变电站直流系统改造专用充电装置的研制

易永利，杨 磊，陈建胜，林 琳

（温州电力局，浙江 温州 325000）

变电站直流系统是变电站内非常重要的二次设备。直流系统为变电站电气设备提供工作电源，它的正常与否关系到继电保护及开关能否正确动作，关系到全站乃至上级变电站的正常运行[1-3]。因此，对变电站直流系统供电的可靠性、稳定性以及供电质量均有很高的要求。随着变电站直流系统运行年限增长、设备老化、缺陷增多，安全可靠地实施直流系统的改造工作显得十分迫切。

1 变电站直流系统改造的常用方法

如图1所示，变电站直流系统由交流输入、充电模块、蓄电池、馈电输出4个部分组成。当交流电源正常时，输入的交流电通过充电模块转换成合格的直流电为蓄电池充电，同时为站内的直流负载供电；当交流电源停电或异常时，直流负载由蓄电池供电，保证直流负载在短时间内不失电。

图1 变电站直流系统

虽然变电站直流系统的原理较简单，但在改造过程中也要求不能影响对直流负载的持续供电。另外，变电站的直流系统多处在狭小的小室，改造过程中容易影响附近的运行设备，施工难度大、危险点多、风险系数高，对现场施工人员的技术和安全把控能力要求也较高[4-5]。

目前，变电站直流系统改造一般有全站停电改造法、新屏位带电更换法、原屏位带电更换法3种，3种改造方法的优劣比较见表1。

从表1的分析与比较可以看出，采取全站停电改造的方法代价大、影响广，目前基本不会采用，而新屏位带电更换法虽然弥补了停电改造的不足，但需要投入较多的人力、物力，安全风险预控难度大。3种改造方法中，原屏位带电更换法优点突出，是目前直流系统改造工作的最理想方案。

采用原屏位带电更换法时，临时充电系统的实现方式目前最常用的有以下2种：一是采用充电屏与馈电屏组装的方式，这种方式的可靠性和灵敏度较高，但是不适合场地狭小、馈线电缆接入困难的情况；二是采用临时充电机与馈线板组装的方式，具有设备小、组装灵活的优点，但是因监测、报警等功能薄弱，可靠性较差。目前市场上还没有针对改造用的临时充电系统，此方法具有一定的局限性。如果能开发专用的直流改造设备来代替临时充电系统，则变电站直流系统改造就能采用原屏位带电更换法了。

2 专用充电装置的设计

根据改造现场的实际情况，变电站直流系统改造专用充电装置应满足以下条件：

（1）操作简单，应用灵活。

（2）能适应变电站直流系统现场空间狭小的特殊条件。

（3）能够为改造现场的直流负载提供可靠的电源。

（4）具有一定的监测报警功能。

（5）充电装置工作时，对站内其它运行设备无影响。

为了满足改造现场场地狭小的条件，装置设计以模块化为主要目标，同时兼顾装置的可靠性，装置原理如图2所示，分为充电模块、综合报警模块、综合控制模块。

采用稳流、稳压、纹波系数均达到电力行业标准要求的高频充电模块，本着方便、快捷的原则，充电设备接口采用即插即用的快速接口。为了兼顾今后系统容量升级的要求，充电模块还预留了扩展口。

图2 变电站直流系统改造专用充电装置原理

综合报警模块实现了对装置的保护及监测报警功能，以便能更好地监测改造现场设备运行状况。配备的电涌保护器可将窜入线路的瞬时过电压限制在系统能承受的范围内，保证充电装置不会因受冲击而损坏。交流、直流电压监测报警回路实现了交流、直流电压的监测和异常时的发信报警功能；装置内的直流回路绝缘监测仪可准确测量和显示母线总电压、正/负母线对地电压、正/负母线对地绝缘电阻和输出的直流电压，当数值超限时装置会立即发出声光报警。

综合控制模块类似于直流系统的馈电屏，实现对不同容量直流负载的供电。必要时，多个控制模块可以并列扩展使用。配备的直流空气开关能在直流异常时可靠跳闸并发信报警，提高了模块的可靠性。

表1 变电站直流系统3种改造方法的分析与比较

目前35kV及以上电压等级的变电站直流系统一般有DC 110 V和DC 220 V两种电压等级，为此分别根据不同的直流系统电压等级，选择不同电压等级的元器件，基于上述原理分别构建了适用于DC 110 V和DC 220 V电压等级的变电站直流系统改造专用充电装置。

3 应用验证

装置为2台高频充电模块并联组成的充电设备，将输入的交流电转换为合格的直流电。输出的直流电经直流专用空气开关输至综合报警模块，再输至综合控制模块。综合控制模块设2回大电流直流专用空气开关，供外接蓄电池组专用，设4回40 A和6回20 A直流专用空气开关，供一般直流负载使用。

变电站直流系统改造专用充电装置研制完成后进行了测试，将装置接入变电站直流系统并退出原系统，变电站站内直流负载运行正常，蓄电池组充放电试验正常。

该装置组装方便、体积较小，其中综合报警模块和综合控制模块的尺寸为42 cm×30 cm×22 cm，非常适合改造现场狭小的工作环境，报警功能可靠，装置性能稳定，可以实现对直流负荷不间断供电，能有效保证直流系统改造过程不影响变电站内设备的正常运行，可以作为原屏位带电更换法的临时充电系统。

4 结语

结合变电站直流系统改造过程的实际情况，研制了变电站直流系统改造专用充电装置，具有体积小、组装方便、性能可靠的优点，适用于直流系统为DC 110 V和DC 220 V的35kV及以上电压等级变电站的直流系统技术改造工作，解决了变电站直流系统改造过程中的难题，可实现直流系统改造过程中对负荷不间断供电，保证了直流负载的安全、可靠运行。现场实际应用表明，该装置还可作为变电站直流系统的备用直流系统以及应急抢修设备时使用。

[1]方健安，许庆桂.变电站直流系统改造技术探讨[J].闽江学院学报，2010，31（2）∶50-51.

[2]郑新才，周鑫.220kV变电站直流系统改造探讨[J].电气应用，2009（9）∶72-73.

[3]谢裕宏，欧阳青，刘焕强.110kV常规变电站综合自动化改造的直流电源技术[J].电力自动化，2009（5）∶5-6.

[4]徐凯.对110kV变电站直流系统改造方案的探讨[J].电力系统保护与控制，2010，38（7）∶116-118.

[5]白忠敏.现代电力工程直流系统[M].北京：中国电力出版社，2002.