变电站智能型直流电源系统配置探讨

杨帅

【摘 要】随着科学技术的进步和电力事业的不断发展，变电站更多的采用无人值守的方式，直流系统也越来越自动化、数字化，这对变电站直流系统提出了更高要求。对于变电站直流电源系统配置的相关问题，将实际直流负荷按照不同类别归类、以便做统计处理。根据统计得出来的最终结果，可以选择对应设备参数的最优方案。本文分析了变电站直流电源系统配置的优化方案，并对其进行了一系列的研究，希望可以为与它规模相同的变电站系统配置提供一些参考价值。

【关键词】变电站；直流电源系统；配置

一、变电站直流系统

交流输入电源主要分成两路，工作方式为三相四线制主备。其中含有工作电源的回路为主供电回路，含有备用电源的回路为备用供电回路，这两个回路是可以互相投切的。主电路由两部分构成，一部分为充电模块，主要为蓄电池进行均冲和浮充；另一部分为供电模块，主要为控制母线提供220V直流电压。而在蓄电池组、控制母线和充电模块之间有电压调节器，电压调节器的作用为：当交流电源故障时，蓄电池组通过电压调节器给控制母线供电；当供电模块发生故障时，蓄电池组和充电电源通过电压调节器给控制母线充电，从而保证控制母线供电的连续性。

直流电源系统的顺利建设需要满足以下条件：首先，能够对电力系统的日常工作起到保障作用。它需要具备一定程度的储存电力的功能，能够保证在设备出现问题时，可以正常维持电力需求，使电力系统能够保持正常运行状态。直流电源系统或系统中设备的正常使用期限需要能够满足设计时的规划。直流电源系统不仅要能够满足上述的一系列要求，还应该保证自己其他方面的有效价值，如：操作简捷、使用起来较为方便、所需要的经济成本比较低、体积较小等等。

二、直流电源系统在变电站中的作用

直流电源作为变电站重要的组成部分之一，它的设计和变电站的有效工作具有密切的联系。在变电站中，直流电源系统是相对独立的系统，它作为变电站内的重要控制系统，可以为继电保护、信号装置、自动装置等设备提供电源，保证它们的正常运行。同时因为直流电源是独立的电源，不需要受到其他电源的影响，在变电站中变压器发生故障时，直流电源可以作为储备电源使用。即使整个变电站全部发生停电意外，它依然可以保证变电站中的工作系统正常运行。同时它也可以给事故发生位置提供照明的用电，方便对故障位置的及时处理。因为直流电源系统的电量承载能力非常重要，所以直流电源必须要具备稳定、有效的特性。对于变电站的正常运行来说，直流电源系统的作用十分重要。

三、直流电源系统配置

1、充电装置。目前大部分整流装置都采用传统的硅整流充电装置，而少部分变电站直流系统中的整流充电装置已采用高频开关。

2、蓄电池。对于大部分变电站直流系统来说，蓄电池组只配置一套，只有少部分的配置了两套，每套蓄电池容量也有限，超过500Ah的很少。蓄电池的形式主要有阀控式全密封铅酸蓄电池和防酸式铅酸蓄电池。

3、其它。传统的直流馈线网络以环形小母线布置为主，因此各馈线保护装置比较复杂，大多数老变电站仍以熔断器为主，而新变电站则以直流断路器为主。

四、变电站直流电源系统配置优化方法

1、直流电源系统的设备优化

与我国传统的变电站相比，变电站承载了一部分直流电的负荷，并且还需要承载其他部分的逆流电。如果在变电站正常工作时发生了直流电停电的问题，变电站的全部系统中就会产生逆流的负荷，这会对蓄电池造成非常严重的损坏。所以，在选择蓄电池的类型时需要将这些问题考虑其中。在变电站直流电源系统的日常工作中，蓄电池的最大电流放电能力可以产生重要的作用，所以需要不断提升蓄电池的基本电容量。但是这并不意味着蓄电池的电容量提升的越大越好，如果蓄电池的电容量超过了一定限度，变电站中整个直流电源系统的日常工作性能就会急剧下降。

2、充电装置优化

一般变电站直流系统中的充电机由晶闸管相控整流和工频变压器及濾波装置构成。这类充电机的缺点是一旦充电模块发生故障，就需要停机维修，并且时间很长，这就导致蓄电池得不到充电，变电站电源处于没有保证的危险状态。如果采用双电机，则会增加成本。因此，在直流系统优化时，充电机中的整流装置可用IGBT这种高频开关替代晶闸管。它不仅具有开关速度快、输出容量大、输入阻抗高的特点，还能很好的解决输入谐波、功率因数等问题，是提高变电站自动化程度的可靠的供电装置。为了提高系统的可靠性，电源模块最好采用N+1冗余高频开关，也就是说，用多个高频开关逆变器代替充电机，使其中N个模块承担额定负载，剩下的一个为备用模块。这样，当一个模块发生故障时，不会影响系统的运行，不需要全容量备用，这不仅减少了成本，同时也使系统的可靠性得到提高，提高其优越性。如果高频开关和监控系统一起使用，则可通过监控系统实现充电装置对蓄电池组的充电功能，并且，即使监控系统发生故障，充电模块可变为均充电状态，从而保证系统的可靠性，使系统正常工作。

3、直流馈线网络优化

变电站直流系统馈线网络采用辐射式，即对于220kV及以上线路和主变的元件的每套保护和控制单元，直流系统用大量单独馈线直接向其供电。对于规模比较大，电压等级较多的变电站，还可采用就地直接分屏的辐射式馈线网络，即直流分屏上的两段直流分母线直接从直流系统的两条总母线上各引一路电源为其供电，然后直流分屏以辐射式为各套保护装置提供两个相互独立的直流电源。这不仅简化了馈线网络，又降低了成本。

4、直流系统负载的优化

我国国家电网规定：如果变电站系统220kV或220kV以上的话，在设计的过程需要安装两个蓄电池组，以保证电力供应充足。如果是110kV以下的变电站系统配备一个蓄电池组就可以保证意外发生时，能够维持正常的工作。在对直流电源系统进行设计时，设计者应该对直流电源系统能够所应用到的相关设备进行仔细的研究，对超过负荷的相关设备进行一定程度的限制。对于同种类型的设备来说，应该选择能耗较低的，从而有效的达到节能减排的作用。比如在直流电源的系统中在出现事故时，事故现场的信号显示灯可以选择LED灯具，它的耗能比较低，而且还能够在一定程度上降低直流电源系统中蓄电池的负荷电量，它的作用对于延长直流电源系统中蓄电池的使用期限和供电的有效时间而言有着重要的意义。

结语：总之，在变电站中合理的运用直流电源系统，能够起到对设备配置进行最大程度的优化的目的，并可以在一定时间内对变电站目前的系统功能起到改进的作用，对于直流电源系统而言，它会变得更加便捷、安全。而变电站也能够在完成化的标准的情况下积极有效地运作，更好地为广大居民提供电力上的服务。

参考文献：

[1]吴迪.220kV变电站直流电源系统配置方案[J].河南科技，2016（4）

[2]赵洪伟.电力操作直流电源系统的研究[J].华北电力大学，2014（4）

[3]朱世盘，张永超，史忠诚.变电站中高频开关电源技术应用[J].中国电力，2015（5）

（作者单位：国网山西省电力公司检修分公司）