并联智能直流电源系统在某110 kV变电站中的应用

％斋辫湖北电力篙窘鬻并联智能直流电源系统在某110kV变电站中的应用殷建刚1，彭丰1，杨兵2(1．国网湖北省电力公司，湖北武汉430077；2．湖北省电力勘测设计院，湖北武汉430040)[摘要]并联智能直流电源系统取代常规“充电机+串联蓄电池组+蓄电池巡检”的直流方案，正逐步在变电站推广使用。

该技术可进行蓄电池在线核容管理，在线检修、不停电更换，极大地减少了运行维护工作量；可降低能源消耗、降低运维成本、提高安全性。

本文结合某110kV变电站应用实例，介绍了该系统的基本原理、配置方案、主接线设计、电压选择、设备配置以及参数选择等。

[关键词]变电站；并联智能直流电源系统；配置方案[中图分类号]T M46[文献标识码]A[文章编号]1006—3986(2014)04—0036—04A ppl i cat i on of Pa r al l e l I nt el l i gent D C Pow e r Syst e m i n110kV Subs t at i onY I N J i a n—gan91。

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Y A N G bi n92(1．St at e G r i d H ubei El ec t r i c Pow er C om pany，W uhan H ub ei430077，C h i na；2．H ubei E l e ct r i c Pow er S ur v ey a n d D es i gn I ns t i t ut e，W uhan H ub ei430040，C hi na) [-A bs t r act]The new D C s chem e us i ng t he Par al l el i nt el l i gent D C pow er s uppl y s yst em t o r epl ace t hec onve nt i onal”B a t t e r y char ger+s er i es ba t t e r y+bat t er y i ns pect i on”i s gr a dual l y pr om ot ed t o use i nt he s ubst at i on．T hi s t ec hnol ogy ca n be us e d f or ba t t e r y ca paci t y c hec ki ng，onl i ne m ai nt enance and ba t t e r y changi ng onl i n e．I t obvi ousl y r educ es t he m ai nt enance w orkl oad，t he e n e r g y cons um pt i on and oper at i on cos t．I t al s o has hi ghe r s ecur i t y．T hi s ar t i cl e pr ese nt s an exam pl e of110kV s ubs t ati on，w hi c h has det ai l ed i nt r oduc t i on f or t he basi c pr i nc i pl es，conf i gur at i on s chem e，m ai n w i r i ng desi gn，vol t a ge choi ce，m achi ne conf i gur at i on and par am et er de f i ni t i on．[-K ey w or ds]s ubs t at i on；par al l el i nt el l i gent D C pow er s ys t em；c onf i gur a t i on pl an0引言随着智能化变电站的推广，将变电站内各电源系统整合为一套一体化电源的配置方案逐步普及。

即变电站内只配置一套直流系统。

高频开关整流电源和蓄电池提供220V或110V直流电源，通信48V 直流电源由D C／D C变换组件提供，直流操作电源、U PS、通信电源共用蓄电池组。

其中，直流系统是一体化电源的重要组成部分，它作为站内二次设备的主要工作电源，为设备的持续稳定运行提供了有力保障，也是保证站内交流站用电事故全停情况下，保护、控制以及通信装置能够正常运行的应急电源[1]。

目前，传统的直流系统都是采用高频开关电源+蓄电池组的配置方式，正常情况下直流电源由高频开关电源整流提供，事故情况下由蓄电池组放电提供。

[收稿日期]2013—12—24[作者简介]殷建刚(1971一)，江苏无锡人，硕士，高级工程师。

36本文提出了一种新型的并联智能直流电源系统，旨在解决蓄电池串联方式下单只蓄电池质量、连接线影响整组电池可靠性，不能在线更换维护，新旧电池难以匹配，冗余配置不经济等问题。

结合湖北宜昌某110kV变电站并联智能电源系统的设计实例，介绍该系统在变电站中的设备布置、主接线配置、设备选择等情况。

1传统变电站串联蓄电池组存在的主要问题1．1串联蓄电池组可靠性低在正常运行时，蓄电池组处于浮充状态，并没有带载表现机会。

每年全国变电站蓄电池组因全站交流系统失电，而发挥应急电源作用的蓄电池组数量仅为极少部分。

但即使是这些极少部分蓄电池组，每年的事故仍时有发生。

分析相关蓄电池组事故原因，主要有以下几种：(1)单只蓄电池内部质量问题，造成整组蓄电池不能正常带载。

V ol_38N04 A pr．2014湖北电力笙!!鲞笠!塑2014年4月(2)单只蓄电池连接线问题，造成整组蓄电池不能正常带载。

(3)蓄电池组中最差一只蓄电池容量决定整组蓄电池容量，使得全站交流系统失电情况下蓄电池组不能发挥应有作用。

(4)新更换蓄电池与原运行电池性能不匹配，造成整组电池性能迅速下降。

根据《2011年湖北电网直流电源设备专业总结》，2011年蓄电池共发生缺陷18次，其中蓄电池容量不足缺陷9次。

占j o％，单节电压偏低5次，占27．7％，渗液4次，占22．2％。

1．2串联蓄电池组不能在线维护(1)因铅酸蓄电池组容量的记忆效应，只能靠定期离线全容量核容实验才能真正确定实际容量。

(2)即使发现蓄电池内部质量问题也不能进行在线更换维护。

需将备用蓄电池组并联带载，再退出问题蓄电池组维护。

(3)虽然变电站蓄电池组配有蓄电池巡检装置，但在串联模式下，巡检装置只能对单体电池端电压进行监测，无法对其实际容量进行在线监测。

2并联智能直流电源系统基本原理2．1并联智能电池组件工作原理通过将单只12V蓄电池与匹配的A C／D C充电组件、D C／D C输出变换器等器件创新设计为“并联智能电池组件”，并通过多只组件输出并联，组成满足实际需要的间接并联蓄电池直流系统。

系统由N个组件输出并联组成，组件各自连接12V电池；系统中各组件可逐个对蓄电池自动在线核容，组件支持热插拔，可以在线更换组件与电池，一个标准柜可以放置8个组件及相应蓄电池。

单只的并联智能电池组件基本原理如图1所示。

图l单只智能电池组件工作原理图电源组件的T作原理：组件同时接入市电及电池，此时A C220V通过A C／D C电路形成内部母线电压，此母线同时输出D C，／D C变换器及充电D C／D C变换器提供输入能量．输出D C／D C变换器产生系统母线电压D C220V或者D C l10V，充电D C／D C变换器输出12V电压给电池充电，同时电池端电压通过D C／D C变换器升压输}}{形成内部母线电压，以便在市电消失时，电源组件可以实现无间断切换至电池供电旧J。

2．2并联智能电池组件系统方案系统可以由N个电源组件输出并联，组成相应的直流系统，电源组件各自连接12V电池，每个电源组件额定输出电流能力2～4A，每个电源组件短时1m i n输出电流可以达到额定电流的2．5倍。

系统可以使电源组件逐个实现自动在线核容，电源组件支持热插拔，可以在线更换电源组件与电池，电源组件与电源组件之间相互独立，电源组件的交流输入侧与输出隔离，电源组件的交流输入侧与电池隔离，一个标准柜可以放置8个电源组件及相应蓄电池。

并联智能直流电源系统如图2所示。

厂H2"H《列H E“i毹I U f昧系统糸；觅H3某110kV变电站并联智能直流电源系统的应用湖北宜昌某110kV变电站为国家电网公司2011年“两型一化”智能变电站设计竞赛获奖变电站，该站主变压器容量为3X50M V A；110kV采用单母线分段接线，出线6回；35kV采用单母线分段接线，出线6回；10kV采用单母线分段接线，出线18回；无功补偿：终期每台主变配置(3．6+4．8) M var电容器组。

该工程使用G Q H—T型并联智能直流电源系统。

3．1系统组成系统设置一台B T—M U l04串口服务器，采集每个并联智能电源组件相关数据，并汇总至一体化总监控器。

并联智能直流电源系统通信组网见图3。

3．2直流系统电压选择该站地处宜昌远安地区，湿热天气对直流系统接地的影响较大，采用直流110V，在一定程度上可以提高直流系统绝缘可靠性。

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对应直流系统电压分别采用220V母线引接直流电源使用。

某110kV变电站并联智和110V时，控制电缆截面分别为0．92m m2和能直流电源主接线详见图4，其中：0．214m m2。

故无论直流系统电压采用220V还是(1)K M l母线为双重化电源负荷、U PS、10kV、35 110V，对直流电缆截面选择而言，都是相同的。