500 kV永圣域变电站直流系统改造方案探讨

李永振，任 俊，商 聪

(内蒙古超高压供电局，呼和浩特 010080)

0 引 言

在变电站中直流系统的重要性不言而喻，其为继电保护、安全自动装置、测控装置、事故照明、UPS等设备提供可靠的电源供应。因直流系统故障造成变电站(发电厂)停电的事故屡见不鲜[1-2]，由于其重要性，在改造过程中应遵循直流系统不停电的原则，相关的保护等二次装置不能失电。500 kV永圣域变电站投产于2001年，是内蒙电网西电东送的重要枢纽变电站，变电站共有500 kV保护小室、主变及无功保护小室、220 kV 1号保护小室和220 kV 2号保护小室4个。直流系统在500 kV保护小室，采用2套充电装置、2组蓄电池组的供电方式，无3号备用充电机，且500 kV保护小室采用直流小母线方式供电，不符合“十八项反措”[3]中“330 kV及以上电压等级变电站应采用3套充电装置、2组蓄电池组的供电方式”“直流电源系统馈出网络应采用集中辐射或分层辐射供电方式，严禁采用环状供电方式”的要求、规定。

纪可可等[4]通过组建临时直流系统的方式对二滩水电站老化的一副直流系统进行改造，李健等[5]基于直流系统不停电的方式对500 kV王店变电站直流系统进行改造。本文基于永圣域变电站存在的问题和特点，结合实际情况提出如下的改造方案。

1 直流系统改造前运行方式

500 kV永圣域变电站直流系统改造工程前运行方式：1号充电机与1组蓄电池组运行于I段直流母线上，2号充电机与2组蓄电池组运行于II段直流母线上，无3号备用充电机。改造前直流系统接线方式如图1所示。

图1 改造前直流系统接线方式简图

其中，1ZK为1组充电机输出投向1组蓄电池开关/1组充电机输出投向I段母线开关；3ZK为I段母线进线投向II段母线开关；5ZK为1组蓄电池放电开关；2ZK为2组充电机输出投向2组蓄电池组开关/2组充电机输出投向II段母线开关；4ZK为II段母线进线投向I段母线开关；6ZK为2组蓄电池组放电开关。1ZK、3ZK、5ZK安装在1号直流联络屏，2ZK、4ZK、6ZK安装在2号直流联络屏。

永圣域变电站直流系统具有以下特点：

1)有1号直流联络屏和2号直流联络屏2个联络屏，两者之间连线全部通过电缆连接，屏位分布如表1所示。

2)无3号备用充电机。

3)1号充电机、2号充电机整流输出经本充电机屏端子转接分别上1号直流联络屏、2号直流联络屏母排，再由1、2号联络屏经把手转接至2号馈线屏(I段总馈线屏)和4号馈线屏(II段总馈线屏)，其余各小室直流I、II段分别引至2号馈线屏、4号馈线屏。

4)4号馈线屏备用空开位置较2号馈线屏多。

基于以上特点，经现场勘察，确定1、2号联络屏及1号充电机同时进行更换，具体方案如下。

2 直流系统改造方案

2.1 对直流系统1号联络屏(17A)、直流系统2号联络屏(16A)、直流系统1号充电机屏(18A)进行更换

1)将直流系统2号联络屏4ZK把手切换至II段母线进线投向I段母线位置，实现直流系统I、II段母线的并列。

2)将临时电缆两端分别接至2号馈线屏、4号馈线屏备用空开，两备用空开均置于合位，实现直流I、II段母线的互联。

3)在直流系统2号充电机屏端子排拆除整流输出至2号联络屏电缆，并用临时电缆接线至4号馈线屏备用空开，将空开置于合位，经空开上II段母线，为II段母线提供电源，实现2号充电机与2号联络屏的隔离。

表1 直流系统改造前后屏位对照表Table 1 Comparison of screen position before and after DC system transformation

4)在2号联络屏端子排拆除至2组蓄电池组直流线，并将至2组蓄电池组直流线转接4号馈线屏备用空开上直流II段母线，使得II段母线保持正常运行方式(直流II段母线正常运行，I段负荷由II段带)。

5)在1号联络屏端子排拆除至1组蓄电池直流线，并做好绝缘措施。

6)在1号充电机屏端子排拆除整流输出至1号联络屏电缆，并做好绝缘措施，380 V配电室断开1号充电机两路交流进线电源，在1号充电机屏端子排拆除2组交流进线，拆除1号联络屏、2号联络屏、1号充电机屏(1号联络屏、2号联络屏还有分别去2号馈线屏母排、4号馈线屏母排直流电缆带电，拆除时应注意，拆后做好绝缘措施，电缆利旧)，在原1号充电机屏、1号联络屏、2号联络屏位置分别对应安装新1号充电机屏、新直流联络屏、3号充电机屏，按照新直流系统原理图，如图2所示，完成这三面屏的屏间接线工作。

其中，1QF3为1组充电机整流输出开关；2QF3为2组充电机整流输出开关；3QF3为3组充电机整流输出至直流I段开关；3QF5为3组充电机整流输出至直流II段开关；QS为母联联络开关；1QS为1组蓄电池组输出开关；2QS为2组蓄电池组输出开关；1QF4为1组蓄电池组放电开关；2QF4为2组蓄电池组放电开关。

7)将原1号充电机的1、2路交流电源分别接入新1号充电机的端子，并进行核对工作，测试交流电源双路自投功能是否正常，打开充电机，切换直流输出把手1QF3置1，再次确认直流输出母排电压、正负极是否正确，并确认至新直流联络屏处直流线的正确性，测试母联开关QS、蓄电池输出开关1QS及2QS、蓄电池放电开关1QF4及2QF4下口输出电压是否正确，把1QF3、QS、1QS、2QS、1QF4、2QF4置0。

8)将由380 V配电室引入的两路交流电源分别接入3号充电机的交流进线端子，并进行接线核对工作，测试交流电源双路自投功能是否正常，打开充电机，分别将直流输出把手3QF3、3QF5置1，确认直流输出母排电压、正负极是否正确，并确认至新直流联络屏处直流线的正确性，切换直流输出把手3QF3、3QF5置0。

9)将原1号联络屏至2号馈线屏直流电缆接到新1号充电机直流母排(核对好正负极)，切换直流输出把手1QF3置1，将1组蓄电池线直流电缆正、负极接到新直流联络屏端子，蓄电池输出开关1QS置1，再次确认新1号充电机输出电压正常，将4号馈线屏至2号馈线屏之间的临时直流联络线所接空开置于分位再拆除，观察I段母线电压是否正常，利用新1号充电屏带I段直流负荷及1组蓄电池运行，试运行24 h，运行人员密切观察充电机输出及系统电压情况，并做好监测记录(I段母线恢复正常运行方式)。

2.2 对直流系统2号充电机屏(15A)进行更换

1)在新直流联络屏接临时直流电缆至4号馈线屏备用空开，切换直流输出把手3QF5置1，先将2组蓄电池组线至4号馈线屏备用空开断开，再拆除2组蓄电池组线并转接到新直流联络屏端子处，将蓄电池输出开关2QS置1，再次确认新3号充电机输出电压正常，将2号充电机屏至4号馈线屏临时电缆接线所接备用空开断开，再将临时电缆拆除，利用3号充电屏带II段直流负荷及2组蓄电池组运行，试运行24 h，运行人员密切观察充电机输出及系统电压情况，并做好监测记录(3号充电机带II段负荷、2组蓄电池组)。

2)在380 V配电室分别断开2号直流充电机电源2、2号直流充电机电源1，并确认交流确实已断开，用胶带包好并做好标识，在2号充电机屏端子排拆除2组交流进线，将2号充电机屏拆除，新2号充电机屏就位。

图2 新直流系统原理图

3)将原2号充电机的1、2路交流电源分别接入新2号充电机的交流进线端子，并进行核对工作，测试交流电源双路自投功能是否正常，打开充电机，切换直流输出把手2QF3置1，再次确认直流输出母排电压、正负极是否正确，切换直流输出把手2QF3置0。

4)对新2号充电机与新直流联络屏连接直流电缆，将原2号联络屏至4号馈线屏直流电缆接到新2号充电机直流母排(核对好正负极)，切换直流输出把手2QF3置1，再次确认新2号充电机输出电压正常，切换3号充电机直流输出把手3QF5置0，利用新2号充电屏带II段直流负荷及2组蓄电池组运行，试运行24 h，运行人员密切观察充电机输出及系统电压情况，并做好监测记录(II段母线恢复正常运行方式)。

2.3 500 kV保护小室直流小母线供电的方式改造

在500 kV保护小室，新增2面直流分电屏1、直流分电屏2，在2号馈线屏新敷设电缆引2路直流至直流分电屏1作为进线，4号馈线屏新敷设电缆引2路直流至直流分电屏2作为进线，确认直流分电屏供电可靠、正常。核实原二次装置电源为直流I段还是II段电源，再从直流分电屏1、直流分电屏2馈线空开引线至相应二次装置，待一串二次装置电源全部改造且供电正常后，再断开2号或4号馈线屏相应空开。

2.4 完成直流系统绝缘检查装置及通信部分安装调试

完成220 kV 1号保护小室、220 kV 2号保护小室、主变及无功保护小室的绝缘监察装置更换，实现与后台的通讯，对新绝缘监察装置进行模拟接地、交流窜入直流等试验，对新安装的直流系统充电机应进行稳压精度、纹波系数、稳流精度试验。

3 结 语

针对500 kV永圣域变电站直流系统存在的问题和特点，结合实际情况提出了具体的改造方案，考虑到该变电站在电网中的重要性，为了进一步提高该站直流系统的供电可靠性，该站改造采用“两蓄三充”的供电方式，该方案可以为类似直流系统改造提供经验及借鉴。