变电站交直流一体化电源系统的设计与应用探讨

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　　摘要： 变电站交直流一体化电源系统是现有变电站占用电源设计和管理模式的创新和发展。近几年随着数字化变电站相继建设投产及全国智能变电站试点项目的建设，交直流一体化電源系统正在逐步替代传统站用电源系统的建设和管理模式，其技术先进、维护方便、运行安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益。不管是现在还是将来，都会得到广泛的推广和应用，具有良好的发展前景。
　　关键词：变电站;交直流;一体化;电源系统设计;应用2 交直流一体化电源系统的总体概述
　　1 现状分析
　　 目前，站用电源系统中，交流站用系统主要是为变电站隔离开关操作、风冷系统运行、加热照明系统提供可靠供电服务;直流系统则主要是为变电站继电保护、综合自动化、断路器控制等提供不间断供电服务;通信电源则是为变电站通信设备、网络设备等提供电源;UPS电源则主要是为特殊情况下提供事故照明、调度通信业务设备提供不间断可靠供电服务。传统的站用电源系统主要存在以下不足：
　　 （1）综合自动化水平不足。虽然在把变电站中，所有设备均要采用IEC61850协议，能够解决通信规范的兼容问题，但由于没有统一的监控设备对整个变电站电源进行管理，不能实现系统数据共享，无法进行变电站用电源协调联动。
　　 （2）运行维护不便。站用电源一旦出现故障需要向多个厂家进行协调，造成沟通困难与效率低下。且站用电源分配不同专业人员进行管理，人力资源不能总体调配，通信电源、UPS等也没有纳入变电站的巡检范围，可靠性得不到保障。
　　 2 系统简介
　　 交直流一体化电源系统采用分层分布架构，将站用交流电源、直流操作电源、电力专用UPS与电力专用逆变电源（INV）、通信用直流变换电源（DC/DC）等设备按一体化设计、一体化配置，通过统一的智能网络平台，实现变电站电源的集中供电和统一监控管理。
　　 2.1  现场安装配置
　　 交直流一体化电源系统采用优化配置，取消通信蓄电池组及充电装置，使用DC/DC变换器直接挂于直流母线代替;取消UPS蓄电池，使用逆变器直接挂于直流母线代替，对重要负荷如事故照明等采用逆变电源供电。以220kV变电站和110kV变电站为例，设备配置可设计如下：
　　 2.2  交直流一体化电源系统需解决问题
　　 近年，对于交直流一体化电源考虑较多的问题主要是：站用交流电源如何可靠地实现自动切换问题;高频开关电源、直流―直流变换电源模块自主均流、稳流、稳压、整机效率、彻底消除电网的冲击、浪涌、抗干扰能力、开机软启动问题;电力专用逆变电源的直流输入、交流输入及输出三方完全电气隔离，动态瞬变、陷落及杂讯干扰等对负载设备的不良影响，过载能力，维修旁路控制逻辑，实现不间断电源在任意运行状态下闭合维修旁路开关，不影响连续供电问题。
　　3 一体化电源系统监控范围
　　 一体化电源系统利用通信方式对各子系统进行数据分散采集和集中管理，可在自动化监控后台或集控中心对本站各电源子系统实现远方监控。
　　 一体化电源系统中除交流电源子系统进线开关和联络开关采用框架式开关外，其它开关均为塑壳开关、微型空开和隔离开关，不具有电气操作机构。如果要实现远控，就需要给这些馈线开关或隔离开关加装外部辅助机械装置以及微型马达来实现;这样无疑会大幅增加整个系统的复杂性和投资费用，馈线柜的数量也会增加许多，因此实际工程应用案例极少。另外各电源子系统全部双套配置，重要负荷双回路供电，因此一旦发生站用电源馈线跳闸事故，一般需要检修维护人到现场查明故障原因，才能进一步恢复供电。因而功能中除对进线开关、联络开关进行远方控制外馈线开关以及隔离开关远方控制的必要性不大。
　　 4 站用交流电源切换方式
　　 500kV变电站备用电源自动投切有以下实现方式：
　　 方式三：由进线监控模块实现备用电源自动投切功能。虽然只能实现电气闭锁，但取消自动备投装置，将自动备投功能嵌入交流进线监控模块，由进线监控模块对采集的信息进行分析处理并实现自动投切。本工程推荐采用方案三实现备自投功能，节省独立的备自投装置。
　　5 变电站交直流一体化电源的设计方案
　　 交直流一体化电源系统采用分体式架构，将站用交流不间断电源/电力专用逆变电源、直流操作电源、服务等，通过网络通信，设计方案优化，实现变电站站用电源的集中供电和统一监控管理，进而实现在线状态的实时检测。
　　 1）站用交流电源
　　 站用交流电源主要由交流进线、交流馈线、电量测量和交流电监控4个单元组成，配有ATS转换开关可以实现两路交流进线电源的自动切换，从而确保了交流输出分配和一体化电源长期稳定运行。
　　 2）直流操作电源
　　 直流操作电源是一体化电源的核心，主要由整流单元，蓄电池单元，直流馈线单元。
　　 3）交流不间断电源
　　 交流不间断电源，主要包括UPS和INV两类不间断电源。其中UPS主要为变电站内计算机监控、打印机等对电源质量要求很高的重要负荷供电;而INV逆变电源主要为变电站内事故照明等对电源的质量要求不高的负荷供电。
　　 4）DC/DC通信整流电源
　　 与传统通信电源有所不同，DC/DC通信电源采用DC220/110V直流母线电源作为通信整流模块的输入电源，并与直流电源共用一套蓄电池组，整理模块也采用N+1冗余模式，且采用硬件自主均流技术，为变电站内交换机等通信设备提供可靠的直流工作电源。
　　 5）一体化监控系统
　　 一体化监控模块存储整个站用电源数据，通过一个RJ45口以IEC-61850规约与后台连接，也可通过RS232/485口与后台连接，能完成站用电源四遥功能。一体化监控模块故障不影响电源其他智能模块运行。
　　6 变电站交直流一体化电源实例应用
　　 淮南110KV上窑变电站站用一体化电源经调试正常已投入运行，就以此为例简单论述一体化电源的配置方案。
　　 方案设计：站用两路交流电分别引自不同变压器下的低压母线，经两台ATS自动切换为相应交流负荷供电。通信电源和UPS不间断电源直流进线都取至直流主母线，并与直流共用一组蓄电池。
　　 屏柜配置：本项目总共配置11面屏柜，与常规屏柜配置方案相比减少了3个屏柜。组屏方案如下：
　　 监控通信：本系统中设置一个一体化直流总监控和绝缘巡检、通信电源、交流电源，UPS电源4个子监控。4个子监控各自对自己的单元的功能运行进行实时监测，并能及时采集数据和反馈电信号给总监控。一体化总监控也可以对各个子监控做相应配置和参数的修改，并能通过RS485/RS232或者以太网口与后台通信，为后台值班人员更好地掌握现场一体化电源运行情况提供了便利。
　　7 结语
　　智能变电站一体化电源系统，是借鉴电力用直流、交流一体化不间断电源系统核心思想，针对智能变电站的特点而开发的一体化电源产品解决方案。现有站用电源系统在资源整合、自动化水平、运行管理模式等方面都还存在着很大的优化提升空间;而交直流一体化电源系统以其结构紧凑、智能经济等优势具有广范的应用与蓬勃发展前景。
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