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    變電站直流電源系統(tǒng)探究

    2011-08-15 00:48:29福建龍海市供電有限公司錢小泉
    河南科技 2011年22期
    關(guān)鍵詞:直流電源蓄電池繼電保護

    福建龍海市供電有限公司 錢小泉

    變電站直流電源系統(tǒng)探究

    福建龍海市供電有限公司 錢小泉

    一、變電站直流電源的類型和特點

    1. 繼電保護直流電源。繼電保護直流電源有110 V和220 V兩種,它們供繼電保護控制和操作使用,是站內(nèi)重要的電源。由于電源輻射到站內(nèi)各個地方,為防止一次場地電位對電源系統(tǒng)的影響,繼電保護直流電源運行方式采用懸浮不接地方式。該電源直接關(guān)系到電網(wǎng)保護設(shè)備的運行, 其可靠性關(guān)系到電網(wǎng)運行的安全性。

    2. 自動化設(shè)備電源。自動化裝置大都采用交流供電,為了保證電源的可靠性,典型的電源配置均使用UPS電源供電,其直流電源采用自帶蓄電池。運行實踐證明小型UPS電源的可靠性比較差,主要原因如下。

    (1)自帶蓄電池采用小型密封鉛酸電池,使用壽命不穩(wěn)定。放置UPS在箱內(nèi)的電池更是如此,元器件的發(fā)熱大大惡化了蓄電池的工作環(huán)境,蓄電池容易發(fā)生漏液、開裂、放不出電等故障。

    (2)一般UPS從效率方面考慮,在交流部分沒有采用隔離措施,交流電源零線與電子線路零線直接相連。而在變電站發(fā)生故障時,地電位受到接地電流或雷擊電流的影響往往發(fā)生漂移,在沒有隔離措施的情況下將可能發(fā)生擊穿損壞。

    (3)UPS正常工作在旁路狀態(tài),逆變部件發(fā)生故障無法知道,其與計算機通信告警方式與大多數(shù)站內(nèi)告警系統(tǒng)無法連接。

    3.通訊直流電源。由于通訊技術(shù)專業(yè)電源標(biāo)準(zhǔn)采用48 V直流,電壓等級不同于站內(nèi)保護直流,所以歷來通訊電源完全獨立,自成系統(tǒng)。從目前通訊電源的運行情況看,其工作的電流絕大部分都在10 A左右,通訊設(shè)備的特點決定了其設(shè)備在工作中不存在沖擊性負(fù)載(開機瞬間除外), 因此完全可以集成到保護直流電源中。當(dāng)負(fù)載電流在10 A時,應(yīng)用DC/DC技術(shù),對于110 V直流系統(tǒng)來講僅增加5 A負(fù)載,對220 V直流系統(tǒng)來說就更小了,僅2.5 A。小負(fù)載48 V直流電源在保護直流系統(tǒng)供電方面具有以下優(yōu)勢:

    (1)DC/DC高頻開關(guān)電源變換技術(shù)效率均在92%以上,48V負(fù)載電流反映到110 V(或220 V)直流系統(tǒng)中電流將減少1/2(或1/4),對保護直流電源負(fù)載增加并不多。

    (2)省去了通訊蓄電池,可以把這些費用增加到保護直流中,提高直流電源的冗余。由于電源來自保護直流系統(tǒng),經(jīng)過雙重隔離,其安全性更高。

    (3)在供電可靠性方面采用模塊并聯(lián)技術(shù),目前的均流技術(shù)可以保證模塊均衡分配負(fù)載。模塊按照N+1冗余或N+2設(shè)計,即便這樣,模塊的成本仍小于傳統(tǒng)設(shè)計,因為在模塊設(shè)計中已經(jīng)不考慮蓄電池充電容量了。冗余設(shè)計大大提高了通訊電源供電的可靠性。

    (4)采用DC/DC 48 V高頻開關(guān)電源模塊,可以做到標(biāo)準(zhǔn)的48 V電壓輸出,具有極小紋波及輸出短路保護功能,其各項技術(shù)性能指標(biāo)完全滿足通訊設(shè)備的要求。

    (5)模塊電源體積小,占用空間少,可與直流電源設(shè)備共用屏位,節(jié)省屏位,降低設(shè)備投資。

    (6)維護方便,僅需更換模塊,沒有蓄電池放電工作。首先,短路電流無法從蓄電池輸出,只能靠模塊輸出和電容放電來完成,使保護開關(guān)動作隔離故障回路。其次,在保護元件失效的情況下,在帶有蓄電池的直流系統(tǒng)中將發(fā)生蓄電池熔絲熔斷,而采用DC/DC方式則由于短路導(dǎo)致開關(guān)模塊限流輸出,并無熔絲熔斷問題。

    4. 事故照明電源。過去直接使用繼電保護直流電源作為事故照明電源,在實際使用中人們發(fā)現(xiàn)這種方式給直流電源安全運行帶來潛在危害。

    5. 其他設(shè)備。五防閉鎖電源、消防電源、錄音電話電源等一些其他輔助設(shè)備在事故停電時所需電源都由變電站后備電源提供,這些電源根據(jù)不同特點歸入不同的電源類型。

    二、變電站直流電源系統(tǒng)發(fā)展趨勢

    1. 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)。當(dāng)變電站各種設(shè)備都有條件采用站內(nèi)直流系統(tǒng)電源時,其可靠性是最高的。從負(fù)載設(shè)備電源方面來講, 由于各種類型的繼電保護設(shè)備、自動化設(shè)備等一切計算機信息處理設(shè)備的內(nèi)部電源都服從IC集成電路工作標(biāo)準(zhǔn),基本統(tǒng)一,因此負(fù)載設(shè)備的電源不存在一定要交流輸入或者一定要直流輸入的特定條件,外部的電源輸入不存在哪一類型好壞之分。

    交流輸入開關(guān)電源結(jié)構(gòu):交流輸入→電磁兼容濾波器(EMI)→整流電路→濾波→高頻開關(guān)電路→電能變壓器→各級整流→各級濾波→各級直流。

    直流輸入開關(guān)電源結(jié)構(gòu):直流輸入→電磁兼容濾波器(EMI)→濾波→高頻開關(guān)電路→電能變壓器→各級整流→各級濾波→各級直流。

    2. 發(fā)展趨勢。

    (1)變電站綜合自動化設(shè)備工作電源日益向站內(nèi)保護直流靠攏,變電站已大量使用保護直流電源作為其可靠的供電電源。

    (2)在通訊設(shè)備負(fù)載不重的條件下,通過應(yīng)用DC/DC變換技術(shù),48 V直流直接從保護直流變換而來,具有很大的優(yōu)勢。

    (3)站內(nèi)交流不間斷電源集中供電, 建立主從串聯(lián)備份結(jié)構(gòu)UPS,給需要交流電源的自動化設(shè)備供電。從機備用方式可提高供電可靠性。

    三、變電站直流電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

    變電站直流電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化要做好以下工作。

    1.加強電源接口管理標(biāo)準(zhǔn)化。如,對所有接入直流系統(tǒng)的負(fù)載內(nèi)部電源的EMI對地電容的量限、開機沖擊電流的限制、電源的自啟動功能要求、電源兩側(cè)的各種干擾隔離措施的要求、電源的對地絕緣工藝技術(shù)要求等。

    2.直流系統(tǒng)中較大負(fù)載,如UPS和DC/DC48 V模塊的軟啟動要滿足相關(guān)技術(shù)要求。

    3.建立并落實電源設(shè)備運行管理制度。如關(guān)于事故照明燈具使用管理細則、關(guān)于各類負(fù)載接入的管理程序、設(shè)備的應(yīng)急處理方案、蓄電池放電管理制度的落實和放電結(jié)果分析、電源故障發(fā)生后的分析處理機制等。

    4.通過技術(shù)手段進一步對電源工作質(zhì)量和安全性能進行在線實時監(jiān)控。

    5.分析直流電源缺陷原因,對電源可靠性進行評估,并有針對性地采取具體措施。

    6.細化電源的具體接線。如,UPS主機接直流I段,UPS從機接直流II段,事故照明逆變接直流II段因為在全站失電情況下,UPS主機工作和事故照明逆變工作分別在不同直流母線上,使直流負(fù)載分配平均。48 V電源的接法同樣如此,要考慮負(fù)載的平衡分配。

    7.各電源負(fù)載之間的相互聯(lián)系和影響分析。

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