浅析变电站交直流一体化电源的应用与发展

浅析变电站交直流一体化电源的应用与发展

发表时间：2017-06-13T14:22:55.687Z 来源：《电力设备》2017年第6期作者：夏志兵

[导读] 本文介绍了交直流一体化电源的系统构成，及在智能变电站中的应用情况，论述了常规变电站中电源系统存在的问题，总结了一体化电源设计存在的优势。

（国网天津市电力公司东丽供电分公司天津 300300）

摘要：近年来，随着电力行业的快速发展，变电站逐渐朝着智能化的方向发展。本文介绍了交直流一体化电源的系统构成，及在智能变电站中的应用情况，论述了常规变电站中电源系统存在的问题，总结了一体化电源设计存在的优势，并对其在新建变电站及改造变电站中的推广应用做出了展望。

关键词：变电站；交直流；一体化电源；应用；发展

前言

变电站低压交直流系统为全站提供生产生活、倒闸操作、保护装置运行、通信等装置的工作电源，此外还给事故状态下的照明系统提供工作电源，是变电站安全稳定运行的重要保障。为了保证变电站正常运行所需的交流、直流电源，不同电压等级的变电站通常采用不同的系统设计，以满足供电可靠性和保护装置运行的要求。500kV变电站和重要的220kV变电站通常采取双路交流电源，三组蓄电池三充电机的配置，提高设备的冗余度，保证交直流系统的可靠性。常规220kV与110kV变电一般采取变压器低压侧两路交流电源，两组蓄电池双充电机配置，交直流系统采用自动互投方式或者分段开关运行方式，能够满足大部分变电站要求。早期35kV变电站交直流系统接线方式常为双电源，交直流均为Ⅰ段，比较简单、灵活，满足不同的现场需求。

1变电站常见的交直流系统

由于变电站现场运行条件复杂多样，不同厂家有不同设计思路，且变电站经过扩建、技改等工程之后，常常形成了特殊的接线方式。这些方式有别于典型的交直流系统，需要特别给予注意，以保证运行维护以及日常倒闸操作的正确、安全。

1.1一种直流系统接线方式分析

变电站直流系统取自两段交流母线的两路馈线，由两组或三组充电机整流至两段直流母线。正常运行时，充电机输出开关或者把手打至“充电机至母线”，充电机的“充电机至蓄电池”开关断开，蓄电池开关“蓄电池至母线”合上，保持浮充电状态，直流系统分段开关在分位。

1.2 110kV与35kV变电站低压交直流系统接线方式

110kV与35kV系统接线方式灵活，供电区域较小，检修停电操作方便，因此35kV变电站交直流系统配置较为简化，通常为两路交流进线经自动投切装置（ATS）出一段交流母线，典型设计双电源一段交流母线接线方式。正常运行时由一组进线工作即可保证全站交直流用电。两路进线通常选自变电站低压两段母线站用变，也可一路选自站用电，一路选自外接临时电源。一些变电站为了简化充放电操作，单独设置了充电机至蓄电池充电开关或者把手，这样即使在蓄电池进行充电实验时，依然可以保证该段蓄电池所接母线可以带部分负荷，减轻另外一条直流母线的供电压力，也使蓄电池可以直接用充电机进行浮充电。为避免由于元件及线路参数原因形成直流环路，在蓄电池至母线的接线上串接了二极管，使蓄电池可以向母线供电，而母线却不能向蓄电池浮充电。

1.3常见35kV变电站站用电接线方式

早期35kV变电站通常只有一段380V交流母线即可保证全站的正常供电。对于10kV母线分段的35kV变电站，允许每段母线分别接一台站变，分列运行带全站站用负荷。但是由于早期35kV变电站所带负荷通常采用了10kV环网，局部35kV变电站的停电并不影响电力供应，因此存在着全站停电并且失去站用电的情况。为解决上述问题，在最新的直流系统设计中，低压交流侧均为双电源供电模式，直流系统采取辐射状供电方式，不允许环网供电，很好的提高了供电可靠性，确保站用交直流系统稳定运行。

随着智能变电站的普及，站用电交直流系统由过去的分块组成发展为交直流一体化系统，将380V低压交流电源、220V直流电源、48V 通信电源、UPS电源及事故照明电源集成一体，减少了设备，增加了监测技术，能够实时报出运行故障，并与后台机进行通信，发故障告警信号。交直流一体化系统通过直流馈线柜出线直接直流变换，不需要48V蓄电池故障情况下供电，大大减少了运维人员的维护量和操作量，保证了供电的可靠性。

交直流一体化电源系统具有以下特点：(1)有灵活的运行方式，可以适应不同现场需求，尤其是满足无人值班运行要求；(2)监视、测控功能完善，装置监测开关位置、ATS位置等遥信量，及进线电压、母线电压与电流、频率、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因数等遥测量，并上传后台管理机；(3)配置零序、过流和电压保护，在发生故障时能自动判断闭锁ATS动作，避免故障扩大。交直流一体化电源系统核心部件为它的智能控制单元，控制单元配置了显示屏，集成了开关控制、模块监视和信息采集功能，巡视过程中必须加以巡视，及时发现控制单元故障，避免装置误动作或者拒动。

2一体化电源的优点

(1)交流一体化电源系统中，将“UPS蓄电池+操作蓄电池组+通信蓄电池组”合并为一体进行配置，减少了蓄电池组配置组数，相关蓄电池室可以取消，简化了基建设计，同时解决了UPS电池和通信电池组的日常维护和管理问题。(2)交流一体化电源系统采用模块化设计，解决了站用电源施工二次线多、跨屏二次电缆多问题，开关智能模块化，可监测开关位置、事故跳闸告警、负荷电流、泄露电流等，电源监测不在有盲点。(3)交直流一体化电源系统建立了统一站用电源管理平台，解决了站用电源信息共享问题，采用IEC61850实现与变电站自动化系统的接口。

3绝缘监测装置

3.1直流系统接地故障的原因

(1)由于施工工艺不完善，没有对直流电路的二次电缆落线进行必要的绝缘处理，使得带电部位接触柜体而接地。(2)没有对设备进行必要的防潮处理，例如降雨期间设备端子箱及机构箱受潮甚至积水，使得辅助接点受潮降低了二次回路的绝缘能力，引发接地。(3)设备的某些部分操作频繁，致使直流二次电缆的绝缘部分出现损坏，这样一来，直流电源能够与金属设备接触而造成接地。(4)随着时间的推移，直流设备的使用年限增加，其绝缘逐渐老化，带来接地风险。

3.2绝缘监测技术

首先，用于测量直流绝缘电阻这一缓变参数的时间短，在具体的测量当中，假定绝缘电阻值不变。此时，在确保继电器闭合的情况