赵锦明 柳文芳 任国毅 马红丽
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摘要：变电站的直流电源是实现电力系统控制与保护的基础，它主要用来对变电站的信号装置以及自动保护等装置提供工作电源。当变电站失去了交流电源之后，作为独立的应急备用电源，直流电源系统的可靠性会对变电站的安全稳定运行产生显著的影响。因而，变电站直流电源应急装置的应用研究引起了人们的高度关注。
关键词：直流电源 应急装置
1变电站直流电源应急装置的研究必要性
作为电网系统分配能源传输的转接站以及汇合点，变电站的直流电源系统通常由交流输入单元、电压监测单元、监控单元、绝缘监察单元(含接地选线)、充电装置、蓄电池组以及直流馈线网络等构成.其为变电站的信号控制装置、系统的控制装置以及自动保护装置等提供工作电源。此外.当变电站的交流电源失缺之后，直流电源可以作为独立的应急备用电源，从而保证变电站即使处于全停的状况下仍能使得控制装置、信号装置、继电保护装置以及断路器等正常工作。因而，变电站是否可以安全平稳的运转直接影响到电网系统工作的安全性能与可靠性能，并且对用户的利益会产生直接的影响。当直流系统发生故障或蓄电池进行检修与更换工作时.直流合闸母线将失电。此时.电网若出现跳闸事故.断路器则因无操作电源而无法正常合闸，其将会造成该出线或变电站停电，从而直接影响变电站的安全稳定运行。如何提高变电站直流系统在各种异常或者事故情况下的应急处理能力，是摆在检修人员面前的一道难题。为了改善110kV及以下变电站直流系统在发生各种异常以及事故情况下的应急处理能力.缩短直流系统的停电时间.现场迫切需要一种小型化、重量轻、移动方便、功能完善且满足电气性能要求的变电站直流电源应急装置。
2变电站直流电源应急装置的构成
一种是只由直流充电装置组成的直流电源应急装置。这类直流电源应急电源装置由于未配置蓄电池，导致其只有直流充电功能，无不间断直流供电能力。比较典型的有2006年省公司配送的原南京工程学院研制的直流电源应急装置。该类装置一般采用单路三相四线制交流输入，输出为直流240V(输出可调)，可与变电站蓄电池组配套使用。该类直流电源应急装置由于是定位于直流充电系统故障而设计.但目前变电站运行的直流系统充电装置都是N+1配置，变电站直流充电系统故障几率非常低，导致该类型直流应急电源装置实用性不高，几无发挥作用。
另一种是变电站现有直流系统的简化版。该类直流电源应急装置系统设计与现有直流系统完全一致，由于该类装置配置了蓄电池组，因而具备直流不间断供电能力，能够满足各种直流异常场合使用。该类装置一般也是单路三相四线制交流输入，但由于配置的蓄电池数量较多.导致该类装置体积较大、重量较重，使用极其不方便。例如国内某一厂家直流电源应急装置由于采用锂电池，在国内同类产品中体积、重量控制得较好，但机柜尺高X宽X深仍达到1200mmX600mmX600mm.重量为165公斤.其中充电箱40公斤，电池箱125公斤。显然这类装置使用是极其不方便的，现场使用人员迫切希望有一种体积更小、重量更轻的替代装置。
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3变电站直流电源应急装置主要功能需求
电力系统控制回路的基础为直流电源.直流电源对系统的正常运行起着至关重要的作用：经调查，实际运行过程中常会遇到的情况有以下几种：
(1)较多的变电站仅配备一套直流屏，根据《DL/T724电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》中有关规定，充电机、蓄电池需接受定期维护.但直流系统不可以停电，在此情况下.另外配备一套临时的直流电源代替该原有的直流屏供电是很必要的：
(2)电厂、变电站等建立初期或者进行扩建时.直流屏不能够进行供电，需要临时直流电源对蓄电池进行充电.新建电厂、变电站的继电保护设备进行调试.不受直流系统工程进度的影响：检修或改造电厂、变电站继电保护设备时，被检修或改造设备可单独供电进行全面的检修、改造和调试.以防操作不当导致变电站、电厂的不正常运行。
(3)电厂、变电站的继电保护设备校验，提供继电保护整组校验电源，可以测试继电器动作点的电压、脱离点的电压以及不同工作电压下设备的运行情况。另外，根据规程要求，新投运的直流元器件需经过检测才可正式投运，但禁止从现场直流屏上取电源，需配备一套临时直流电源。
针对上述问题.开展便携式变电站直流电源应急装置研制工作，经分析，它需具备两种工作模式.即电源模式和充电模式，能够满足蓄电池充电和直流元器件检测等方面的要求，装置要使用LED液晶来显示.操作需方便。装置结构要小巧、重量要轻、方便移动，能在多个变电站之间进行移动检测.要能够在电力、铁路、油田以及其他大型企业中广泛应用.要能够作为应急直流电源在继电保护设备校验调试中使用。根据目前变电站的直流装置设计规程，结合变电站继电保护及自动装置技术规程的相关要求，变电站直流电源应急装置在使用中要能满足以下种种要求：
（1）输入应使用交流220V单相，网上交流电压波动的情况下可以正常工作。
（2）直流220V输出，输出功率确保变电站极端异常情况下最大直流负载需要，另外，需具备直流供电不间断能力，直流供电不间断时间不低于变电站继电保护及自动装置最长动作时间要求，从而保证变电站继电保护及自动装置正确可靠动作。不间断供电时长和功率至少保持一倍的冗余。
（3）配置蓄电池，考虑到装置的体积和重量，配置的蓄电池容量不宜过大，数量不应过多。
（4）单人可移动、可操作。
（5）装置应有必要的异常告警功能。
（6）绝缘良好，确保安全使用。
4变电站直流电源应急装置的总体结构
变电站直流电源应急装置由设计直流系统转换方案、选择蓄电载体、选择智能开关电源、选择整流模块、选择装置屏幕类型以及选择装置的外壳材料六个部分组成。
5变电站直流电源应急装置的应用方式
通过对变电站直流电源应急装置的应用分析.其主要具有以下五种应用方式：
（1）在现场蓄电池组(单节)更换时或全核对性放电时替代工作。
（2）在现场浮充机.监控器.蓄电池组故障时代替工作。
（3）作为独立电源系统在35kV及以下终端变电站场所使用。
（4）与现场的直流电源系统进行并联而使用。
（5）与现场的蓄电池组进行并联而使用。
6变电站直流电源应急装置的应用研究。
（1）验证直流电源应急装置输出具有充电和整流功能，保护能否正确动作。
（2）模拟更换蓄电池时，蓄电池组将退出运转，投入应急装置。
（3）模拟充电机发生故障时，直流屏退出运转，投入应急装置。
7变电站直流电源应急装置的经济效益分析
本文的变电站直流电源应急装置的成本较低，若将其在电力系统中进行推广使用，达到规模化牛.产.装置的成本还会进一步降低，并产生更大的经济效益。直流电源应急装置的成功应用使得更换单节蓄电池的处理时间由13分钟降低为平均故障处理时间的3分钟，而一个蓄电池组一般配备了18节蓄电池，综合设备、人员以及交通等因素的成本，可为变电站节省大量直流系统维护费用。由此可见，在电力系统中长期应用该应急装置将会产生巨大的经济利益。
此外，变电站直流电源应急装置的成功应用还取得了众多无形的效果：改变了直流作业工作模式，有效降低了该类工作的劳动强度，缩短了停电时间，缩短了流程工序，有效提高了工作效率。直流电源应急装置的应用有效改善了变电站直流系统各种异常、事故情况下的应急处理能力，缩短停电时间，保证变电站安全稳定的运行。
8展望
变电站直流电源应急装置投入使用，为110kV及以下变电所直流系统提供应急，具有事故预防的前瞻性。变电站直流电源应急装置是基于小型化、便携化研究的.为的是改变目前市场上小型直流系统的体积大、重量重、使用极其不方便的缺点。
参考文献：
[1]严国胜.变电站直流系统的设计及故障分析[D].河北：华北电力大学硕士学位论文，2014.
[2]蒋晓彬.张倩文.陈坤等.基于PLC的直流应急电源监控系统设计.绍兴文理学院学报.2013. 33(07)： 37-40
论文作者:赵锦明,柳文芳,任国毅,马红丽
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/1
标签：变电站论文; 装置论文; 直流电源论文; 蓄电池论文; 系统论文; 电源论文; 工作论文; 《防护工程》2018年第34期论文;