多功能變電二次設備雙電源切換裝置

顏紅得，楊永旭

（云南電網有限責任公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100）

0 前言

目前僅在全站交流或直流系統進線端配置雙電源切換回路，單臺二次設備的電源并未冗余配置，存在裝置失電的安全隱患。

由于任何時候不允許無監控或無保護運行。據統計，每年由于電源回路異常造成二次設備失電的缺陷不在少數，一旦關鍵二次設備電源異常，存在保護拒動的風險，一次設備將被迫停運，嚴重影響著供電的可靠性。同時，《南網設備缺陷管理辦法》規定了自動化設備的緊急缺陷處理時限僅為2小時，時間很緊。而電源異常由于影響較大，是發生緊急缺陷的主要原因。可見，加強二次設備電源管理，對于減少缺陷的數量、提高缺陷處理效率、保障設備穩定運行意義重大。針對上述問題，小組在經過市場調查未發現適用設備的情況下，決定研制適用于電力二次設備的雙電源綜合管理裝置。

1 原因分析及確定課題

第一，變電站交流系統或直流系統已具有雙電源配置，但交流系統兩路UPS（不間斷電源）不能并列，兩套直流系統也不能并列運行，雖有雙電源配置卻無法接入終端裝置。電力二次設備的工作電源并不統一，保護、測控裝置、遠動裝置常采用220 V直流電源，后臺監控機、五防機采用220 V交流電源，網絡交換機則可以交、直流電源通用。目前市面上的雙電源切換裝置只能適用兩路交流電源，或適用于兩路24 V以下直流電源，不能適應電力二次設備復雜工作電源情況下雙電源供電需求。

第二，二次設備工作電源電壓有相關規定，明確要求工作電源過壓時，為避免損壞設備，應切斷電源。目前，交流或直流裝置的供電電源均未設計電壓檢測功能。

第三，目前市面上的雙電源切換裝置未設計裝置故障閉鎖功能，若負荷裝置內部故障跳開供電電源時，雙電源切換裝置動作轉供至另一路電源，此時另一路電源在故障情況下合閘送電，將對系統造成二次沖擊。

第四，二次設備在運行過程中經常發生軟件運行異常，需要人工重啟來排除缺陷，若能實現遠方遙控斷電重啟功能，將顯著縮短缺陷消除時間，節約大量人力成本。

針對現有二次設備供電方式的局限，基于減少二次設備失電事故的要求，結合實際工作提出了“變電二次設備雙電源綜合管理裝置”課題研究，旨在設計一種新的雙電源裝置，用于重要二次設備的雙電源供電，提供交直流通用的輸入輸出端口，同時兼具電壓監測保護、裝置故障閉鎖、遠方遙控重啟等功能。

圖1 雙電源切換裝置接線原理圖

2 原理及成果展示

原理：設計切換回路借鑒了傳統雙電源切換的接線原理，主回路為“二進一出”。兩路電源接入裝置，經繼電器相互切換后，輸出一路電源給二次設備供電。如圖1所示：電源一依次串聯繼電器K1、K2的常開接點，電源二依次串聯繼電器K3、K4的常開接點，兩路電源均分別通過兩個繼電器的兩副接點隔離切換，形成雙極聯鎖回路，保證了切換的可靠性和安全性。

裝置內部結構分層設置，分為裝置面板、切換繼電器層、布線層、控制模塊層，采用統一外殼組裝形成雙電源綜合管理裝置，方便人機交互。

圖2 雙電源切換裝置結構設計圖

本成果由小組成員全手工制作完成，將進線端子、出線端子、指示燈等功能部件統一布置在面板上，面板可通過鎖銷打開，方便接線操作和檢查回路。

3 創新點

1）“雙極連鎖式”切換原理的創新。本成果選用4個普通14腳小型繼電器，通過互鎖組合電路實現了雙電源的切換，避免了傳統雙電源切換裝置使用的延時繼電器，或復雜的機械傳動結構，縮小了設備體積。如圖1所示，此種接線方式保證電源一和電源二其中一路供電，杜絕了兩路電源的異常并列,保證了電源自動轉換的安全性。

2）同時滿足交、直流切換，并可快速轉換。本成果采用“統一母板”設計，選擇通用型快速拔插底座焊接成裝置母板，保持接線原理不變，通過更換繼電器，即可實現一套裝置同時滿足交、直流電源切換的要求。

圖3 可拔插母板的展示

4 多功能集成的創新

本成果滿足規程關于電源冗余配置要求的同時，結合日常運行維護經驗，充分考慮論證，增加了電源管理的相關功能，主要包括：

4.1 保證運行電壓穩定

按照標準，監控系統電源應在85%～110%額定值范圍內正常運行。配置了電壓監測模塊，可整定定值，當電壓不合格時自動切換到另一路電源供電，避免不合格電壓長期運行造成設備損壞。

圖4 電壓監測功能展示

4.2 裝置“故障閉鎖”功能，避免二次沖擊

將負荷裝置的“故障閉鎖”硬接點引入控制回路閉鎖雙電源功能，避免裝置故障時，投入另外一路電源造成的二次沖擊，縮小了事故范圍。

圖5 故障閉鎖功能展示

4.3 “遠方遙控”及“就地”重啟功能，提高缺陷處理效率

在設備程序需要重啟時，可通過調度OCS系統遠方遙控重啟，省去人員往返的耗時，極大提高了缺陷處理效率。

圖6 后臺監控機“遠方遙控”及裝置“就地重啟”按鈕展示

4.4 “主”回路投退功能，減少故障沖擊

第一路電源質量較好時，可選擇投入主回路功能，只要一路電源帶電，即自動切換至一路電源供電；當“主”回路功能退出時，不會自動切換，減少裝置切換次數，保障供電的穩定性。

5 結束語

本成果首創了二次設備“分布式”電源綜合管理模式，彌補了交直流系統現有配置的不足。制作了一套能夠針對單套二次設備使用的雙電源綜合管理裝置，在滿足南網技術規范相關要求的同時，填補了單套變電二次設備電源管理裝置的行業空白，真正實現電源冗余配置。

變電站智能自動化系統“無人值班+集中監控”管理模式的全面使用，對設備運行可靠性提出了更高的要求，而目前變電二次設備存在單電源供電、電源故障事件頻發等諸多問題。該課題組通過多年研究，結合實際工作經驗自主設計并動手制作了能夠有效降低二次設備失電造成電網失電事故的風險，同時有助于縮短電源異常類缺陷處理事件，提高設備運維水平，具有行業全面推廣價值。