单电单充直流系统更换改造方案探讨
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摘 要：针对单电单充直流系统的特点，对单电单充直流系统更换改造各种可能的改造施工方案进行探讨，分析各改造方案的优略，根据不同的实际情况确定最优方案的选择。
关键词：单电单充；直流系统；方案优化选择
引言
在发电厂和变电所中，直流系统是站内二次设备和二次回路中必不可少的设备，在正常情况下为控制信号、继电保护、自动装置、断路器跳合闸操作回路等提供可靠的直流电源，当发生交流电源消失事故情况下为事故照明、交流不停电电源和保护装置等提供直流电源。直流系统可靠与否对发电厂和变电所的安全运行起着至关重要的作用，是安全运行的保证。
正是由于其在变电站中的重要作用，单电单充直流系统更换工作时存在极大的风险，容易造成直流电源失压二次设备停运，进一步造成对应的一次设备被迫停运，影响供电可靠性的提升。鉴于此，文章针对单电单充直流系统的特点，对单电单充直流系统更换改造方案进行探讨，根据不同的实际情况确定最优方案的选择。
1 单电单充直流系统简述
在本网区220KV及以上变电站和最近几年新投运110kV及以下变电站都是双电双充直流系统：即有两套直流充电装置和两套直流蓄电池，两套直流系统互为备用，平时分列运行分别给站内设备提供直流电源，当其中一套直流系统故障或技改更换不能运行时则合上两套直流系统之间的联络开关，用一套直流系统给全站设备提供直流电源。而在早期投运运行的110kV及以下变电站直流系统大多都是只有单电单充配置，即只有1套直流充电装置和1套直流蓄电池。一些运行时间较长的直流系统设备老化运行不稳定出现的故障较多，加上一些较老型号的设备厂家已不生产，不利于维护工作。此时必然对直流系统进行改造更换。
对单电单充配置的直流系统改造过程中存在以下问题：
1.1 由于直流系统只有1套直流充电装置和1套直流蓄电池，不像双电双充直流系统能临时互为备用，所以对单电单充配置的直流系统改造时需考虑接入备用电源或对变电站设备停电更换的问题。
1.2 需带但早期投运的变电站中，直流充电模块与馈线端子在同一屏内组屏，蓄电池单组组屏，这就造成在更换直流系统充电、馈线装置时，作业空间狭小。在更换过程中直流一旦发生短路、开路或接地，都有可能导致保护装置误动或拒动，造成大面积停电事故或电网事故。直流系统改造过程中需考虑相关防范措施。
2 单电单充直流系统更换改造解决方案
2.1 改造方案初步分析
针对单电单充配置的直流系统的特点，直流系统改造方案主要如下：
方案（1）设备停电更换直流系统
在旧直流屏拆除之前，先对新直流系统进行检查调试，确认新系统良好后申请全站一次设备停电，因此相应的二次设备可断开直流电源，旧直流系统完全退出运行，拆除旧直流屏后在原位置移入新直流系统，把直流负荷移接入新直流屏，完成更换改造。
此改造方案有施工风险低的优点。因为在设备停电情况下完成更换改造工作，可防止施工过程中直流发生短路、开路或接地，导致保护装置误动或拒动的情况出现。同时直流系统完全退出运行也大大降低了施工人员触电的危险性。
缺点：设备停电难，在停电时间内工作强度大。此方案需申请全站一次设备停电，因牵涉停电的用户较多，全站停电较难实现。且若全站设备能停电，考遇到电网的运行可靠性和用户原因，全站设备停电批复时间一般是1天时间，在1天时间内完成直流旧屏柜拆除和移入新屏柜的工作，时间紧工作强度会比较大，若果前期工作准备不充分，在1天时间内可能不能完成改造工作。
方案（2）设备不停电更换直流系统
先搭建1个临时备用直流电源系统，从临时备用直流系统引出临时直流电源至各馈线支路与原直流电源并接，然后拆除从原直流屏柜至各馈线的电缆，拆除旧直流屏柜移入新直流屏柜，从新直流屏柜引直流电源至各馈线支路与临时直流电源并接，再拆除临时备用直流电源系统。整个改造过程在一次设备不停电情况下更换直流系统。
此改造方案有减少一次设备停电、减少用户用电损失的优点。但也存在施工风险高、施工难度大、施工工期略长的缺点。
2.2 各方案优缺点
方案1因在一次二次设备停电下完成新旧直流屏的更换改造，所以在施工过程中可以断开各直流电源在不带电的情况下施工，相对而言施工难度小，施工风险低，大大减低了直流失压、短路和人身触电的几率。对于110KV及以下的变电站，或处于偏僻地区没有重要用户、易于停电的变电站，在直流系统改造时可考虑采用方案1。
方案2由于搭建1个临时备用直流电源系统供电，在设备不停电下进行改造施工，相对而言施工难度大。在改造过程中由于需增加临时直流电源和敷设相关临时电缆，涉及备用直流电源与新旧直流系统并列运行的问题，增加了了直流失压、短路和人身触电的风险。但在110KV及以上的变电站，或不易于停电的比较重要的变电站，在直流系统改造时可考虑采用方案2。
3 设备不停电更换直流系统改造具体方法
从目前电网发展趋势，在日益提高用电可靠性的当下，整个变电站停电施工较难实现，所以在直流系统改造时可能会更多地选择不停电更换的方案，所以在这里侧重探讨方案2设备不停电更换直流系统的具体实施方法。具体方法步骤如下：
3.1 准备一组备用电池及移动充电机，和一个加装有多个空气开关的负载端子箱，组合成一个临时直流电源系统。临时直流电源系统由移动充电机和蓄电池组组成，也保证了临时直流电源的供电可靠性。临时直流系统见图1所示：
图1 临时直流电源系统示意图
3.2 从临时直流电源系统敷设临时电缆至各馈线负载屏柜。把临时直流电源接入各馈线支路和旧直流系统并列运行。并列运行前注意通过调整备用蓄电池节数和充电机输出电压，把临时直流电源系统和旧直流电源系统电压差调至基本为零。
3.3 逐一断开旧直流屏的馈线支路，注意在旧直流屏和各馈线负载屏柜两端都要同时拆出。断开旧直流屏交流输入电源和相关接线，拆除旧直流系统。
3.4 新直流屏就位，安装新蓄电池，接入交流输入电源和相关接线，调试正常。
3.5 通过再次调整备用蓄电池节数和充电机输出电压，把临时直流电源系统和新直流电源系统电压差调至基本为零。
3.6 把从旧直流系统拆出的至各馈线支路的电缆接入新直流系统，临时直流电源和新直流电源同时给各馈线支路提供直流电源，新直流系统与临时直流电源并列运行。
3.7 拆除临时直流电源系统完成改造工作。直流系统更换改造结构示意见图2所示。
3.8 在施工过程中，连接蓄电池时，应注意正、负极性，进行连接和拆除工作时应对工器具进行绝缘包扎，同时采取有效措施，防止误碰相邻带电设备。在放置临时直流电源系统和临时电缆时，应尽量放置在空置区，注意不要影响运行人员巡视和操作。更换改造过程中注意密切监视直流系统和各运行装置电压情况。
4 结束语
单电单充配置的直流系统改造，宜根据现场的条件和实际情况，选取采用最优的工作方案。对变电站内直流系统相关设备检修或者更换，做到对站内二次设备少影响或者不影响，从而保证保护、测控、远动等装置的正常运行。近年我局对110kV望贤站及灵山站等变电站直流系统进行改造更换工作，由于难以进行全站设备停电进行施工，所以根据实际情况采取了不停电更换直流系统的改造方案，此方法效果很好，大大降低了重要设备停止供电的风险，通过对旧设备的有效隔离，减少了带电作业的工作量，降低了整体作业难度。
参考文献
[1]白忠敏，现代电力工程直流系统[M].北京：中国电力出版社，2002.
[2]国家电网公司，直流电源系统管理规范[M].北京：中国电力出版社，2006.
[3]白忠敏，等，电力工程直流系统设计手册[M].北京：中国电力出版社，2009.
作者简介：蒙爱国（1975-），男，本科学历，电力工程师，长期从事电力系统直流设备和继电保护等二次设备检修和试验工作。