电力设备直流系统的优化配置研究

黄昌威

摘要：以直流系统的接线方式为出发点，从蓄电池和充电装置的选择、直流系统监控装置和电压监视装置的配置等方面，阐述了直流系统的优化配置方案。

关键词：电力；设备；直流；配置

中图分类号：TM721.1文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0045－02

随着社会的发展和科学技术的不断革新，先进的科学技术被运用到各行各业中，使经济利益得到了显著提高。作为国民经济重要组成部分之一的电力行业，电力技术的革新和发展直接关系到电力公司的正常运营状况，而电力设备直流系统作为电力技术支撑点的关键因素，其优化配置就显得尤为重要。在当前大环境下，我国电力设备的直流系统配置仍然存在许多问题，导致电力安全事故频频发生，给国家经济和人民生活带来巨大的损失。因此，采取有效措施加强对电力设备直流系统的优化配置是电力公司目前亟待解决的问题。

1直流系统的接线方式

直流系统主要由母线、蓄电池、充电装置和直流馈线等基本装置组成。目前，变电站和发电厂主要采用单母线分段或单母线接线。由于变电站所采用的电压等级不同，其直流系统的接线模式也会存在一定差异。

通常情况下，低于110 kV的变电站可配置1组充电装置和蓄电池，接线方式为单母线分段或单母线，其中，单母线接线方式简单便捷，但灵敏度和可靠性相对较差；而多母线分段方式虽然接线方式较复杂，但其馈线是由不同的母线进行供电的，电池可以灵活切换至不用的母线，具有较强的灵活性和可靠性。高于110 kV（含110 k V）的变电站通常会选择2台充电装置和2组蓄电池，其接线方式以单母线分段为主，每段母线分别接在1台充电装置和1组蓄电池上，对于部分重点站台可以增加1台充电装置，并通过切换与两段母线相连接；这种接线方式相对来说最为复杂，但其灵敏度较高，运行起来具有较高的可靠性。

2直流系统的优化配置方案

2.1对蓄电池的选择

电力设备中使用的蓄电池形式主要包括阀控式全密封铅酸蓄电池和有铅酸蓄电池两种。其中，阀控式全密封铅酸蓄电池在实际运用过程中表现出以下几点优势：①具有免维护功能，使用时不需要做添酸补水和调酸密度等工作；②无酸雾、不漏液、不具有腐蚀性，不会污染环境；③在25 ℃下每天的耗电率为2%，自身损耗电流量小；④电池寿命较长，在25 ℃浮充电状态可以持续使用10年以上时间；⑤电池结构紧凑，抗震性能强，具有较好的密封性；⑥电池安装简单，大容量电池可以安装在不需要设施防酸的房间内，对房间通风性要求较低，小容量电池可以直接安装在柜子内。

近年来，阀控式全密封铅酸蓄电池在电力设备直流系统中运用得越来越广泛，逐渐取代了有铅酸蓄电池，并在电力设备直流系统中占主要地位。但需要注意的是，阀控式全密封铅酸蓄电池对电池的温度比较敏感，对充电电源的要求十分严格，不能出现过充或欠充的情况。因此，在安装设计时，应当选择稳压、稳流和自动充、放电等功能完善的装置，并在运行过程中严格监测，保证蓄电池工作的顺利进行。

2.2对充电装置的选择

充电装置的选择直接影响着蓄电池运行的可靠性，尤其是阀控式全密封铅酸蓄电池对充电装置性能的要求较高。目前，电力系统常用的充电装置主要包括晶闸管整流装置、相控式硅和高频开关式充电装置。其中，高频开关式充电装置在改建的变电站和新建变电站中使用最广泛，其输出的电压具有较高的精度，可以有效延长蓄电池的使用寿命，同时，在使用过程中还实现了N＋1输出的可能性，增强了直流系统工作的可靠性。此外，整流直流系统是由相控电源晶进行整体闸管的，其备件需要1个大小相同的硅整流模块，使用高频开关后，只需要2个高频开关模块，就可以保证直流系统的正常运行，且不需要停机进行更换，这在很大程度上降低了设备储备成本。高频开关式的相控式硅、整流装置和晶闸管整流装置技术指标比较情况见表1.

表1高频开关式的相控式硅、整流装置和晶闸管整流装置技术指标比较情况

技术指标 高频开关式整流装置 晶闸管整流装置 硅整流装置

交流电源电压/V 380 ±20% 380 ±10% 380 ±10%

直流输出电压/V 110 kV： 90～160

220 kV：180～320 110 kV： 80～160

220 kV：180～360 110 kV： 99～121

220 kV：198～250

工作频率/Hz 20～500 K 50 50

纹波系数/% 0.1～0.5 2 2～5

稳压精度 ±（0.2～0.5） ±（1～2） ±2

稳流精度 ±（0.2～0.5） ±（1～2） ±2

效率/% 90～95 60～70 20～40

功率因数 0.9～0.95 0.7 0.5

计算机监控 智能电池管理，

可实现“四摇”功能 无智能电池管理，

无“四摇”功能 无智能电池管理，

无“四摇”功能

2.3对直流系统监控装置的配置

智能型微机直流系统监控装置主要由液晶显示器、主板、A/D模块、操作键盘、输入模块和输出模块等硬件装置组成，可以较好地采集并显示直流系统中电压变送模块、高频开关整流模块、蓄电池环境温度检测模块和微机直流绝缘检测装置等显示的数据；同时还可以与系统中的设置数据进行对比分析，并加以处理，根据不同的情况实施输出控制、电池智能管理等操作。此外，智能型微机直流系统监控装置还可以通过RS485或RS232串行口，和上位机进行相关通信，接受上位机的指令，并将所采集的数据传送给上位机，从而有效实现电力设备直流系统的集中监控功能和“四遥”功能，并接受无人值班工作。

2.4电压监视和绝缘监测装置的配置

母线的电压监视和绝缘监测装置的配置主要有以下三种方法：①母线配置的充电装置拥有全部功能，不另外配用专用装置；②母线上设绝缘监测和电压监视专用装置，充电装置不设任何装置功能；③充电装置和母线上均有电压监视和绝缘监测装置的配置。电力设备中常用的电压监视和直流绝缘监测有微机型的专用装置，也有电桥原理的继电器装置。所用的微机型产品具有较高的灵敏度，正、负母线绝缘时可以监测；部分产品还带有分支回路监测装置，具有较高的应用价值。

（下转第48页）

摘要：以直流系统的接线方式为出发点，从蓄电池和充电装置的选择、直流系统监控装置和电压监视装置的配置等方面，阐述了直流系统的优化配置方案。

关键词：电力；设备；直流；配置

中图分类号：TM721.1文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0045－02

随着社会的发展和科学技术的不断革新，先进的科学技术被运用到各行各业中，使经济利益得到了显著提高。作为国民经济重要组成部分之一的电力行业，电力技术的革新和发展直接关系到电力公司的正常运营状况，而电力设备直流系统作为电力技术支撑点的关键因素，其优化配置就显得尤为重要。在当前大环境下，我国电力设备的直流系统配置仍然存在许多问题，导致电力安全事故频频发生，给国家经济和人民生活带来巨大的损失。因此，采取有效措施加强对电力设备直流系统的优化配置是电力公司目前亟待解决的问题。

1直流系统的接线方式

直流系统主要由母线、蓄电池、充电装置和直流馈线等基本装置组成。目前，变电站和发电厂主要采用单母线分段或单母线接线。由于变电站所采用的电压等级不同，其直流系统的接线模式也会存在一定差异。

通常情况下，低于110 kV的变电站可配置1组充电装置和蓄电池，接线方式为单母线分段或单母线，其中，单母线接线方式简单便捷，但灵敏度和可靠性相对较差；而多母线分段方式虽然接线方式较复杂，但其馈线是由不同的母线进行供电的，电池可以灵活切换至不用的母线，具有较强的灵活性和可靠性。高于110 kV（含110 k V）的变电站通常会选择2台充电装置和2组蓄电池，其接线方式以单母线分段为主，每段母线分别接在1台充电装置和1组蓄电池上，对于部分重点站台可以增加1台充电装置，并通过切换与两段母线相连接；这种接线方式相对来说最为复杂，但其灵敏度较高，运行起来具有较高的可靠性。

2直流系统的优化配置方案

2.1对蓄电池的选择

电力设备中使用的蓄电池形式主要包括阀控式全密封铅酸蓄电池和有铅酸蓄电池两种。其中，阀控式全密封铅酸蓄电池在实际运用过程中表现出以下几点优势：①具有免维护功能，使用时不需要做添酸补水和调酸密度等工作；②无酸雾、不漏液、不具有腐蚀性，不会污染环境；③在25 ℃下每天的耗电率为2%，自身损耗电流量小；④电池寿命较长，在25 ℃浮充电状态可以持续使用10年以上时间；⑤电池结构紧凑，抗震性能强，具有较好的密封性；⑥电池安装简单，大容量电池可以安装在不需要设施防酸的房间内，对房间通风性要求较低，小容量电池可以直接安装在柜子内。

近年来，阀控式全密封铅酸蓄电池在电力设备直流系统中运用得越来越广泛，逐渐取代了有铅酸蓄电池，并在电力设备直流系统中占主要地位。但需要注意的是，阀控式全密封铅酸蓄电池对电池的温度比较敏感，对充电电源的要求十分严格，不能出现过充或欠充的情况。因此，在安装设计时，应当选择稳压、稳流和自动充、放电等功能完善的装置，并在运行过程中严格监测，保证蓄电池工作的顺利进行。

2.2对充电装置的选择

充电装置的选择直接影响着蓄电池运行的可靠性，尤其是阀控式全密封铅酸蓄电池对充电装置性能的要求较高。目前，电力系统常用的充电装置主要包括晶闸管整流装置、相控式硅和高频开关式充电装置。其中，高频开关式充电装置在改建的变电站和新建变电站中使用最广泛，其输出的电压具有较高的精度，可以有效延长蓄电池的使用寿命，同时，在使用过程中还实现了N＋1输出的可能性，增强了直流系统工作的可靠性。此外，整流直流系统是由相控电源晶进行整体闸管的，其备件需要1个大小相同的硅整流模块，使用高频开关后，只需要2个高频开关模块，就可以保证直流系统的正常运行，且不需要停机进行更换，这在很大程度上降低了设备储备成本。高频开关式的相控式硅、整流装置和晶闸管整流装置技术指标比较情况见表1.

表1高频开关式的相控式硅、整流装置和晶闸管整流装置技术指标比较情况

技术指标 高频开关式整流装置 晶闸管整流装置 硅整流装置

交流电源电压/V 380 ±20% 380 ±10% 380 ±10%

直流输出电压/V 110 kV： 90～160

220 kV：180～320 110 kV： 80～160

220 kV：180～360 110 kV： 99～121

220 kV：198～250

工作频率/Hz 20～500 K 50 50

纹波系数/% 0.1～0.5 2 2～5

稳压精度 ±（0.2～0.5） ±（1～2） ±2

稳流精度 ±（0.2～0.5） ±（1～2） ±2

效率/% 90～95 60～70 20～40

功率因数 0.9～0.95 0.7 0.5

计算机监控 智能电池管理，

可实现“四摇”功能 无智能电池管理，

无“四摇”功能 无智能电池管理，

无“四摇”功能

2.3对直流系统监控装置的配置

智能型微机直流系统监控装置主要由液晶显示器、主板、A/D模块、操作键盘、输入模块和输出模块等硬件装置组成，可以较好地采集并显示直流系统中电压变送模块、高频开关整流模块、蓄电池环境温度检测模块和微机直流绝缘检测装置等显示的数据；同时还可以与系统中的设置数据进行对比分析，并加以处理，根据不同的情况实施输出控制、电池智能管理等操作。此外，智能型微机直流系统监控装置还可以通过RS485或RS232串行口，和上位机进行相关通信，接受上位机的指令，并将所采集的数据传送给上位机，从而有效实现电力设备直流系统的集中监控功能和“四遥”功能，并接受无人值班工作。

2.4电压监视和绝缘监测装置的配置

母线的电压监视和绝缘监测装置的配置主要有以下三种方法：①母线配置的充电装置拥有全部功能，不另外配用专用装置；②母线上设绝缘监测和电压监视专用装置，充电装置不设任何装置功能；③充电装置和母线上均有电压监视和绝缘监测装置的配置。电力设备中常用的电压监视和直流绝缘监测有微机型的专用装置，也有电桥原理的继电器装置。所用的微机型产品具有较高的灵敏度，正、负母线绝缘时可以监测；部分产品还带有分支回路监测装置，具有较高的应用价值。

（下转第48页）

摘要：以直流系统的接线方式为出发点，从蓄电池和充电装置的选择、直流系统监控装置和电压监视装置的配置等方面，阐述了直流系统的优化配置方案。

关键词：电力；设备；直流；配置

中图分类号：TM721.1文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0045－02

随着社会的发展和科学技术的不断革新，先进的科学技术被运用到各行各业中，使经济利益得到了显著提高。作为国民经济重要组成部分之一的电力行业，电力技术的革新和发展直接关系到电力公司的正常运营状况，而电力设备直流系统作为电力技术支撑点的关键因素，其优化配置就显得尤为重要。在当前大环境下，我国电力设备的直流系统配置仍然存在许多问题，导致电力安全事故频频发生，给国家经济和人民生活带来巨大的损失。因此，采取有效措施加强对电力设备直流系统的优化配置是电力公司目前亟待解决的问题。

1直流系统的接线方式

直流系统主要由母线、蓄电池、充电装置和直流馈线等基本装置组成。目前，变电站和发电厂主要采用单母线分段或单母线接线。由于变电站所采用的电压等级不同，其直流系统的接线模式也会存在一定差异。

通常情况下，低于110 kV的变电站可配置1组充电装置和蓄电池，接线方式为单母线分段或单母线，其中，单母线接线方式简单便捷，但灵敏度和可靠性相对较差；而多母线分段方式虽然接线方式较复杂，但其馈线是由不同的母线进行供电的，电池可以灵活切换至不用的母线，具有较强的灵活性和可靠性。高于110 kV（含110 k V）的变电站通常会选择2台充电装置和2组蓄电池，其接线方式以单母线分段为主，每段母线分别接在1台充电装置和1组蓄电池上，对于部分重点站台可以增加1台充电装置，并通过切换与两段母线相连接；这种接线方式相对来说最为复杂，但其灵敏度较高，运行起来具有较高的可靠性。

2直流系统的优化配置方案

2.1对蓄电池的选择

电力设备中使用的蓄电池形式主要包括阀控式全密封铅酸蓄电池和有铅酸蓄电池两种。其中，阀控式全密封铅酸蓄电池在实际运用过程中表现出以下几点优势：①具有免维护功能，使用时不需要做添酸补水和调酸密度等工作；②无酸雾、不漏液、不具有腐蚀性，不会污染环境；③在25 ℃下每天的耗电率为2%，自身损耗电流量小；④电池寿命较长，在25 ℃浮充电状态可以持续使用10年以上时间；⑤电池结构紧凑，抗震性能强，具有较好的密封性；⑥电池安装简单，大容量电池可以安装在不需要设施防酸的房间内，对房间通风性要求较低，小容量电池可以直接安装在柜子内。

近年来，阀控式全密封铅酸蓄电池在电力设备直流系统中运用得越来越广泛，逐渐取代了有铅酸蓄电池，并在电力设备直流系统中占主要地位。但需要注意的是，阀控式全密封铅酸蓄电池对电池的温度比较敏感，对充电电源的要求十分严格，不能出现过充或欠充的情况。因此，在安装设计时，应当选择稳压、稳流和自动充、放电等功能完善的装置，并在运行过程中严格监测，保证蓄电池工作的顺利进行。

2.2对充电装置的选择

充电装置的选择直接影响着蓄电池运行的可靠性，尤其是阀控式全密封铅酸蓄电池对充电装置性能的要求较高。目前，电力系统常用的充电装置主要包括晶闸管整流装置、相控式硅和高频开关式充电装置。其中，高频开关式充电装置在改建的变电站和新建变电站中使用最广泛，其输出的电压具有较高的精度，可以有效延长蓄电池的使用寿命，同时，在使用过程中还实现了N＋1输出的可能性，增强了直流系统工作的可靠性。此外，整流直流系统是由相控电源晶进行整体闸管的，其备件需要1个大小相同的硅整流模块，使用高频开关后，只需要2个高频开关模块，就可以保证直流系统的正常运行，且不需要停机进行更换，这在很大程度上降低了设备储备成本。高频开关式的相控式硅、整流装置和晶闸管整流装置技术指标比较情况见表1.

表1高频开关式的相控式硅、整流装置和晶闸管整流装置技术指标比较情况

技术指标 高频开关式整流装置 晶闸管整流装置 硅整流装置

交流电源电压/V 380 ±20% 380 ±10% 380 ±10%

直流输出电压/V 110 kV： 90～160

220 kV：180～320 110 kV： 80～160

220 kV：180～360 110 kV： 99～121

220 kV：198～250

工作频率/Hz 20～500 K 50 50

纹波系数/% 0.1～0.5 2 2～5

稳压精度 ±（0.2～0.5） ±（1～2） ±2

稳流精度 ±（0.2～0.5） ±（1～2） ±2

效率/% 90～95 60～70 20～40

功率因数 0.9～0.95 0.7 0.5

计算机监控 智能电池管理，

可实现“四摇”功能 无智能电池管理，

无“四摇”功能 无智能电池管理，

无“四摇”功能

2.3对直流系统监控装置的配置

智能型微机直流系统监控装置主要由液晶显示器、主板、A/D模块、操作键盘、输入模块和输出模块等硬件装置组成，可以较好地采集并显示直流系统中电压变送模块、高频开关整流模块、蓄电池环境温度检测模块和微机直流绝缘检测装置等显示的数据；同时还可以与系统中的设置数据进行对比分析，并加以处理，根据不同的情况实施输出控制、电池智能管理等操作。此外，智能型微机直流系统监控装置还可以通过RS485或RS232串行口，和上位机进行相关通信，接受上位机的指令，并将所采集的数据传送给上位机，从而有效实现电力设备直流系统的集中监控功能和“四遥”功能，并接受无人值班工作。

2.4电压监视和绝缘监测装置的配置

母线的电压监视和绝缘监测装置的配置主要有以下三种方法：①母线配置的充电装置拥有全部功能，不另外配用专用装置；②母线上设绝缘监测和电压监视专用装置，充电装置不设任何装置功能；③充电装置和母线上均有电压监视和绝缘监测装置的配置。电力设备中常用的电压监视和直流绝缘监测有微机型的专用装置，也有电桥原理的继电器装置。所用的微机型产品具有较高的灵敏度，正、负母线绝缘时可以监测；部分产品还带有分支回路监测装置，具有较高的应用价值。

（下转第48页）