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

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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