一种基于定制应急电源接入箱的站用电系统供电方法

郭杨，李开拓，陈昊

(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 211102)

0 引言

随着电网建设尤其是特高压交直流电网建设的推进，特高压变电站和换流站在电网中的重要性日益增强[1－5]。站用电系统作为站内设备[6－11]稳定运行的基础，其运行的可靠性备受瞩目。若发生站用电全停而无法及时恢复的情况，将对全站设备安全运行造成严重威胁。因此，当站用电仅剩一路电源供电时，应立即接入应急电源作为备用。传统的电源接入方式是将应急电源车输出电缆直接固定于站用电400 V母线上。由于应急电源车位于站用电室外，与接入低压屏柜之间距离较远，且电缆施放与接驳的过程费时费力，无法安全、迅速地完成接驳工作[12－14]。在此背景，在仅剩一路站用电甚至站用电源全部失电的情况下，将应急电源快速高效接入系统是当前特高压站运检的关注焦点。本文基于对交直流合建特高压站站用电系统的研究，提出一种基于定制应急电源接入箱的交流供电保障方案。在江苏特高压变电站的工程实践表明，该方案实用便捷，应急电源接入箱作为站用400 V交流馈线屏输出电缆与电源车输出电缆的连接点，可以有效将应急电源车电缆安全快速接入。

1 定制应急电源车接入方式

定制应急电源车的接入是否便捷可靠是站用电保障的关键。传统方式有直接接入法和U型螺栓式卡夹接线法。传统接入法是利用扳手和螺栓，将电缆接头紧固在站用电母线上事先打好的接线孔处，但该方法对铜排的机械强度和载流量有一定影响，且受开关柜内操作空间的限制，操作费力。同时，螺栓连接处易发热，容易引起电气事故[15－16]；U型螺栓式卡夹接线法，是将电缆接头分相接在外置转接装置的一端，再将另一端卡夹在母线排上，但卡夹转接装置会受母线排排列方向的限制，装拆费时，且在时间紧迫的情况下，存在因人为出错损坏柜内设备的风险。

鉴于上述方法效率不高，对不能适应于定制应急电源车电缆的高效接驳，采取预制式设计，事先将定制应急电源接入箱安装在站用电室室外道路旁，电源车可直接停靠在应急电源箱旁边，实现输出电缆与电源箱的无缝对接。

2 定制应急电源接入箱结构

应急电源接入箱的实物和内部电气接线分别如图1和图2所示。其中，应急电源箱Ⅰ路进线接电源车的主发电机，应急电源箱Ⅱ路进线对应电源车备用发电机，通常不接入。三把闸刀QS1、QS2、QS3，根据供电方式决定是否合上。两路出线分别连接至站用电400 VⅠ、Ⅱ段母线馈线屏开关，两段电缆已在箱体安装期间连接完成。应急电源车到达现场后，只需将发电机输出电缆与电源箱对应进线连接，即可完成准备工作。

图1 定制应急电源接入箱

图2 应急电源接入箱内部接线

这种接入方式具有以下优点:1)安装在应急电源车可以停放的最佳位置，实现与发电机输出电缆的无缝对接，省去电缆的现场施放工作；2)电缆连接方便，操作空间开阔，避免损坏其他运行设备的风险；3)电源接入后，运行方式灵活，可根据现场实际情况作调整。

3 相序检测

定制应急电源车的电缆在接入应急电源箱之前，应确保电缆的相序与电源箱内的接口相序一致，因为相序逆反将造成电气设备的电动机反转，进而影响设备的正常功能甚至造成设备损坏。对于相序检测，传统方法是采用3只电压表分别串接于站用电系统与电源车输出电缆之间，如果3只电压表读数从0至450 V周期性同步变化，则相序相同。该方法原理简单，但操作过程费力，且存在一定的安全隐患。

本文提出一种使用相序检测仪确定相序。3129－10型相序检测仪基于静电感应原理，利用三相电压线夹夹在通电导线上，即可判断相序的正负。在测试过程中，如果仪器面板上的相序显示灯按顺时针方向闪烁，且蜂鸣器间歇性鸣响，则电源为正序；若相序显示灯按逆时针方向闪烁，且蜂鸣器连续鸣响，则电源为负序。开展相序检测的操作方法为:

1)将检测仪电压线夹夹在站用电系统至应急电源箱的电缆上，判断此时的相序；

2)将检测仪电压线夹夹在发电机输出连接至应急电源箱的电缆上，判断此时的相序；

3)若前两步所得相序一致，则检测合格，若不一致，则调整发电机输出电缆接线顺序。

4 特高压交直流合建站站用电系统供电保障实例

4.1 变电站设备布局

目前，国内大部分特高压变电站和换流站采取独立建站的模式。作为淮沪特高压输电系统北半环重要组成部分的盱眙站和雁淮直流受端系统的淮安换流站，采取了毗邻合建的模式，该模式有利于节约土地资源，便于集约化管理，节省人力资源。两站站用电系统虽结构有所差异，但工作原理相同，应急电源接入箱在两站通用，且应急电源车等辅助设备可以在两站共同使用，互为备用，极大地保障了站用电系统的运行可靠性。全站设备布局如图3所示，其中右侧虚线框范围内为交流站设备，左侧虚线框范围内为直流站设备。

图3 全站设备分布

4.2 站用电系统运行方式分析

站用电系统分为交流站站用电系统和直流站站用电系统，各自独立运行。其接线及运行方式分别如图4和图5所示。

图4 交流站站用电系统

图5 直流站站用电系统

交流站站用电系统有2路站外电源，1路站内电源。图4中10 kV 1号站用变电源交流特高压2号183线来自站外一座35 kV变电站；10 kV 0号站用变电源交流特高压1号112线来自站外一座110 kV变电站；10 kV 2号站用变电源来自于站内连接于2号主变110 kVⅢ母线的110 kV 2号站用变10 kV侧出线电缆，属于站内供电。

直流站站用电系统有2路站内电源，1路站外电源。图5中500 kV 511B站用变电源直接引自换流站交流系统500 kVⅣ母线，属于站内供电；110 kV 113B站用变电源来自于交流站内2号主变110 kVⅣ母线的110 kV 3号站用变10 kV侧出线电缆，也属于站内供电。35 kV 31B站用变电源王特357线来自站外一座35 kV变电站。

站内一期工程安装了4个定制应急电源接入箱，分别位于交流站站用电室室外道路旁，直流站内极Ⅰ高端400 V配电室、极Ⅱ高端400 V配电室、调相机400 V配电室室外道路旁，如图3中所示。根据设计规划，二期工程还将安装3个定制应急电源接入箱，分别位于换流站内站公用400 V配电室、极Ⅰ低端400 V配电室、极Ⅱ低端400V配电室室外道路旁。

4.3 正常运行方式分析

交流站站用电系统运行方式如图4所示，400 V交流Ⅰ段母线通过401开关供电，400 V交流Ⅱ段母线通过402开关供电，403开关、404开关、母联410开关均处于热备用状态。10 kV 1号、2号站用变带负荷运行，10 kV 0号站用变处于充电状态。站内主要负荷见表1。

表1 交流站站用电系统负荷分配表

直流站站用电系统运行方式如图5所示，10 kV 1号母线通过D101开关供电，10 kV 2号母线通过D102开关供电，10 kV 0号母线通过D103开关充电，母联D110、D120开关处于热备用状态。站内负荷集中输出点位于6个小室内，分别是极Ⅰ高端400 V配电室、极Ⅰ低端400 V配电室、极Ⅱ高端400 V配电室、极Ⅱ低端400 V配电室、站公用400 V配电室、调相机400 V配电室。每个配电室内均有2台10 kV站用变，其电源分别引自10 kV 1号母线和10 kV 2号母线，2台10 kV站用变低压侧分别连接两段400 V负荷母线，且两段母线分列运行，400 V母联开关处于热备用状态。站内主要负荷见表2。

表2 直流站站用电系统负荷分配表

4.4 交流站站用电系统异常运行方式分析

当受恶劣天气、外力破坏、负荷异常波动[17－18]等因素影响时，交流站用电系统可能出现失去一路电源至失去所有电源等多种异常情况，着重讨论失去不同数量电源情况下站用电系统运行方式的调整及应急电源接入系统的应用。由于站用电系统站外电源失电的可能性要远高于站内电源，优先讨论站外电源失电的情况。

4.4.1 失去一路电源运行方式分析

在图4中，当站用电系统失去一路站外电源时，如183线因恶劣天气失电，401开关跳闸，400 V交流Ⅰ段母线将由403开关供电，站内立即通知地方供电公司加强对112线的保电工作，防止再失去一路站外电源。

4.4.2 失去两路电源运行方式分析

当站用电系统失去两路站外电源时，例如183线和112线因恶劣天气先后失电，剩余10 kV 2号站用变将通过402开关、母联410开关为400 VⅠ、Ⅱ段母线供电。同时，立即将电源车输出电缆接至定制应急电源箱，接入之前确保400 V母线馈线3QF8、11QF7手车推拉式开关处于冷备用状态。电缆接入电源箱之后，依次合上电源箱内的QS1、QS3闸刀，再将3QF8、11QF7开关改为热备用，车载发电机并不运行。其运行方式如图6所示。

图6 交流站站用电系统失去两路电源运行图

4.4.3 站用电源全部失去运行方式分析

当站用电系统失去所有电源时，立即启动电源车发电机，对400 VⅠ、Ⅱ段母线供电。此时，其理论运行方式有2种，第一种是通过3QF8、11QF7开关分别带两段母线运行，如图7所示；第二种是通过3QF8开关和母联410开关带两段母线运行。第二种运行方式的优点在于外接供电回路少，但缺点是母联410开关的过流能力比3QF8开关要大，如果交流400 VⅡ段母线发生故障时，3QF8开关可能越级跳闸，导致正常运行的400 VⅠ段母线失电。为保证供电可靠性，实际采用第一种运行方式。

图7 应急电源系统运行方式

由于柴油发电机的供电时间受柴油储量的限制，供电功率受发电机容量的限制。因此，在发电机开始供电后，要及时切除次要和非必要的负荷，尽可能延长UPS系统的供电时间。同时，密切监视直流系统蓄电池的电压变化情况，采取必要措施确保继电保护和自动化装置稳定运行。保证一次设备发生故障时，开关能可靠跳开[19－20]，切除故障。

4.5 换流站站用电系统异常运行方式分析

换流站站用电系统因为有两路电源为站内自行供电，其10 kV一级稳定性很高，即使发生35 kV站用变站外进线失电情况，站用电系统的供电可靠性一般是可以保证的。因此，下面仅讨论站用电系统400 V一级的供电可靠性。

4.5.1 失去一路电源运行方式分析

从图5可知，6个400 V配电室的运行模式完全相同，在此仅以极Ⅰ高端400 V配电室为例。当极Ⅰ高端400 V配电室10 kV 111B站用变例行检修或者因故临时停役检修时，只剩10 kV 112B站用变压器通过低压侧D412开关和母联D410开关带两段400 V母线供电时，需立即将应急电源接入。接入之前确保400 V母线馈线3QF8、15QF2手车推拉式开关处于冷备用状态。电缆接入电源箱之后，依次合上电源箱内的QS1、QS3闸刀，再将3QF8、15QF2开关改为热备用，车载发电机并不运行。其运行方式如图8所示。

图8 极Ⅰ高端400 V配电室失去一路电源运行图

4.5.2 失去两路电源运行方式分析

当极Ⅰ高端400 V配电室内10 kV 111B站用变例行检修或者因故临时停役检修时，再发生10 kV 112B站用变发生故障停运，则立即启动电源车发电机。依次合上3QF8、15QF2开关，恢复对配电室内400 V P1HA、P1HB母线供电，其运行方式如图9所示。

图9 极Ⅰ高端400 V配电室失去两路电源运行图

5 结语

介绍一种基于定制应急电源箱在交直流供电系统保障方法及其在特高压交直流合建站的应用，分析应急电源箱的结构及使用方法，同时讨论利用相序检测仪快速且安全的进行相序检测的方法，在江苏电网特高压盱眙站的应用实践验证了该方法的有效性。目前发电机输出电缆依然采用螺栓螺帽的方式连接到电源箱内，该方法费时且可能造成接触面发热的问题。采用标准制式快速插拔的连接方式将是日后研究的热点。