220kV智能變電站直流電源系統(tǒng)配置方案

吳迪

（國網(wǎng)湖北省電力公司調(diào)控中心，湖北武漢　430077）

220kV智能變電站直流電源系統(tǒng)配置方案

吳迪

（國網(wǎng)湖北省電力公司調(diào)控中心，湖北武漢430077）

直流電源系統(tǒng)是站用電源系統(tǒng)的重要組成部分，是變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)?；诖耍槍ΜF(xiàn)有直流電源系統(tǒng)中串聯(lián)蓄電池組存在的問題，提出了在220kV智能變電站中應(yīng)用一種更為可靠的并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)，并對其技術(shù)原理與配置選擇進(jìn)行詳細(xì)的說明。

智能變電站；并聯(lián)直流電源系統(tǒng)；配置方案

變電站直流電源系統(tǒng)是站用電源系統(tǒng)的重要組成部分，是變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)［1］。近年來，不斷發(fā)生由于變電站直流系統(tǒng)故障造成的電網(wǎng)事故，并且隨著大量無人值班變電站和智能變電站的投入運(yùn)行，對站用直流電源系統(tǒng)的配置和運(yùn)行管理提出了更高的挑戰(zhàn)。

1　目前變電站直流系統(tǒng)存在的主要問題

1.1串聯(lián)蓄電池組存在以下情況

①蓄電池組中只要有任何一點(diǎn)出現(xiàn)開路故障，整個蓄電池組將無法向負(fù)載供電，連接點(diǎn)松動還可能引起火災(zāi)事故；②性能最差的一只蓄電池等于蓄電池組的實際放電容量；③對蓄電池一致性要求高，需要嚴(yán)格配組，蓄電池的個體差異會嚴(yán)重影響蓄電池的充放電精度，導(dǎo)致部分電池長期過充或過放而使蓄電池使用壽命大幅下降。

1.2傳統(tǒng)電池串存在的問題

①壞掉幾只單體電池，報廢整組，成本高，電池利用率低；②蓄電池組不能在線全容量核容，開閉所數(shù)量多，電池維護(hù)工作量極大；③蓄電池組不能實現(xiàn)方便的擴(kuò)容。

2　并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)技術(shù)原理

該技術(shù)通過將12V蓄電池與匹配的AC/DC充電模塊、DC/DC升壓模塊等器件創(chuàng)新設(shè)計為“并聯(lián)智能電池組件”，并通過多只組件輸出并聯(lián)，組成滿足實際需要的間接并聯(lián)蓄電池直流系統(tǒng)。系統(tǒng)由N個組件輸出并聯(lián)組成，組件各自連接12V電池；系統(tǒng)中各組件可逐個對蓄電池自動在線核容，組件支持熱插拔，可以在線更換組件與電池，一個標(biāo)準(zhǔn)柜可以放置8個組件及相應(yīng)蓄電池。單個并聯(lián)智能電源組件基本原理圖和并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)原理圖分別見圖1和圖2［2］。

電源組件基本工作原理：組件同時接入交流電源及蓄電池，當(dāng)交流正常時，通過AC/DC電路形成內(nèi)部母線電壓，此母線電壓同時為DC/DC輸出變換器及DC/DC充電變換器提供能量，DC/DC輸出變換器產(chǎn)生DC220V或DC110V母線電壓，DC/DC充電變換器輸出12V電壓給蓄電池充電；當(dāng)交流失電時，蓄電池通過DC/DC充電變換器升壓輸出形成內(nèi)部母線電壓，使組件可以實現(xiàn)無間斷切換至蓄電池供電。

圖1　單個并聯(lián)智能電源組件基本原理圖

圖2　并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)原理圖

當(dāng)并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)需要進(jìn)行蓄電池核容時，系統(tǒng)監(jiān)控單元向系統(tǒng)中一個電源組件下發(fā)核容指令，智能變電站內(nèi)各應(yīng)用功能應(yīng)整合、集成和優(yōu)化，實現(xiàn)站內(nèi)實時、非實時的信息綜合分析與智能告警、應(yīng)支持與調(diào)度之間的信息交互，支持調(diào)度對本地各種數(shù)據(jù)、圖形的瀏覽。運(yùn)行監(jiān)視信息應(yīng)直觀、生動、逼真，貼近真實物理對象，故障信息應(yīng)形象、直觀、逼真，與實際事故場景相一致；可視化化的展示應(yīng)有利于運(yùn)行人員遠(yuǎn)方快速、準(zhǔn)確地完成操作和事故判斷。

3　并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)解決方案

3.1提高直流系統(tǒng)可靠性

并聯(lián)智能電池系統(tǒng)取代常規(guī)設(shè)計的“充電機(jī)+蓄電池組+蓄電池巡檢”直流設(shè)計模式。以多模塊并聯(lián)冗余方式，解決常規(guī)蓄電池串聯(lián)產(chǎn)生的“個體質(zhì)量影響整組”“不能在線維護(hù)”“新舊電池難以匹配”等問題，使蓄電池能在線維護(hù)，方便檢修和更換，安全性更高。

3.2提升電源系統(tǒng)配置靈活性

并聯(lián)智能電池系統(tǒng)可以實現(xiàn)靈活配置。按照負(fù)荷性質(zhì)分組，配置不同并聯(lián)用智能電池模塊組，減少負(fù)荷間干擾，提高直流電源可靠性。如將開關(guān)操作電源與保護(hù)測控裝置電源分成不同電源段，由不同多智能電池模塊并聯(lián)冗余方式分別供電，減少因開關(guān)操作產(chǎn)生的沖擊對保護(hù)測控裝置運(yùn)行的影響。

3.3實現(xiàn)直流系統(tǒng)在線維護(hù)

并聯(lián)智能電池直流系統(tǒng)可以在線進(jìn)行蓄電池充放電管理，實現(xiàn)電池的在線檢修、更換，極大減小了蓄電池的維護(hù)工作量。

3.4實現(xiàn)站用電源資源節(jié)約型設(shè)計

并聯(lián)智能電池直流系統(tǒng)可有效降低后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。此外，靈活的配置方式，降低二次設(shè)備室使用面積。從變電站直流系統(tǒng)設(shè)備的全壽命周期來看，與變電站傳統(tǒng)直流系統(tǒng)相比，可以減少蓄電池使用數(shù)量，提高電池的利用率，減少蓄電池的投資，產(chǎn)生可觀的社會經(jīng)濟(jì)效益。

4　技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

以某220kV智能變電站為例，采用并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)取代常規(guī)直流方案。該技術(shù)可進(jìn)行蓄電池在線核容管理，實現(xiàn)蓄電池的在線檢修、不停電更換，極大地減少了運(yùn)行單位的維護(hù)工作量，降低能源消耗、運(yùn)維成本、安全性更高。此外，靈活的配置方式可減少直流屏柜數(shù)量，降低二次設(shè)備室使用面積。該技術(shù)與傳統(tǒng)直流電源經(jīng)濟(jì)比較如表1所示。

表1　直流電源方案經(jīng)濟(jì)性比較表

由表1可知，與傳統(tǒng)變電站一體化電源技術(shù)方案相比，采用并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)，后期維護(hù)費(fèi)用少，全壽命周期投資成本可減少40萬元，約為全壽命周期成本的21%。

5　結(jié)語

隨著變電站無人值班、智能化建設(shè)的迅速發(fā)展，對變電站內(nèi)交直流系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)提出了更高的挑戰(zhàn)，對220kV智能變電站的直流系統(tǒng)配置方案進(jìn)行了研究，采用并聯(lián)智能直流電源系統(tǒng)的解決方案，為后續(xù)類似工程的開展提供了參考。

［1］劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計（110（66）～750kV智能變電站部分）［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［2］王杰.基于間接并聯(lián)智能電池組件的一體化電源應(yīng)用研究［J］.湖北電力，2011（z1）：98-100.

Configuration Scheme of DC Power Supply System in 220kV Intelligent Substation

Wu Di
（State Grid Hubei Electric Power Company Control Center，Wuhan Hubei 430077）

The DC power supply system is an important part of the power supply system，which is the basis of the safe and stable operation of the substation.Based on this，aiming at the problems existing in the series battery in the cur?rent DC power supply system，a more reliable parallel Intelligent DC power supply system in the 220kV Smart Substa?tion was proposed，and its technical principle and configuration options were described in detail.

intelligent substation；parallel direct current power supply system；configuration scheme

TM64

A

1003-5168（2016）08-0119-02

2016-07-11

吳迪（1978-），男，碩士，高級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。