一次、二次集成設(shè)備最大程度實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)規(guī)模生產(chǎn)、集成調(diào)試、模塊化配送。通過模塊化建設(shè),可以有效減少現(xiàn)場(chǎng)安裝、接線、調(diào)試工作,提高建設(shè)的質(zhì)量和效率。模塊化建設(shè)中,二次典型模塊包括站控層模塊、交直流電源模塊、通信模塊等。其中,交直流電源模塊宜包括全站的交直流系統(tǒng)、不間斷電源、逆變電源和通信電源等。

3 模塊化電源系統(tǒng)技術(shù)特征

模塊化電源系統(tǒng)由不同的功能單元組合而成,功能單元是模塊中最基本的元素。不同電壓等級(jí)變電站,設(shè)備配置差別較大,但基本功能單元是確定的。通過不同類型、不同數(shù)量的功能單元進(jìn)行排列組合,可形成適用于不同電壓等級(jí)、不同規(guī)模變電站的模塊。圖1所示為模塊化電源系統(tǒng)智能開關(guān)組件,可通過積木式疊加而形成。模塊化電源系統(tǒng)主要包括雙電源切換裝置模塊、智能饋線開關(guān)模塊、蓄電池組模塊及各類監(jiān)控管理單元模塊等。

圖1 模塊化電源系統(tǒng)智能開關(guān)組件

模塊化電源系統(tǒng)具有以下技術(shù)特征。

(1) 外形尺寸規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,不同功能類型的模塊具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸外形,安裝位置可相互替換,既可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化提前生產(chǎn),又可實(shí)現(xiàn)工廠快速組裝。在條件許可的情況下,散件發(fā)貨,現(xiàn)場(chǎng)裝配,實(shí)現(xiàn)訂貨和發(fā)貨同時(shí)進(jìn)行。

(2) 系統(tǒng)采用固定式開關(guān),這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配件可保證在不影響其它開關(guān)運(yùn)行的前提下,獨(dú)立檢修單個(gè)開關(guān)、傳感器及智能電路等配件。

(3) 各智能饋線開關(guān)組件均配置 RS485通信接口,系統(tǒng)增加饋線回路時(shí)不需進(jìn)行二次線路設(shè)計(jì)、施工,只需要進(jìn)行通信配置。

(4) 不同功能類型的模塊組合在一起,可以獲得具有疊加功能的模塊,如交流饋線智能監(jiān)控功能模塊、直流饋線智能監(jiān)控功能模塊等。

4 模塊化電源系統(tǒng)安裝要求

模塊化電源系統(tǒng)通常采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮模塊的功能單元數(shù)量、尺寸,以及柜內(nèi)檢修維護(hù)、柜體運(yùn)輸條件等,使模塊外觀整齊統(tǒng)一。功能單元采用積木式設(shè)計(jì),通過標(biāo)準(zhǔn)件安裝于模塊本體上,盡量不用或少用緊固件,使裝拆方便,可以帶電更換,即插即用。不同功能、相同外形尺寸的功能單元可以互換,更換任何一個(gè)功能單元,不影響其它模塊的正常運(yùn)行。模塊化電源系統(tǒng)熱插拔智能模塊如圖2所示,標(biāo)準(zhǔn)件安裝如圖3所示。

圖2 模塊化電源系統(tǒng)熱插拔智能模塊

圖3 模塊化電源系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件安裝

模塊化屏柜在安裝時(shí),根據(jù)線路路徑及敷設(shè)順序,預(yù)先規(guī)劃合理的模塊布線方案,有效利用線纜收納設(shè)備,合理收納線纜余長,滿足模塊內(nèi)布線整潔美觀、分區(qū)明確、標(biāo)志清晰的要求,便于運(yùn)行維護(hù)。根據(jù)內(nèi)部空間的具體情況來布置連接器插座,針數(shù)較多的連接器一般布置在模塊的底部或頂部,以確保模塊內(nèi)整體布線美觀及順利安裝布線。模塊內(nèi)布線要充分考慮電纜彎曲半徑要求,結(jié)合連接器插座安裝位置、電纜出線方式等,在模塊內(nèi)合理布置支架,以實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制電纜的支撐與固定。

5 模塊化電源系統(tǒng)接口要求

模塊化電源系統(tǒng)一般采用積木式設(shè)計(jì),各模塊設(shè)置一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。宜通過標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)現(xiàn)功能單元與模塊在電氣、通信及機(jī)械方面的連接,并支持功能單元的在線更換。模塊的接口要求如下:① 模塊底部或頂部設(shè)置統(tǒng)一、集中的對(duì)外接口,用于線纜進(jìn)出;② 模塊與外部設(shè)備之間的連接宜采用預(yù)制光纜或預(yù)制電纜;③ 預(yù)制電纜連接器宜采用防水型室外連接器或分支器結(jié)構(gòu),應(yīng)具備高強(qiáng)度金屬外殼或金屬套管保護(hù),帶拖曳孔,結(jié)構(gòu)緊湊;④ 對(duì)于雙重化配置的保護(hù),模塊內(nèi)配線及外部快速插頭均應(yīng)獨(dú)立配置。

6 模塊化電源系統(tǒng)與傳統(tǒng)配電比較

模塊化電源系統(tǒng)與傳統(tǒng)配電最大的不同之處在于,模塊化電源系統(tǒng)采用了更為靈活的功能模塊化配電方式,能夠在不影響用電的前提下,實(shí)現(xiàn)模塊的在線更換。模塊化電源系統(tǒng)中,單模塊均具備通信功能,各模塊之間只要參數(shù)信息一致,即可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。所有單個(gè)開關(guān)和模塊都可獨(dú)立檢修或更換,使設(shè)備檢修工作更加方便、快捷、安全、精確,進(jìn)而為整個(gè)電源系統(tǒng)提供了更加安全、可靠的保障。應(yīng)用模塊化電源系統(tǒng),能夠有效減少重復(fù)配置,降低一次性投資,在一定程度上減少長期設(shè)備維護(hù)成本、人力成本,并減少采購、協(xié)調(diào)管理等成本。模塊化電源系統(tǒng)與傳統(tǒng)配電的比較見表1。

表1 模塊化電源系統(tǒng)與傳統(tǒng)配電比較

7 結(jié)束語

模塊化電源系統(tǒng)已成為變電站一體化電源系統(tǒng)的發(fā)展方向,在智能變電站的系統(tǒng)升級(jí)及后續(xù)推廣建設(shè)中迎來了廣泛應(yīng)用。模塊化電源系統(tǒng)可在最大程度上實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)規(guī)模生產(chǎn)、集成調(diào)試、模塊化配送,有效減少現(xiàn)場(chǎng)安裝、接線、調(diào)試工作,不僅提高了電源系統(tǒng)的安全性、可靠性及穩(wěn)定性,而且提高了變電站建設(shè)的質(zhì)量和效率。