变电站直流系统网络设计优化及关键问题研究

2020-08-04贺文科

好日子（下旬） 2020年6期

贺文科

摘要：本文主要对变电站直流系统当前存在的最大问题，也就是其保护电器级差配合方面进行研究，首先研究了它的网络结构，然后对三类直流系统的网络设计相关方案进行了深入分析，由此提出了一个优化方案，那就是将设备室里的直流分电屏取消。针对三、四级直流断路器级差配合问题，从配合必要性角度出发，提出在关联型负荷共同组屏时，可不必实现级差配合的理念。最终本文找到了两种关于直流系统的最优配置方案。

关键词：变电站;直流系统;网络设计;级差配合

1 220kV 变电站直流配置方案及比较

1.1 三种配置方案

方案一：全站配置直流蓄电池，数量为两组，出口则选用熔断器。另外还有直流馈线屏，数量为两面。在设备室中，配置直流分电屏（220千瓦），数量为两面，直流分电屏（110千瓦），数量为一面。在地面，配置直流分电屏（220千瓦），数量为两面，直流分电屏（110千瓦），数量为一面。其中的主变低压侧开关柜并不进行直流分电屏的配置，选用的供电方式为直流小母线供电。在配置中的直流分电屏，每一面都设有专门的直流母线，数量为两段，如果是设置在户外的变电站，那么它的直流分电屏每一面都设有专门的直流母线，数量为一段。按照我国的《电力工程直流电源系统设计技术规程》（DL/T5044-2014）（以下都简称为《规程》），中的规定，母线的供电方式是2回直流电源进行供电，它们是源于一个蓄电池组的。

方案二：全站配置直流蓄电池，数量为两组，出口则选用熔断器。另外还有直流馈线屏，数量为两面。在设备室中，配置直流分电屏（220千瓦），数量为两面，直流分电屏（110千瓦），数量为两面，将就地直流分电屏取消。在配置中的直流分电屏，每一面都设有专门的直流母线，数量为两段。

方案三：全站配置直流蓄电池，数量为两组，出口则选用熔断器。另外还有直流馈线屏，数量为四面，取消直流分电屏。

1.2优缺点分析

前两种方案中，第一种应用最为频繁。它的优点主要是能够节约电缆，它的缺点主要是工程造价很高。而且因为直流馈线屏和分电屏距离不远，因此馈线屏的断路器很容易出现越级跳闸问题。而另一种方案和前一种相比，要少直流分电屏两面。由于必须从设备室进行直流电源的引接工作，因此会导致二次电缆的用量增加。另外，方案二中馈线屏的断路器也很容易出现越级跳闸问题，且容易造成更严重的后果。第三种方案取消了直流分电屏，在变电站的级差配置方面，由四级变成了三级，这对于级差配合是极为有利的。然而这种方案的缺点在于在它的直流馈线屏里，接线情况极为复杂，如果出现越级跳闸问题，整个直流系统都会停电。而且它的接线方式和我国规定的超过66千瓦时必须进行分电屏的设置这一规定，因此并不推荐。

2 直流系统设计关键问题分析

2.1 二、三级直流断路器的级差配合

此处指两类断路器的级差配合，一是直流分电屏（设备室中）;二是直流馈线屏。因为通常企管科下他们的电缆不长，所以当分电屏的出口出现短路问题的时候，就很容易出现越级跳闸现象。

如果在选择第二类断路器的时候，使用的是三段式的，那么它的瞬时脱扣电流能够达到。这个时候，只有它的额定电流超过250安的时候，才能够完成级差配合。而要达到这个电流值，断路器的尺寸会很大，从而导致直流馈线屏的更多空间被占据，这会影响到上一级蓄电池熔断器的型号选择。按照《规程》中的相关规定，通常情况下，如果第二类断路器的额定电流最大值为a，那么熔断器的额定电流就应该是2a到3a。在实际情况中，通常会设定为3a，也就是说当它的额定电流超过250安的时候，熔断器的额定电流超过750安，这不但于保护电器灵敏性无益，而且导致工程造价提升。

在已经投入使用的变电站里，二、三级直流断路器存在极大运行风险，因为它的级差配合存在问题。要想解决这个问题，必须优化以往直流系统网络，必须将直流分电屏取消，如此就能够避免此类断路器出现越级误动现象。直流分电屏的短路电流通常情况喜下需要达到1500安，要想实现级差配合，直流断路器需要选择三段式形式的，额定电流需要达到100安。

2.2 三、四级微型直流断路器的级差配合

如今在变电站里，通常使用微型直流断路器，它是二段式的。当最后一级直流系统出现问题之时，就会出现越级跳闸现象。

分析三、四级的微型直流断路器，要想解决其级差配合方面的问题，必须根据实际情况展开分析。观察它屏柜里的二次设备的负荷，如果是非关联型的，就一定要确保上下级的直流断路器拥有动作选择性，如果是关联型的，那么便可以将要求适当放宽。

当实际工程允许的前提下，可以将上级直流断路器设置为三段式形式或者塑壳形式。

2.3 三段式直流断路器的可靠性问题

对于当前电力系统中所采用的三段式直流断路器，其短延时功能均采用電子电路实现。电子电路一般采用电解电容元件做储能和延时用，且从成本考虑，大多采用铝电解电容。铝电解电容在使用时存在以下风险：

1）电解液泄露：电解液的泄露会造成电容的失效，不能达到储能及延时的作用，同时电解液还可能腐蚀电路板。

2）高温运行下寿命缩短：温度每升高10℃，铝电解电池的寿命缩短一半。

基于以上两点原因，在使用三段式直流断路器的变电站，应加强对直流系统的巡视与检测，保证直流断路器在事故发生时能够正常动作。

为解决三段式直流断路器在应用中存在的各种问题，已有厂家开发出基于电磁式的具有短延时特性的直流断路器。短路短延时采用电磁方式，既克服了电子元件的缺陷，提升了直流断路器的可靠性，又实现了对下级直流断路器的级差配合。

3 直流系统优化配置方案

通过分析发现，按照变电站的布置形式，最终本文找到了两种关于直流系统的最优配置方案。

3.1 总体方案介绍

首先，将设备室里的直流分电屏取消，用馈线屏给直流负荷供电。

其次，在地面，配置直流分电屏（220千瓦），数量为两面，直流分电屏（110千瓦），数量为一面。

接着，如果是设置在户外的变电站，那么它的直流分电屏每一面都设有专门的直流母线，数量为一段;如果变电站不属于户外，那么设置的直流母线数量则为两段。

最后，在组屏方案上，观察它屏柜里的二次设备的负荷，如果是关联型，那么可以将上级直流断路器设置为三段式形式。

3.2 户内（半户内）变电站直流系统配置方案

这类变电站，因为它的测控装置等都在智能控制柜中，因此和户外变电站相比，它的二次负荷更少。

在设备室里，它的直流负荷由三部分构成，一是主变保护装置;二是站内控层设施;三是主变测控装置。在它的站控层里，如果二次设备使用的直流母线电源来自于一个组，那么它就是关联型的。此时可以将上级直流断路器设置为二段式形式。如果当它的二次设备失电的时候，主变保护装置没有受到影响，那么它就是非关联型的，此时可以将上级直流断路器设置为三段式形式。

4 结论

综上所述，本文主要对变电站直流系统当前存在的最大问题，也就是其保护电器级差配合方面进行研究，找到了直流断电器的相关优化方案，不论从技术角度看，还是从经济角度看，推广价值都很高。如果从设计方面观察，需要注意三点事项。

一是必须合理选择低压电力的电缆截面。

二是在选择微型直流断路器的时候，最好选用较为成熟的产品。

三是当使用的直流断路器是三段式形式时，短延时时限二级是，三級是。