直流系統直流多支路快速接入箱的研究應用

蘇 旭，楊靜超，喻宏江，李 圣，劉 慧

（云南電網有限責任公司怒江供電局，云南 怒江 673100）

1 直流電源系統

1.1 概 念

在供電系統中，直流系統是一種十分重要的系統，普遍適用于多種類型的變電站。絕大多數變電站都需要直流供電系統作為主要設備的電力支持。例如，變電站內的控制系統、照明系統以及信號回路等都是以直流電源作為電力來源。從來源上來看，直流電源的電能大部分是由0.4 kV的交流電經過整流電路所得。經過整流后的直流電流會有一部分被儲存在變電站內的電池組內。當變電站內設備斷電且變壓器也斷電時，這些電池組可以作為儲備電源。因此，直流電源對于變電站的運行來說至關重要。大部分情況下，直流電源是作為獨立電源存在的，與外部電源相隔離，當外部交流電源處于中斷狀態時，它作為備用電源繼續支撐變電站的正常運行。

1.2 工作原理

現階段，光伏直流系統為變電站提供直流電能。基于太陽能模塊方陣，該系統可以將太陽能轉化為電能。同時，基于光伏控制器的輔助，轉換得到的電能可以直接和直流系統相連接得到穩定的直流電源。需要注意，由于太陽能輸出電壓會受到很多外在因素的影響，因此電壓大小是不確定的。當輸出電壓和直流系統的輸入電壓相匹配時，交流接觸器此時處于斷開狀態，光伏電壓可以為直流系統進行供電。若電壓不匹配，那么在光伏控制器的作用下，輸出操作會自動中斷。在這種情況下，直流系統的供電由充電器完成。總體而言，在直流系統充電的過程中，受輸入電壓的影響，光電控制器與充電器輪流工作，且能夠實現自動切換[1]。

1.3 變電站內直流電源系統更換

進入21世紀以后，我國科技水平發展迅速，在各行各業的應用上取得了較大突破。尤其是在電力行業，大量先進技術得到了推廣和使用，為電力行業的快速發展奠定了基礎。基于新技術的支持，電力行業正朝著清潔、高效以及安全的方向發展。然而，由于我國幅員遼闊，部分地區的電力水平還比較落后，依然存在一些問題尚未解決。例如，現階段我國有一些常規變電站直流系統依舊使用相控硅整流電源，這種電源在過去發揮著巨大作用，但隨著我國用電人口的激增和各個領域用電量的大幅提升，其已經不能很好地滿足當前的需求。因此，需要對它進行大面積的更換作業，然而在更換過程中如何確保變電站穩定工作成為了一個難題。直流電源的更換工作刻不容緩，更換的目的在于能夠最大限度地滿足當前的實際需求，確保直流電源的質量和可靠性。質量和可靠性是衡量直流電源的兩個重要指標，必須引起相關技術人員的高度重視[2]。

2 變電站內直流電源系統更換現狀分析

我國的電力行業一直以來都缺乏專業的更換設備，這是困擾直流電源更換的一個關鍵因素。目前，一般使用轉接箱進行直流電源更換作業[3]。然而，轉接箱并不是專門針對直流系統更換而研發的，其功能性和效率性都達不到相應的標準和要求，且不能保障作業安全。在應急搶修時，大多數情況需要在野外工作，而傳統的轉接箱由于功能冗雜、體積較大以及重量較重，并不適合野外工作。因此，當前需要研發一款針對性強、功能完善、不冗余、體積小、重量輕以及便于攜帶的專用應急轉接箱。

3 直流系統直流多支路快速接入箱研發策略

3.1 功能分析

電池充電管理界面具有一定的智能性和自動化性能，響應時間極短。同時，電池的利用周期較長，不需要頻繁更換電池，此外自動告警機制大大增加了設備的安全性。當系統存在異常時，監控系統會自動產生警告。警告包含聲音和光線兩種報警方式。

3.2 系統參數

額定交流輸入電壓為3相380 V，±20%，50 Hz，±10%的雙路電源供電。額定輸出電壓為220 V，額定輸出電流為20 A，穩壓精度≤0.2%，穩流精度≤0.5%，紋波系數≤0.1%。

3.3 技術路徑

第一，該產品具有外形美觀、體積小、便于維護、重量輕以及移動方便等特點，而且可以滿足500 kV以內所有變電站的日常運行。第二，契合程度高。設備的穩壓性能、穩流性能以及紋波性能都是根據變電站內變電直流屏的相關數據進行設計的，因此二者可以完全契合。第三，直流應急電源采用微機高頻開關電源型產品。該設備配置220 V，20（40） A整流模塊1（2）個，可借電插拔，方便更換為110 V、40 A模塊，變成110 V直流系統。第四，設備具有極低的使用門檻，同時設備具有良好的人機交互能力，液晶顯示屏上是全中文菜單，能夠幫助工作人員實時掌握項目的狀態，便于進行監控和管理。第五，系統能夠實時監控裝置的輸出電壓和電流等，并顯示到液晶屏上，同時設備還具有電池管理功能，能夠對電池進行有效管理。第六，設備具有告警機制和完善的記錄功能。告警機制是當項目進行過程中出現可控范圍外的故障時會自動發出警報。記錄功能則是會將各種數據自動進行記錄，支持查詢系統歷史故障記錄。第七，在整流模塊中可以實現液晶顯示，具有均充、自主均流、浮充以及自動限流等功能。第八，使用雙路交流電源設計裝置作為工作電源，兩路電源互為備用，直流輸出斷路器利用直流專用斷路器[4]。

3.4 項目實施的主要措施

直流系統直流多支路快速接入箱箱體采用合金材料制作，箱體重量只有鋼制件的30%，強度達到鋼制件的兩倍，滿足了運輸和搬運中的人員強度和設備使用適應性的要求。它充分利用人機工程學和材料學的成果，使得裝置適應各種場所的使用和存儲，此外加裝保護電路和傳感裝置，充分保證了設備操作人員的人身安全，可以滿足交流和直流多種需要。

3.5 應用前景

直流系統直流多支路快速接入箱的特點主要包括以下兩個方面。一方面，通過實施和應用新裝置，完全轉變了人們對傳統配電箱粗苯、簡陋的印象，給人一種新潮和科技感，人機工程優秀，專用型操作簡便。另一方面，目前無論是施工、維修還是檢驗都大量用到交直流配電箱，本裝置的成功研制易于推廣。

4 結 論

電能作為人們日常生活中接觸最多的能源，在生活中扮演著極其重要的角色。我國電力行業在發展的過程中遺留下來一些歷史問題，尤其是在變電站直流電源更換上，缺乏一種專業的、具有針對性的以及安全高效的裝置。因此，本文創新性地研發出了一種變電站直流系統更換應急裝置，通過對樣機進行測試與總結，表明該裝置性能優秀，能夠有效保證變電站直流系統的更換，促進變電站的安全穩定運轉。