集成式直流電源轉接饋電裝置的研制*

*基金項目：2021年國家電網(wǎng)公司研究開(kāi)發(fā)費項目計劃（群創(chuàng )和技術(shù)標準）(5211JX210019)資助

作者簡(jiǎn)介：盧思瑤（1991—），女，江蘇泰州人，工程師，從事變電運檢工作。

摘要：本文介紹了集成式直流電源轉接饋電裝置的研制過(guò)程，能夠實(shí)現不同電壓等級直流系統合母及蓄電池組電壓降壓至控母電壓；實(shí)現電流電壓監測；實(shí)現將異常信號實(shí)時(shí)接入后臺及就地告警；擁有單一直流饋電屏所沒(méi)有的降壓硅鏈，從而多一條合閘母線(xiàn)，可接后備電源蓄電池或合閘空開(kāi)負荷；同時(shí)，增加降壓硅鏈強制并聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)，對單母線(xiàn)系統此裝置也依然適用。裝置分為直流電源監測、降壓、告警、指示、電流電壓監測及饋電六大模塊。在實(shí)際推廣應用中，極大地提高直流檢修人員的工作效率，保障了電網(wǎng)的安全運行。

0   引言

直流系統是變電站的“心臟”，為電力系統的控制回路、信號回路、繼電保護、自動(dòng)裝置及照明等提供可靠穩定的不間斷電源，它還為斷路器的分、合閘提供操作電源，是變電站不可或缺的一部分。由于直流電源在二次系統所處的重要地位，直流系統自身的可靠及安全直接影響到整個(gè)系統的安全，盡管直流電源十分穩定可靠，但實(shí)際應用中，目前嘉興110 kV 及以下電壓等級的變電站，直流電源系統一般均設置一套，隨著(zhù)運行時(shí)間久遠，直流電源系統性能下降、可靠性降低，故障頻發(fā)，影響高壓設備可靠供電，使直流系統的故障成為電力系統更大故障的事故隱患。直流系統運行狀況的好壞直接關(guān)系到變電站二次系統能否正常工作，對電力系統安全穩定運行具有重要影響^[1-5]。

因此，及時(shí)對直流電源系統升級改造就顯得尤為重要，適時(shí)的對老化嚴重的直流系統進(jìn)行改造，不但可以提高設備運行的穩定性，也可以節約日常運行維護的人力、物力資源。但是因場(chǎng)地空間受限或控制、裝置電纜長(cháng)度不夠等原因，直流充饋電屏無(wú)法實(shí)現易地更換改造，并且針對用電單位對供電要求較高，全站設備無(wú)法滿(mǎn)足全部停電要求，改造工程需進(jìn)行負荷轉供，但改造過(guò)程中存在整站保護及自動(dòng)化裝置失電引起裝置誤動(dòng)甚至癱瘓的風(fēng)險，因此改造過(guò)程中直流電源轉接饋電裝置的應用就顯得尤為重要。

為此，本文對當前變電站直流電源轉接饋電裝置開(kāi)展分析研究，通過(guò)大量的數據分析以及反復論證，從4個(gè)薄弱點(diǎn)著(zhù)手開(kāi)展創(chuàng )新應用，從而進(jìn)一步提高工作效率，精益化管理生產(chǎn)隊伍，提高供電服務(wù)質(zhì)量。本文的創(chuàng )新點(diǎn)為：①裝置高度集成化、小型化，節省大量組裝拆接時(shí)間，且能覆蓋所有饋線(xiàn)，適用變電站多種改造工況。②加入絕緣監測裝置，確保負荷轉供期間的安全；此外，加入本地聲光告警以及后臺告警功能，當改造過(guò)程中有任何告警會(huì )提醒檢修及值班人員及時(shí)處理。③裝置配有合母充電接口，控母充電接口以及蓄電池接口及保護，三者均可提供電源。④擁有單一直流饋電屏所沒(méi)有的降壓硅鏈，從而多一條合閘母線(xiàn)，可接后備電源蓄電池或合閘空開(kāi)負荷。降壓硅鏈可方便拆卸更換，且適用于直流系統各種運行方式，增加了降壓硅鏈強制并聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)，對單母線(xiàn)系統此裝置也依然適用。

1   現狀分析

近年來(lái)，電網(wǎng)規模的迅速擴大，以嘉興電網(wǎng)為例，2005—2015 年，變電所數量由原先102 座劇增至181 座，增幅比例77.5%；檢修工作日益增多，而與此相對應的，檢修人員數量變化不大。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，對可靠供電提出了更高的要求。

嘉興地區有些老舊變電站直流系統已運行10多年，設備嚴重老化，且無(wú)備件更換，直流系統改造任務(wù)勢在必行。根據年度工作計劃，新建變電站及老舊變電站直流改造工程日益增多。針對變電站直流系統改造工程的用戶(hù)需求進(jìn)行調研，用戶(hù)及公司提出直流負荷轉供11 h（660 min）保證投入的需求，確保用電質(zhì)量。目前，直流改造缺少必要的直流電源轉接裝置，所需裝置笨重繁雜且重復拆接線(xiàn)導致工作流程復雜，工作效率低下；改造過(guò)程中典型電磁繼電器絕緣監察裝置存在固有缺點(diǎn)，且缺少交流竄入直流系統告警功能；目前的硅鏈電壓自動(dòng)調壓裝置都為固定式，在改造過(guò)程中對不同電壓等級的直流系統不通用。當二極管開(kāi)路或者損壞時(shí)，整個(gè)直流系統控制母線(xiàn)都將失電，影響直流系統安全運行。當直流系統為單母線(xiàn)系統時(shí)，無(wú)法提供正常的控制母線(xiàn)電壓；在改造現場(chǎng)或者改造中斷后，當系統出現異常時(shí)，現場(chǎng)改造人員不能及時(shí)發(fā)現異常情況。根據現場(chǎng)工作需要設計了一種集成式直流電源轉接饋電裝置，其具備電源接入、降壓、實(shí)時(shí)報警、饋電、電壓電流顯示等功能，實(shí)現直流改造中負荷轉供工作，保障內外顧客實(shí)際需求，應用前景廣泛。

2   制定方案

從直流電源轉接饋電裝置的功能入手，確定裝置的基本模塊。一般而言，變電站直流電源轉接饋電裝置應具備：①實(shí)現不同電壓等級直流系統合母及蓄電池組電壓降壓至控母電壓；②直流系統故障報警；③電流電壓監測功能；④準確輸出直流饋電等功能，基于以上功能，裝置應具備降壓模塊、指示模塊和饋電模塊。此外，為了更好滿(mǎn)足工作安全性，考慮配備直流絕緣檢測和告警功能；為了提高工作效率，增加可視化模塊，即各種測量?jì)x表，便于對比參數是否一致。

根據直流電源轉接饋電裝置的實(shí)際功能設定，對應的裝置應具備直流絕緣檢測、降壓、告警、指示、電流電壓監測以及饋電六大模塊，應具有電源接入、降壓、實(shí)時(shí)報警、饋電、電壓電流值顯示等功能，實(shí)現對直流電源的轉接工作。

圖1 直流電源轉接饋電裝置模塊劃分

通過(guò)將各個(gè)功能模塊集成化且一體化實(shí)現一次接線(xiàn)、一個(gè)裝置完成直流電源轉接，大幅縮短技改時(shí)間，提高了工作效率。

3   方案實(shí)施

通過(guò)對方案的細化分解，通過(guò)對相關(guān)參數及優(yōu)缺點(diǎn)對比分析最終確定細化后方案如圖2所示。

圖2 方案細化分解圖

步驟1 依據目標：①直流絕緣檢測裝置采樣穩定，誤差不超過(guò)5%；②常規故障點(diǎn)查找時(shí)間不超過(guò)10 min；③完成直流絕緣檢測模塊中微機型裝置或繼電器型裝置的選擇。進(jìn)一步選?。孩俳拥仉娮柚挡蓸诱`差；②裝置重量及價(jià)格，選型采購電源模塊，查詢(xún)相關(guān)直流絕緣檢測裝置型號，確保滿(mǎn)足要求。

步驟2 依據目標：①降壓硅鏈降壓穩壓精度不超過(guò)2%；②合適的質(zhì)量和體積，完成降壓模塊選擇，對比固定式及抽拉式確定采用抽拉式降壓模塊。

步驟3 依據目標：①直流系統異常確定時(shí)間不超過(guò)10 min；②異常傳達準確率。對比就地+ 遠程式模式及遠程+ 手機通信式，通過(guò)現場(chǎng)試驗，選擇就地+ 遠程式模式，確保滿(mǎn)足要求。

步驟4 依據目標：①指示燈光源功率??；②絕緣電阻不小于2 MΩ。選型采購LED 指示燈，安裝、接線(xiàn)到位并進(jìn)行調試，確保滿(mǎn)足要求。

步驟5 依據目標：①數據讀取誤差??；②讀取時(shí)間短。選型采購電流電壓測量模塊，確保滿(mǎn)足要求。

步驟6 依據目標：①開(kāi)關(guān)分斷后恢復時(shí)間不超過(guò)10 min；②機械壽命長(cháng)；③完成熔斷開(kāi)關(guān)和空氣開(kāi)關(guān)的選擇。進(jìn)一步選?。孩賹﹂_(kāi)關(guān)通以5In、10In、50In 的電流，斷開(kāi)時(shí)間不大于100 ms；②穩定性高，滅弧性能滿(mǎn)足要求；③完成直流空氣開(kāi)關(guān)和交流空氣開(kāi)關(guān)的選擇。選型采購直流饋電模塊，確保滿(mǎn)足要求。

最終完成以下集成式直流絕緣檢測裝置，其總原理框圖如圖3。

圖3 集成式直流絕緣檢測裝置原理框圖

4   效果檢查

通過(guò)裝置不同模塊間的配合，能夠實(shí)現不同電壓等級直流系統合母及蓄電池組電壓降壓至控母電壓；實(shí)現電流電壓監測、直流接地監測、交流竄入監測過(guò)壓、欠壓監測等功能，并將異常信號通過(guò)硬接點(diǎn)和RS-485 接口接入后臺實(shí)現實(shí)時(shí)后臺及就地告警；擁有單一直流饋電屏所沒(méi)有的降壓硅鏈，從而多1 條合閘母線(xiàn)，可接后備電源蓄電池或合閘空開(kāi)負荷。降壓硅鏈可方便拆卸更換，各個(gè)電壓等級變電站適應性強，且適用于直流系統各個(gè)運行方式，增加了降壓硅鏈強制并聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)，對單母線(xiàn)系統此裝置也依然適用；同時(shí)，提供蓄電池電壓、蓄電池電流、控母電壓、總負荷電流監測功能。

圖4 裝置實(shí)物圖

1）在安全方面。為保證成果安全、可靠投入使用，對裝置的各項數據進(jìn)行檢測，各項數據100% 合格。在多處現場(chǎng)實(shí)踐應用過(guò)程中效果良好，經(jīng)相關(guān)部門(mén)認證，該裝置在安全、質(zhì)量、管理、成本等方面均無(wú)負面影響。

圖5 裝置現場(chǎng)使用情況

2） 在效率方面。采用集成式直流電源轉接饋電裝置后，使得變電站負荷轉供時(shí)間大大縮短，由1 050 min 縮短至590 min，較使用前節省460 min，效率提升43.8%。

通過(guò)編寫(xiě)編制《集成式直流電源轉接饋電裝置作業(yè)指導書(shū)》、《集成式直流電源轉接饋電裝置使用說(shuō)明書(shū)》、對檢修人員開(kāi)展直流裝置專(zhuān)項培訓、圖紙歸檔等方法進(jìn)行成果鞏固。并通過(guò)培訓使得技改檢修人員熟悉裝置使用操作流程，提升工作效率。

目前發(fā)明專(zhuān)利已授權：CN110277779B《一種用于臨時(shí)替代直流屏的供電裝置》；實(shí)用新型專(zhuān)利已授權：CN212114877U《一種蓄電池的遠程監控裝置》。集成式直流電源轉接饋電裝置在變電站直流系統改造效率上的提升，以及技改工作安全性及便捷性的改善，可以在較大范圍內代替傳統直流改造負荷轉供方法；且該裝置集成多功能組件于一體，方便、安全、快捷。因此，集成式直流電源轉接饋電裝置能夠適應更多變電站建設工程的需要，應用范圍很廣，節省大量的人力物力，提升了供電可靠性。

5   結束語(yǔ)

本文研制的集成式直流電源轉接饋電裝置，其關(guān)鍵技術(shù)是公司在以下方面開(kāi)展創(chuàng )新應用的基礎上實(shí)現的，包括：對嘉興電網(wǎng)乃至系統內相關(guān)兄弟企業(yè)的變電站直流系統改造工作全面調研；對負荷轉接工作深度研究，結合實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)分析；梳理日常工作過(guò)程中存在的斷層，通過(guò)大量數據分析及反復論證集成化、一體化直流饋電轉接裝置、絕緣監察裝置、硅鏈電壓自動(dòng)調壓裝置的薄弱點(diǎn)。

從國內外電力行業(yè)的情況來(lái)看，本文成果所述集成式直流電源轉接饋電裝置為國內首臺首套，極大地提高了直流系統改造工作效率和安全性。通過(guò)變電站充饋電屏的發(fā)明原理實(shí)現一臺裝置一次拆接線(xiàn)完成多項電源負荷轉接內容，多維智能防護技術(shù)確保測試過(guò)程中人身、電網(wǎng)、設備安全，改進(jìn)后的硅鏈電壓自動(dòng)調壓裝置及告警系統保證了正常運行時(shí)降壓及直流故障正確報警等環(huán)節的創(chuàng )新性實(shí)踐。充分融合后改變了以往相對碎片化的改造手段，提升了直流改造工作的安全和效率，在電網(wǎng)安全、供電可靠性、服務(wù)地方經(jīng)濟以及推進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)及管理發(fā)展等方面體現了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] 國家能源局.中華人民共和國電力行業(yè)標準直流電源系統監測技術(shù)條件(DL/T1392-2014)[S].

[2] 國家能源局.中華人民共和國電力行業(yè)標準直流電流系統用測試設備通用技術(shù)條件(DL/T 1397.1—2014)[S].

[ 3 ] 國家能源局.國家能源局關(guān)于印發(fā)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點(diǎn)要求》的通知[Z].2014.

[4] 國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準直流電流系統用測試設備通用技術(shù)條件(Q/GDW 1901.2013)[Z].2014.

[5] 陳慶軍.直流設備檢修[M].北京:中國電力出版社,2010.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年10月期）