變電站交直流一體化電源的解決方案

1 引言

  站用電源是變電站安全運行的基礎(chǔ)，隨著變電站綜自化程度的越來越高以及大量無人值班站投運，相應(yīng)提高站用電源整體的運行管理水平具有非常重要意義。筆者認為，站用電源始終需要立足于系統(tǒng)技術(shù)來研究和發(fā)展，根據(jù)實際問題、發(fā)展現(xiàn)狀提出發(fā)展思路。現(xiàn)有站用電源在資源整合、自動化水平、管理模式等方面都還存在很大的優(yōu)化空間，結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟可靠的變電站交直流一體化電源模式具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 傳統(tǒng)站用電源現(xiàn)狀分析

  傳統(tǒng)變電站站用電源分為交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、UPS 、通信電源系統(tǒng)等，各子系統(tǒng)采用分散設(shè)計，獨立組屏，設(shè)備由不同的供應(yīng)商生產(chǎn)、安裝、調(diào)試，供電系統(tǒng)也分配不同的專業(yè)人員進行管理。這種模式存在的主要問題：

（1）、站用電源自動化程度不高。由不同供應(yīng)商提供的各子系統(tǒng)通信規(guī)約一般不兼容，難以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，系統(tǒng)缺乏綜合的分析平臺，制約了管理的提升。

（2）、經(jīng)濟性較差。站用電源資源不能綜合考慮，使一次投資顯著增加。

（3）、安裝、服務(wù)協(xié)調(diào)較難。各個供應(yīng)商由于利益的差異使安裝、服務(wù)協(xié)調(diào)困難，遠不如站用交直流電源一體化的“交鑰匙工程”模式順暢。

（4）、運行維護不方便。站用電源分配不同專業(yè)人員進行管理：交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)由變電人員進行運行維護，UPS由自動化人員進行維護，通信電源由通信人員維護，人力資源不能總體調(diào)配，通信電源、UPS等也沒有納入變電嚴格的巡檢范圍，可靠性得不到保障。

3 變電站交直流一體化電源的解決方案

變電站站用交直流一體化電源系統(tǒng)是使用系統(tǒng)技術(shù)，針對變電站站用交流、直流、逆變、通信電源整體，根據(jù)實際問題、發(fā)展現(xiàn)狀提出解決方案的站用電源系統(tǒng)。

目前有關(guān)生產(chǎn)研發(fā)廠家已提出三代產(chǎn)品，分別是：

（1）、智能型站用電源交直流一體化系統(tǒng)

主要實現(xiàn)：

A、建立站用電源信息共享平臺。站用電源整體網(wǎng)絡(luò)智能化：一體化.將交流、直流、逆變、通信電源網(wǎng)絡(luò)智能化，對外1個通信接口；

B、設(shè)計優(yōu)化。取消通信蓄電池組及充電裝置，使用DC/DC變換器直接掛于直流母線代替；取消UPS蓄電池，使用逆變器直接掛于直流母線代替，對重要負荷如事故照明等采用逆變電源供電；統(tǒng)一進行波形處理；統(tǒng)一進行防雷配置；統(tǒng)一進行二次配電管理；站用電源設(shè)備智能管理，實現(xiàn)狀態(tài)檢修。

（2）、數(shù)字化站用電源交直流一體化系統(tǒng)

主要實現(xiàn)：

A、上行下達信息數(shù)字化傳輸（2大措施：開關(guān)智能模塊化；集*能分散化）；

B、開放式系統(tǒng)：采用IEC61850規(guī)約。

（3）、程序化站用電源交直流一體化系統(tǒng)

主要實現(xiàn)項：

A、電源與負荷結(jié)合，將輔助系統(tǒng)（空調(diào)、風機、門禁、消防、周界等）納入控制范圍；

B、任務(wù)程序化執(zhí)行。

  下面以第一代智能型站用電源交直流一體化系統(tǒng)說明其以系統(tǒng)技術(shù)研究站用電源的思想方法。[!--empirenews.page--]

典型方案（以220/110kV電站為例）

110kV及以上電站宜按雙重化配置方案，如下圖：

方案解析：

（1）、容量設(shè)計：全站配置兩組蓄電池和充電機，一般的110kV電站容量可按300AH/組設(shè)計，220kV電站500AH/組。

傳統(tǒng)的站用電源配置方案中，通常一個110kV電站配置兩組300AH蓄電池和兩組充電機供變電運行負荷，通信設(shè)備由另兩組獨立的蓄電池（300AH/48V）和充電機供電，一些UPS也帶有自己的蓄電池。但通過對變電站站用負荷的統(tǒng)計分析，我們得出：不是重要的通信樞紐站，沒必要采用獨立通信電源。一個普通的110kV電站正常直流負荷約為8A左右 ，通信設(shè)備主要是一臺光端機，功率1千瓦，折算為110V約9A，正常供電，一臺60A充電機已經(jīng)完全滿足全站運行要求，按雙重化配置兩臺已經(jīng)非?？煽俊Ｔ谌臼菏鹿氏?，事故照明、UPS等交流負荷切換為蓄電池供電，這部分負荷設(shè)計容量在 30A(110V)左右，即使全站事故照明一起開，也可以滿足重要負荷超過10小時的事故供電。另外，在一體化監(jiān)控的智能平臺上，我們可以對站用電源進行程序化控制，事故情況下，按預(yù)設(shè)輪次對負荷進行減載，保證事故供電最大利用率。

（2）通信電源解決方案：通信設(shè)備直接采用220V或110V電源模塊，通信電源從兩組直流母線直接拉兩路專用饋線至通信機柜，并在通信柜進行兩路電源自動切換。

目前通信設(shè)備一般采用48V電源，所以在一些直流一體供電方案中，采用了用DC/DC模塊變換成48V供通信設(shè)備使用，但這種方案存在不足：

i 技術(shù)上存在弱點。如果通信機房有多臺通信設(shè)備，各通信設(shè)備采用支路帶空氣開關(guān)供電方式，存在DC/DC模塊與分支開關(guān)配合問題，一回支線發(fā)生故障，DC/DC模塊可能會比空氣開關(guān)先動作，造成全部通信設(shè)備失壓。

ii光端機等通信設(shè)備實際工作電壓并不是48V，而是15V和5V，象所有微機保護一樣，裝置通過自身的電源模塊進行DC/DC轉(zhuǎn)換，把外面電壓轉(zhuǎn)換成15V和5V內(nèi)部工作電壓，由220V直接轉(zhuǎn)換成15V和5V和由48V轉(zhuǎn)換成15V和5V，對通信設(shè)備也只是電源模塊選擇的問題，沒有任何技術(shù)上的困難。同時，由48V的弱電供電方式的一些弱點也是有目共睹的，弱電容易受干擾，在通信專業(yè)抗干擾、防雷等方面措施就比其它專業(yè)要求更高，甚至采用48V正極接地方式，這些對運行都是不利的。因此，在站用電源一體化供電的模式下，可以把全站各專業(yè)電源統(tǒng)一到一個電壓等級。

（3）不間斷電源設(shè)計：采用逆變器直接掛于母線上代替，取消獨立UPS。

（4）交流系統(tǒng)設(shè)計：采用智能ATS開關(guān)實現(xiàn)兩路電源自動切換，取消傳統(tǒng)站用380V電源備自投配置。

(5)通信架構(gòu)

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4 現(xiàn)階段站用電源交直流一體化系統(tǒng)主要技術(shù)特點：

（1）建立站用電源統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)智能平臺。 實現(xiàn)在一個平臺上對整個電站電源的交與直流系統(tǒng)、逆變電源系統(tǒng)、通信進行監(jiān)控和分析，解決由不同供應(yīng)商提供的各獨立電源通信規(guī)約兼容等問題，提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度。

（2）提高站用電源綜合自動化應(yīng)用水平 。進行站用電源協(xié)調(diào)聯(lián)動、狀態(tài)檢修、調(diào)度遙控等深層次開發(fā)應(yīng)用 。

（3）建立站用電源整合機制 。優(yōu)化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)各專業(yè)間站用電源資源共享 。

（4）提高站用電源管理水平。 全站電源統(tǒng)一安放，建立站用電源統(tǒng)一分析管理平臺，一套人馬同時維護管理全站電源 。

5 應(yīng)用實例

2007年3月，由第一套智能型變電站站用電源交直流一體化系統(tǒng)在陽江110kV城西站投入使用。該系統(tǒng)通過對變電站站用電源一體化設(shè)計和組屏生產(chǎn)，對傳統(tǒng)站用電源進行了資源和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并開發(fā)了一體化智能監(jiān)控管理平臺，實現(xiàn)了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)聯(lián)動、遠程控制等功能，對提高站用電源整體運行管理水平都取得了良好的效果。以城西站為例，我們對使用傳統(tǒng)站用電源和一體化電源模式進行了比較：

一體化電源與傳統(tǒng)站用電源的效益比較

5 結(jié)語

變電站站用電源交直流一體化系統(tǒng)立足用系統(tǒng)技術(shù)研究站用電源，是對現(xiàn)有變電站站用電源設(shè)計和管理新模式的探討，它符合結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進，運維方便的技術(shù)發(fā)展路線。2007年11月，廣東電網(wǎng)公司組織了對陽江110kV城西站交直流一體化電源項目驗收，與會專家一是致認為，一體化電源系統(tǒng)技術(shù)先進，維護方便，運行安全可靠，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，可在電網(wǎng)中推廣應(yīng)用。