GZDW型直流电源系统在南水北调金湖站的应用

马士磊江如春高 亮

科技推广与应用

GZDW型直流电源系统在南水北调金湖站的应用

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金湖站工程为南水北调东线一期工程运西线的第二个梯级站，位于江苏省金湖县银集镇境内，三河拦河坝下的金宝航道输水线上。该工程主要包括泵站、跨河公路桥、淮河入江水道东、西偏泓闸及套闸等建筑物，其主要任务是通过与下级洪泽站联合运行，由金宝航道、入江水道三河段向洪泽湖调水150m3/s，为洪泽湖周边及以北地区供水，并结合宝应湖地区排涝。泵站设计流量为150m3/s，安装3350ZGQ 37.5-2.45型液压全调节灯泡贯流泵机组5台套（含备机1台套），水泵叶轮直径 3.35m，单机设计流量37.5m3/s，配套电机功率2200kW，总装机容量11000kW。泵站调水设计扬程2.45m，排涝设计扬程4.70m。

金湖站高低压电气设备主要包括：1台 S11-16000KVA-110/10.5KV型主变压器及附属设备；一套ZF10-126G/2000-40型GIS组合开关及其附属设备；12台套KYN28-12高压开关柜，8台套GCS低压开关柜，2 台SCB10-630/10/0.4干式变压器及计量柜、动力柜、控制箱等附属设备。采用具有一体化设计、充电馈电合并于一个机柜里的GZDW2-200AH/220V系列直流操作电源系统。

二、系统构成

GZDW型直流电源系统是金湖站综合自动化系统中一个重要的组成部分，主要是为泵站中各开关电器的控制、信号、继电保护、自动装置等二次回路以及事故照明、动力负荷装置等专门设置的供电电源，它的好坏将直接影响整个泵站的安全稳定运行。系统主要包括交直流配电单元、避雷器、充电装置、蓄电池组、母线调压装置、微机监控装置等部分组成，如图1所示。

1.系统工作原理

系统交流输入正常时，两路交流电源通过自动切换控制电路选择其中一路输入，并通过交流配电单元给充电模块供电。充电模块将输入的交流电转换为符合要求的直流电，一方面给电池充电，另一方面给直流负载回路提供正常的工作电流。系统交流输入停电或者异常时，充电模块停止工作，由蓄电池组给直流负载回路供电。交流输入恢复正常以后，充电模块对蓄电池进行充电。通过微机监控器对整个直流电源系统实现“四遥”功能即遥测、遥信、遥控、遥调。

图1 GZDW型直流电源系统组成框图

图2 TH系列智能充电装置原理框图

2.交流配电单元

初冬时节，海埂大坝上游人如织。昆明人最亲密的“老朋友”红嘴鸥如约而至。人鸥亲密嬉戏的同时，大坝上一块显示着断面水质情况的电子版吸引着不少人关注。

两路交流输入电源通过交流配电单元后部的进线端子分别接空气开关，然后接交流接触器，通过控制电路实现两路交流电源自动切换，接触器设有电气联锁和机械联锁防止两路交流输入电源同时输入，以保证交流供电的可靠性。交流接触器的选型主要是选择电流大小和触点数量，交流接触器额定电流应是正常工作电流的1.5倍，触点的数量根据实际情况选择。

3.避雷器

防雷器主要功能是防雷和过电压保护。防雷器采用两级保护机制，在线路上实现两级防雷，有效地保护充电电源模块内部的电路不至于因为交流输入回路遭受雷击而受到损坏，提高系统的可靠性。防雷器可根据实际需要来决定取舍，一般情况下推荐使用防雷器，如果采用C、D两级防雷，应注意以下情况：

（1）C级防雷器和D级防雷器的连接距离应大于2.5m。

（2）由于压敏电阻在反应时可能导致发热或燃烧，所以设计时考虑防火和隔热。

4.充电装置

充电装置就是把交流电整流成直流电的单机装置，通常是以通过电流大小来标称（如2A模块、5A模块、10A模块、20A模块等），按冷却方式的不同也可以分为风冷模块和自冷模块，可多台并联使用，实现了N+1冗余。模块输出是110V、220V稳定可调的直流电压，模块自身有较为完善的各种保护功能如输入过压保护、输出过压保护、输出限流保护和输出短路保护等。目前金湖站采用的是石家庄通合电子有限公司自主研发的TH-230D20NZ-3型智能型高频开关电源，是专为电力系统设计的具有“四遥”功能的高频开关电源，模块采用世界领先的“谐振电压型双环控制的谐振开关电源技术”，具有体积小、重量轻、效率高、可靠性高、保护功能全等优点。配有标准RS-485接口，易于与综合自动化系统对接，模块背面装有简易风扇，无需拆装机壳就可快速更换。该产品采用了LED数码管显示、注塑面板，进一步提高了产品的可靠性和美观性。其原理框图如图2所示。

5.蓄电池组

蓄电池按电解液不同分为酸性蓄电池和碱性蓄电池，主要由正极板、负极板、电解液、隔板、蓄电池槽、蓄电池盖和其他相关部件组成。酸性蓄电池优点是端电压较高，冲击放电电流大，适用于断路器跳、合闸时的冲击负荷，缺点是在充电、自放电时会析出氧气和氢气，以及酸雾的自然挥发。碱性蓄电池无酸气腐蚀，但事故放电电流较小。金湖站采用新型的HAZE GEL型胶体阀控式密封铅酸蓄电池。此种胶体蓄电池具有以下特点：

（1）采用电池专用气相二氧化硅凝胶剂，专用复合型隔板，航天级EPDM三元乙丙橡胶本森式气阀。

（2）电池槽底部安装有专利拱形膨胀底桥，可有效防止使用过程中由于电池极板脱落物质造成的短路，消除了端子漏液隐患。

（3）采用的铜合金内螺纹端子表面镀银，进一步降低了连接电阻，同时端子的无铅化消除了铅毒隐患。

（4）富液式设计，电解液不会干涸，放电后内阻增加小，充电速度快。

（5）电池内部为胶体状态，内部无分层现象，无腐蚀性气体排放。温度范围宽，热稳定性好，无热失控现象发生。

自该电池在金湖站投运两年多以来，性能良好，运行情况稳定，实现真正意义上的免维护，大大减少了运行管理人员的维护量。

6.母线调压装置

母线调压装置就是把合闸母线电压降至一定范围形成控制母线，使控制母线能够在一定的电压范围内稳定地工作。金湖站采用的DT-2A/5-25A/35V型电压自动调节器，正常工作时，转换开关在“自动”位置，电压采集控制器工作，检测母线电压，处理后与设定值比较，当母线电压高于（低于）设定值的上限（下限）时，控制器发出信号，驱动执行继电器，通过执行继电器的分断或闭合，改变稳压硅链的降压值，确保母线电压值在规定的范围内。当“自动状态”出现故障时，可手动调节“转换开关”，按照每档7V的步值调节控制母线电压，保证控制母线的电压在规定的范围内。为保证装置可靠性，用户还可以根据自身需要选用带开路保护的DTP型电压自动调节器。

7.监控装置

直流电源智能监控系统主要任务是完成直流系统各种被监控设备和监控中心的信息交流，同时对各种被监控设备实施遥信、遥测、遥控和遥调，即对被监控设备的各种工作状态和故障、异常工况显示，主要技术数据的测量，各种控制操作指令的送达执行和设备整定值的调节，在目前推广无（少）人值守智能泵站管理模式下，智能微机监控系统的建立使维护人员对直流设备进行远方监控，及时发现设备运行的不正常状态并及时采取处理措施，这样不仅节省人力物力，而且大大提高了维护效率。直流电源微机监控系统组成如图3所示。

三、实用分析

图3 直流电源微机监控系统组成

该直流电源系统在金湖站的配置如下：根据系统实际要求选用了18只200Ah/12V胶体铅酸免维护蓄电池；设计由双回路交流配电单元、2个TH-230D20NZ-3型高频开关充电模块、直流配电单元、微机监控器组成。交流配电单元包括双回路自动切换装置和40KVA防雷器，充电装置采用N+1方式冗余，直流配电单元包括5回合闸回路、10回控制回路、9回通信回路及母线调压器；微机监控器主要包括多种监控模块，主要包括采集模块、电池巡检模块和绝缘检测模块等。该系列高频开关电源具有功率因数高、效率高、可靠性高、稳压稳流精度高，安装运行、维护方便等优点，克服了传统的相控整流电源噪声大、效率低、谐波污染大、温升高等缺点。该系统在金湖站已经投运近三年，目前运行平稳未出现任何故障，大大减少了运行维护人员的工作量。

四、结束语

南水北调金湖站直流操作电源GZDW2-200AH/220V系统投运以后，经过近三年的运行，系统性能稳定、安全、可靠性强，未发生一例因为直流电源系统引起的故障，为金湖站安全稳定运行提供了可靠的电源保障，可供类似泵站参考

（作者单位：1.江苏省洪泽湖水利工程管理处 223100 2.江苏省江都水利工程管理处 225200）