直流系統(tǒng)直流多支路快速接入箱的研究應(yīng)用

蘇 旭，楊靜超，喻宏江，李 圣，劉 慧

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局，云南 怒江 673100）

1 直流電源系統(tǒng)

1.1 概 念

在供電系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)是一種十分重要的系統(tǒng)，普遍適用于多種類型的變電站。絕大多數(shù)變電站都需要直流供電系統(tǒng)作為主要設(shè)備的電力支持。例如，變電站內(nèi)的控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及信號(hào)回路等都是以直流電源作為電力來(lái)源。從來(lái)源上來(lái)看，直流電源的電能大部分是由0.4 kV的交流電經(jīng)過(guò)整流電路所得。經(jīng)過(guò)整流后的直流電流會(huì)有一部分被儲(chǔ)存在變電站內(nèi)的電池組內(nèi)。當(dāng)變電站內(nèi)設(shè)備斷電且變壓器也斷電時(shí)，這些電池組可以作為儲(chǔ)備電源。因此，直流電源對(duì)于變電站的運(yùn)行來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。大部分情況下，直流電源是作為獨(dú)立電源存在的，與外部電源相隔離，當(dāng)外部交流電源處于中斷狀態(tài)時(shí)，它作為備用電源繼續(xù)支撐變電站的正常運(yùn)行。

1.2 工作原理

現(xiàn)階段，光伏直流系統(tǒng)為變電站提供直流電能?；谔?yáng)能模塊方陣，該系統(tǒng)可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。同時(shí)，基于光伏控制器的輔助，轉(zhuǎn)換得到的電能可以直接和直流系統(tǒng)相連接得到穩(wěn)定的直流電源。需要注意，由于太陽(yáng)能輸出電壓會(huì)受到很多外在因素的影響，因此電壓大小是不確定的。當(dāng)輸出電壓和直流系統(tǒng)的輸入電壓相匹配時(shí)，交流接觸器此時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)，光伏電壓可以為直流系統(tǒng)進(jìn)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(huì)自動(dòng)中斷。在這種情況下，直流系統(tǒng)的供電由充電器完成。總體而言，在直流系統(tǒng)充電的過(guò)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?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)切換[1]。

1.3 變電站內(nèi)直流電源系統(tǒng)更換

進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國(guó)科技水平發(fā)展迅速，在各行各業(yè)的應(yīng)用上取得了較大突破。尤其是在電力行業(yè)，大量先進(jìn)技術(shù)得到了推廣和使用，為電力行業(yè)的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?；谛录夹g(shù)的支持，電力行業(yè)正朝著清潔、高效以及安全的方向發(fā)展。然而，由于我國(guó)幅員遼闊，部分地區(qū)的電力水平還比較落后，依然存在一些問(wèn)題尚未解決。例如，現(xiàn)階段我國(guó)有一些常規(guī)變電站直流系統(tǒng)依舊使用相控硅整流電源，這種電源在過(guò)去發(fā)揮著巨大作用，但隨著我國(guó)用電人口的激增和各個(gè)領(lǐng)域用電量的大幅提升，其已經(jīng)不能很好地滿足當(dāng)前的需求。因此，需要對(duì)它進(jìn)行大面積的更換作業(yè)，然而在更換過(guò)程中如何確保變電站穩(wěn)定工作成為了一個(gè)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(dāng)前的實(shí)際需求，確保直流電源的質(zhì)量和可靠性。質(zhì)量和可靠性是衡量直流電源的兩個(gè)重要指標(biāo)，必須引起相關(guān)技術(shù)人員的高度重視[2]。

2 變電站內(nèi)直流電源系統(tǒng)更換現(xiàn)狀分析

我國(guó)的電力行業(yè)一直以來(lái)都缺乏專業(yè)的更換設(shè)備，這是困擾直流電源更換的一個(gè)關(guān)鍵因素。目前，一般使用轉(zhuǎn)接箱進(jìn)行直流電源更換作業(yè)[3]。然而，轉(zhuǎn)接箱并不是專門(mén)針對(duì)直流系統(tǒng)更換而研發(fā)的，其功能性和效率性都達(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，且不能保障作業(yè)安全。在應(yīng)急搶修時(shí)，大多數(shù)情況需要在野外工作，而傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)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(dāng)前需要研發(fā)一款針對(duì)性強(qiáng)、功能完善、不冗余、體積小、重量輕以及便于攜帶的專用應(yīng)急轉(zhuǎn)接箱。

3 直流系統(tǒng)直流多支路快速接入箱研發(fā)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(dòng)化性能，響應(yīng)時(shí)間極短。同時(shí)，電池的利用周期較長(zhǎng)，不需要頻繁更換電池，此外自動(dòng)告警機(jī)制大大增加了設(shè)備的安全性。當(dāng)系統(tǒng)存在異常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生警告。警告包含聲音和光線兩種報(bào)警方式。

3.2 系統(tǒng)參數(shù)

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(wěn)壓精度≤0.2%，穩(wěn)流精度≤0.5%，紋波系數(shù)≤0.1%。

3.3 技術(shù)路徑

第一，該產(chǎn)品具有外形美觀、體積小、便于維護(hù)、重量輕以及移動(dòng)方便等特點(diǎn)，而且可以滿足500 kV以內(nèi)所有變電站的日常運(yùn)行。第二，契合程度高。設(shè)備的穩(wěn)壓性能、穩(wěn)流性能以及紋波性能都是根據(jù)變電站內(nèi)變電直流屏的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此二者可以完全契合。第三，直流應(yīng)急電源采用微機(jī)高頻開(kāi)關(guān)電源型產(chǎn)品。該設(shè)備配置220 V，20（40） A整流模塊1（2）個(gè)，可借電插拔，方便更換為110 V、40 A模塊，變成110 V直流系統(tǒng)。第四，設(shè)備具有極低的使用門(mén)檻，同時(shí)設(shè)備具有良好的人機(jī)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(shí)時(shí)掌握項(xiàng)目的狀態(tài)，便于進(jìn)行監(jiān)控和管理。第五，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控裝置的輸出電壓和電流等，并顯示到液晶屏上，同時(shí)設(shè)備還具有電池管理功能，能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行有效管理。第六，設(shè)備具有告警機(jī)制和完善的記錄功能。告警機(jī)制是當(dāng)項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中出現(xiàn)可控范圍外的故障時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。記錄功能則是會(huì)將各種數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行記錄，支持查詢系統(tǒng)歷史故障記錄。第七，在整流模塊中可以實(shí)現(xiàn)液晶顯示，具有均充、自主均流、浮充以及自動(dòng)限流等功能。第八，使用雙路交流電源設(shè)計(jì)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(xiàng)目實(shí)施的主要措施

直流系統(tǒng)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(qiáng)度達(dá)到鋼制件的兩倍，滿足了運(yùn)輸和搬運(yùn)中的人員強(qiáng)度和設(shè)備使用適應(yīng)性的要求。它充分利用人機(jī)工程學(xué)和材料學(xué)的成果，使得裝置適應(yīng)各種場(chǎng)所的使用和存儲(chǔ)，此外加裝保護(hù)電路和傳感裝置，充分保證了設(shè)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(yīng)用前景

直流系統(tǒng)直流多支路快速接入箱的特點(diǎn)主要包括以下兩個(gè)方面。一方面，通過(guò)實(shí)施和應(yīng)用新裝置，完全轉(zhuǎn)變了人們對(duì)傳統(tǒng)配電箱粗苯、簡(jiǎn)陋的印象，給人一種新潮和科技感，人機(jī)工程優(yōu)秀，專用型操作簡(jiǎn)便。另一方面，目前無(wú)論是施工、維修還是檢驗(yàn)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(jié) 論

電能作為人們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|最多的能源，在生活中扮演著極其重要的角色。我國(guó)電力行業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中遺留下來(lái)一些歷史問(wèn)題，尤其是在變電站直流電源更換上，缺乏一種專業(yè)的、具有針對(duì)性的以及安全高效的裝置。因此，本文創(chuàng)新性地研發(fā)出了一種變電站直流系統(tǒng)更換應(yīng)急裝置，通過(guò)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試與總結(jié)，表明該裝置性能優(yōu)秀，能夠有效保證變電站直流系統(tǒng)的更換，促進(jìn)變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。