110kV变电站直流系统的配置

韩国舞族

0 概述
为了给变电站中的控制电路、信号回路、保护电路、通信设备、自动装置、事故照明等供电，要求有可靠的直流电源。作为变电站中不可或缺的二次设备，直流系统的性能和质量直接影响到变电站乃至整个系统的稳定运行和设备安全。
一般变电站的直流系统由充电浮充电装置、馈电装置、监控装置和蓄电池组构成。
在很长一段时间内，我国电力系统使用的直流电源大部分采用相控电源，但相控电源纹波、高次谐波干扰较大，效率较低及体积庞大，监控系统不完善，难以满足综合自动化及无人值班变电站的要求。
高频开关电源具有稳压、稳流精度高、体积小、重量轻、效率高、输出纹波及谐波失真小、维护容易、噪音小、自动化程度高的优点。阀控式密封铅酸电池也由于无需补加水维护，体积小，比能量高，不腐蚀设备，不污染环境，安全可靠等优点。近年来，高频开关电源和阀控式密封铅酸电池成为现阶段变电站直流电源的必然选择。
本文结合湛江地区近几年来110kV变电站直流系统的选型及具体方案进行了分析比较。
1 直流系统的配置
1.1 直流电压选择
我国变电站的直流电压大多数采用220V，近年来，也有不少采用110V电压的。这两种电压各有优缺点：
1）110V直流系统要求的绝缘水平较低，提高了运行的安全性，同时减少了中间继电器线圈断线和接地故障。在采用微机保护时，110V的干扰电压幅值下降，可提高设备的可靠性。
2）110V直流系统蓄电池个数比220V直流系统减少一半。
3）110V直流系统较220V直流系统二次回路电缆截面大。
4）220V直流系统对变电站的事故照明回路比较有利，接线简单，交直流回路可以共用照明灯具。
目前，对于110kV变电站，110V直流系统相对于220V直流系统还是有一定优势的。首先，近年来，10kV及以上的断路器大多用弹簧储能操作机构代替电磁操作机构，合闸电流较小，一般不超过5A(110V)，而110kV变电站，控制回路距离较短，一般不超过200m。对于110V操作回路，电缆截面1.5mm2已经符合机械强度及电压降的要求，220V直流系统电缆截面小的优点不再存在。其次，由于110kV变电站事故照明回路较少，对于110V直流系统其事故照明回路可采用加装110V/220V逆变电源装置或采用独立的110V事故照明灯具实现，此方面增加的投资相对较少，110V直流系统蓄电池方面的投资则减少。因此，110kV变电站越来越多选用110V作为直流电压。湛江地区近年来新建110kV变电站，都采用110V直流系统。
1.2 直流系统接线方式
直流系统采用单母线分段接线，设分段开关，这是变电站反事故措施的要求。110kV变电站一般采用1组蓄电池和2组充电浮充电装置互为备用。但考虑到实现控制电源双重化，提高运行的可靠性，以及延长蓄电池的寿命，而且蓄电池的绝对投资较少，采用双充双电的直流系统在经济上也是可行的。湛江地区近年来新建110kV变电站，都采用每段母线各带一套充电浮充电装置和一组蓄电池组的形式。
1.3 充电浮充电装置
充电浮充电装置采用多个高频开关电源模块(N+1)并联组合供电，即在用N个模块满足电池充电电流(0.1C10)加上经常性负荷电流的基础上再增加１个备用模块。高频开关电源模块一般用于220V的有10A、20A, 用于110V的有20A、40A。
例如：300Ah蓄电池，经常性负荷为15A的直流系统，可算出系统的最大输出电流为：
最大输出电流＝0.1×300Ah(充电电流)+15A(经常性负荷)=45A
采用容量为20A的电源模块，N≧45÷20=2.25
取N=3，则N+1=4，选用４台容量为20A的电源模块。
1.4 直流馈线
直流系统采用混合型供电方式。110kV部分采用放射型供电，每一间隔按双回路方式直接从直流馈线屏获取电源。35kV、10kV部分则按母线分段情况设置，每一段母线均按双回路配置。为了减少投资，提高通信电源的可靠性，通信电源通过两台DC/DC(110V/48V)变换器提供。各直流馈线均安装传感器，以便在直流系统发生接地时具有选线功能。
1.5监控装置
直流系统的监控一般由监控系统、微机型绝缘监测装置和蓄电池容量检测仪构成。监控系统由两部分组成：一是各充电屏和馈线屏本身内置的监控回路，负责对自身状态进行监控和告警; 二是整个直流系统的监控，其对充电柜、馈线柜、电池、对地绝缘监测等实施全方位监视、测量和控制。前者的运行应独立于后者以确保直流监控系统退出运行时整个直流系统仍能够可靠运行。直流监控系统设置串行通信口与站内监控系统相连，通过通信口将直流系统的遥信、遥测量提供给综自系统。
微机型绝缘监测装置能对母线电压、母线对地绝缘电阻及各馈线支路、蓄电池回路绝缘状况进行测量判断，超过正常范围时发出报警信号，并正确指示发生故障的馈线支路，可直接与综自系统相连，并提供接地报警、母线过压报警、母线欠压报警和装置故障报警等信号。
蓄电池容量检测仪检测蓄电池组的运行工况，测量各节蓄电池电压和整组电压并在蓄电池进行核对性放电时测量其容量，同时，对蓄电池组充、放电进行动态管理，也能根据蓄电池的运行情况对蓄电池进行均浮充转换，并具备有对蓄电池充电电压进行温度补偿功能。
1.6 蓄电池
蓄电池的选择无非就是电池额定电压和额定