交直流一體化電源在110 kV變電站中的應用

李征

摘要：在我們國家不斷繁榮發展的今天，作為新型變電站能源系統的智能變電站交直流一體化電源系統，是在系統性整合交流與直流電源的基礎上形成的交直流一體化電源系統，有助于智能變電站安全、穩定運行的實現。以傳統110kV變電站電源系統為基礎通過創新發展而形成的交直流一體化電源系統，有著更合理的結構、更先進的技術、更方便的運行維護。建設并投產的數字化變電站相繼增加，加上全面建設的全國智能變電站試點項目，傳統變電站電源系統正在被交直流一體化電源系統取代，110kV變電站電源管理水平將會實現巨大提升。

關鍵詞：交直流;一體化;電源;110kV變電站;應用

引言

隨著社會的不斷進步，科學技術的不斷創新，110kV變電站由于其具有一定的安全性、有效性、自動化與智能化水平相對較高等優勢，在不斷提升變電站電源系統建設質量與建設水平中具有不可或缺的作用，推動了交直流一體化電源系統設計的不斷發展與完善。

關鍵詞：交直流一體化電源;110 kV變電站;應用

1交直流一體化電源簡介

交直流一體化電源系統采用智能模塊化設計，將交流直流電源、U P S、通信電源、事故照明等裝置進行一體化組合設計，共同使用直流系統的蓄電池組;微機監控系統實現統一對成套設備的各種模擬和開關信號監控，總監控單元實現統一狀態顯示和故障處理，能夠依據蓄電池組的實際運行情況，實現均、浮充狀態的自動轉換，從而達到蓄電池智能管理的目的。該組合方式是以直流電源為核心，因此本文重點介紹了直流裝置與蓄電池的施工質量控制。110 kV 變電站中使用交直流一體化電源系統是對變電站工作方式的一種創新，也是響應時代需求使電力系統重新煥發生機的手段。這項技術在實踐中的應用實例較少。110 kV 變電站是一體化電源系統發展的開端。隨著技術的進步，這項技術將逐漸拓展到更高級別的變電站中。交直流一體化電源技術來源于傳統電力系統技術，但又利用創新性理念對原有技術進行了改進，使其成為當下的熱門，同時也成為我國電力系統改革與創新的指導因素之一。雖然目前交直流一體化電源系統沒有得到廣泛應用，但發展前景值得期待。就目前發展及使用狀況來看，交直流一體化電源系統存在一些問題，如技術發展程度不高、普及率較低以及國家電網利用傳統技術的理念較為深厚等。隨著研究的不斷深入推進，交直流一體化電源系統必將占據我國電力系統的重要位置。

2交直流一體化電源在110 kV變電站中的應用優勢

2.1節約資源、優化配置

將直流電源蓄電池組、UPS蓄電池組、通信蓄電池組合并為1組蓄電池，進行統一設計，合理組屏布置，減少重復配置、節約占地空間，并對改善環境質量具有積極的作用。

2.2監控裝置

監控裝置實時監控各個子系統運行狀態，綜合分析各種數據和信息，對整個系統實施控制和管理。監控裝置包括交流電源監測模塊、直流饋線監測模塊、直流電壓監測模塊、直流絕緣監測模塊、蓄電池管理單元、UPS控制模塊、通信電源監測模塊。監控裝置作為一體化電源系統的集中監控管理單元，能夠同時監控交流電源、直流電源、UPS電源和通信電源等設備。對上與110 kV變電站站控系統通信，實現站控系統對一體化電源系統的遠程監控管理;對下與各子系統監控模塊通信，實現一體化電源系統的綜合監視和集中管理。

2.3便于統一管理

交直流一體化電源系統在運用中有一個突出特點，即減輕了管理人員的工作量。傳統110 kV變電站中，不同電流需要利用不同技術和設備進行管理。因此，工作人員在管理不同設備時，要分別具有四種設備的基礎管理知識及工作經驗。無論是日常檢查，還是維護與檢修，都是四份任務量，使得110 kV變電站的管理工作異常繁瑣。利用交直流一體化電源系統進行管理，不僅能減少工作人員的工作量，也能降低管理人員的工作難度。一體化設備可以清除了解各個設備的具體運行狀況，不需要從四個方面共同考慮。高新技術管理人員可以通過圖形界面了解多個系統的具體運行信息。當系統發生故障時，相關人員可輕易確定故障方位和故障類型。針對不同的電源子系統，利用計算機信息技術開展智能控制可保障具體運行的穩定性。統一管理是電力系統的發展趨勢，是我國電力事業朝高科技方向運行的必然結果。

2.4語言統一，開放式系統

所有子系統數據信息采用統一的信息模型及程序語言，通過以太網接口、IEC61850規約與上位機系統通信，對于不同制造商的智能設備可以實現互換、互操作，站用電源系統成為語言統一的開放式系統。

3交直流一體化電源在110 kV變電站中的應用要點

3.1DC/DC電源脫口問題

DC/DC模塊是一種將固定的直流電壓轉變為可變的直流電壓的元器件，又叫做直流斬波器。這種技術在變電站、地鐵列車以及電動車中具有十分廣泛的應用。在DC/DC應用中，交直流一體化電源系統取代了傳統的利用蓄電池組進行通信電源供電的方式，采取了DC/DC變換控制器。使用中也會發生一些故障阻礙變電站運行，如DC/DC電源故障產生負載短路，進而引發DC/DC模塊輸出裝置自帶電路放電，致使DC/DC整體模塊控制無法發揮原有作用，使通信直流母線失壓。這種故障是由模塊自身與系統運行誤差和外部原因導致的。電流產生交流失電現象時，會由直流操作電源中的蓄電池組保障控制器與變換器進行電流輸入。但是，這種方式在實踐運行中存在一些缺點，即在利用DC/DC變換器進行電流輸出時，會在電流輸出方面受到物理限制，進而引發相關的通信負載問題。DC/DC變換器電流輸出能力是有一定范圍的，所以很難在任何情況下都實現足量的電流輸出。變電站電力系統在通信裝置上需要雙路切換供電，但DC/DC變換器無法實現，導致模塊脫扣。最有效的解決措施是利用通信負載支路串饋線保護模塊，原理即利用功率較大的器件作為開關，檢測電路中通過的電流，當發生短路現象或負載現象時，通過器件跳閘防止整個電力系統遭受破壞。

3.2接地隔離問題

交流電源系統為接地系統，而直流電源系統為不接地系統，通信電源系統則必須采用聯合接地和等電位接地以保證其安全穩定運行。所以現場安裝調試時，必須注意接地系統與非接地系統之間的有效隔離，系統饋線回路應相互獨立，避免交流匯入直流而造成繼電保護或斷路器拒動或誤動的事故發生。

3.3蓄電池容量選擇問題

選擇合適的蓄電池容量，是保障整體電力系統正常運行的關鍵。蓄電池容量的選擇要遵循交直流一體化電源系統2小時事故放電時間原則，這在國家電網有關文件中被明確提出。在《國家電網公司2011年新建變電站設計補充規定》當，針對交直流一體化電源系統中的蓄電池容量進行了明確規定，目的是將變電站運行成本和安全性控制在合理范圍內。在部分較偏遠地區，變電站的蓄電池容量需要按照4小時事故放電時間進行計算。不同變電站中，站用直流電源和通信電源在后備運行上存在一定區別，一定程度上導致成本的浪費。因此，針對這一缺點將110 kV電源系統變電站中二者的放電時間統一規定為2小時。這在一定程度上緩解了通信電源后備時間對直流蓄電池容量造成的影響。蓄電池容量的選擇要滿足國家規定，并結合實際交直流一體化電源系統需求，對110 kV變電站蓄電池容量做出最合理的選擇，從而在控制成本的前提下保障變電站的穩定和安全運行。

3.4直流部分交流進線模塊化

一體化電源系統直流部分交流進線電源有兩路交流電源，交流監控單元檢測兩路交流電源供電質量，通過交流接觸器實現兩路電源的自動投切，選擇正常交流電源供電，以保證直流電源交流供電的可靠性。直流系統交流進線部分主要構成器件：交流進線斷路器、交流防雷器、交流監控器、直流總監控、交流接觸器、指示燈、端子。各個器件作為一個個體存在，型號選擇、安裝方案因人而異千差萬別，但是部分器件也是一體化電源必備器件，可作為一個整體設計為成模塊。將斷路器、接觸器、防雷器、交流監控等器件集成為一個模塊，作為一個標準化的模塊。

結語

110 kV變電站采用的交直流一體化電源是對傳統站用電源設計和管理模式的繼承和創新，符合技術導則中要求的“結構合理、技術先進、運維方便”的技術發展路線，它的體系機構和深層次應用開發還有很大的空間，110 kV變電站交直流一體化電源施工質量控制和驗收項目也是施工質量的動態管理過程，需要更新，也需要不斷探索和嘗試。

參考文獻：

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