变电站直流系统的优化探析

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摘要：随着科学技术的发展，我国电力事业取得了前所未有的成就，很多变电站基本上实现了无人值守的智能化运行，这样对直流系统的安全运行提出了更高的要求。本文中主要针对220kv电站直流系统作了简要介绍，并基于设备的改进、系统升级等对系统的优化问题进行了分析，目的在于提高其安全性与稳定性。

关键词：变电站；直流系统；简介；优化

中图分类号：TM411+.4文献标识码： A 文章编号：

为了保证变电站的安全运行，必须保障直流系统的安全运行能力，因此在实际应用中应当采取有效措施，减少直流系统问题的发生，所以对直流系统进行适当优化是十分必要的。

一、直流系统简介

1、直流操作系统电源

电源是继电保护装置中重要组成部分，为系统提供必要的工作电能，包括在断路器发生故障时提供动作电能，多数变电站都是采用直流电源的方式。其中直流系统负担的负荷主要包括了：经常性负荷、故障性负荷、冲击性负荷。而直流操作电源的分类有：蓄电池式、硅整流电源、复式整流电源。对操作电源的基本要求有，保证系统供电的可靠度，具有一定的蓄电容量保证正常运行和故障供电，使用的寿命长，组建和维护方便、经济，占地面积小结构紧凑。

2、蓄电池直流供电系统

（1）蓄电池系统的作用。蓄电池的基本功能就是将电能转化为化学能量储存起来，在需要使用的时候将化学能量转换为电能进行释放，因此可以作为直流电源。将多个单体的蓄电池组合起来，就构成了蓄电池组，并以此作为直流系统的电源，这是变电站常用的电源形式。蓄电池组的供电不受外界电网运行的情况的干扰，因此在故障状态下可以保证一段时间内的用电需要，并具有一定的可靠性。蓄电池组的作用：1）为主控制室设备、配电装置、配电装置技术控制的信号传输、配电装置上的断路器合闸等提供电源。2）施工中的电站基本照明。3）为其他直流辅助设备供电，如通讯、主控室设备、电气试验等。

（2）蓄电池组的运行模式。目前采用的多为浮充电运行，即采用两套带有硅整流装置，其中一个容量较大作为充电，另一套容量小为浮充。浮充方式的运行就是在正常环境下，整流电源和蓄电池同时并联运行，整流电源幅度直流系统的常规负荷，另一方面为蓄电池进行浮充，以补充蓄电池组的自然电量损耗。在这种运行模式下，蓄电池组所负担的就是冲击负荷和事故负荷。

按照此种方式工作的蓄电池组经常处在满电中，当交流电源出现故障或者浮充装置故障时，蓄电池组就会转化为长时间放电状态，为系统进行直流供电。

3、直流供电系统的线路连接

（1）主控室内的线路布置。控制和信号传输、警示信号电源的小母线应当按装在不同的控制屏顶，小母线按照电屏来分组，各组间用电缆相连，然后在通过两回路与电源连接，在各组间和电源进线端都需要增加开关来控制整个网络的运行，这里小母线分组设置是为了检修方便。

（2）外部配电装置的供电。外部配电装置断路器合闸线圈的供电是直流系统的重要功能，该子系统是以电缆连接电源和各个断路器的端子构成的。端子箱之间需要用电缆连接，形成断路器合闸电源的母线。正常情况下，通过开关器将合闸电源母线分开，形成独立的单元独立取电。

（3）故障照明系统供电。在故障中提供照明用电是直流系统的有一个重要功能。故障照明电源应当安装在控制室内部的故障照明自动切换装置上，并且安装单回路供电。故障照明的负荷在正常的时候由为220伏交流电源提供，当出现故障使得交流电源实效时，则由蓄电池组提供必要的直流电供应，即在故障时直流系统工作，而当交流电恢复后，在自动转换为交流系统供电。

二、220kV变电站的直流系统优化

1、直流系统馈电网络的优化

在优化中应当采用相应的规范作为指导，因此在优化中按照规范要求将高压线路和保护元件设置为双重结构，而整个直流系统的优化也应当为其进行服务。所以在优化过程中首先应当根据需求改进直流馈线网络，以满足保护元件的设计增加或者更改需求。一般的优化形式是建立辐射式的直流馈线网络，利用单独馈线直接向220kV线路进行直流供电。

尤其是在电压等级较多的情况下，由于规模较大，馈电网络的改进更应当谨慎，可以采用就地直流分屏的方式构建辐射网络。也就是在直流系统的两条总母线上进行就地分接，将其接入各个直流分屏上，再由分屏上的直流母线进行供电，最后将直流分屏作为中心向外辐射构成网络。以此方式可优化整个直流配电线路，方便管理也降低了优化成本。

2、直流系统接线的优化改进

变电站的直流供电系统多数是蓄电池组进行供电，而且蓄电池组往往为单套，这时如果对蓄电池组进行维护则会影响系统的安全性。根据国家要求，应当在优化改进中增加蓄电池组的数量，以保证互为备用。一旦出现故障或者维护也可保证整个直流系统的安全运行。并以此为基础进行直流系统的接线优化，保证每个直流供电设备都可以在蓄电池组故障或者维护中得到稳定的直流电保证。

3、直流系统设备优化

（1）对蓄电池组的改进

蓄电池组是直流系统的核心设备，因此应当选择较为先进的蓄电池型号或者替代设备，以此提高设备的稳定性和经济性，甚至是环保效果。所以在优化中应当重点对蓄电池组进行设备改造，如采用较为先进的全封闭式的蓄电池，以降低蓄电池的污染，并且从节约空间和成本的角度进行优化。如：阀控式蓄电池的选择和应用。无论是怎样的蓄电池组合，在优化中都用到注重对蓄电池组的容量选择，以保证整个电站故障持续供电时间为前提，按照电站的直流载荷为依据来选择和设计优化后的蓄电池容量。

（2）蓄电池辅助装置的改进

主要是利用高频开关充电装置实现对蓄电池组充放电的控制。这一控制设备对阀控密封蓄电池更加的有效。同时在配合以软件的支持，可以降低装置的能耗和工作效率，降低了整个系统运行的温度和噪声。另外，高频开关充电装置可在单模块出现故障的时候保证系统正常，提高了系统的可靠性。而且配合其专用的计算机控制装置，更可以实现自动化控制。

4、直流系统中的保护装置升级

利用专用的直流断路器来保护整个系统要优于采用传统直流熔断器，这也是对保护装置的升级和完善，其具有反应快，并具备过流和限流等功能，从动作特性曲线上看，其稳定性和瞬间动作、延时动作上都有着明显的实用优势，有利于直流回路中上下级断路器之间的配合协调，因此提高直流系统保护动作的选择能力。

5、利用交流不间断电源优化系统

变电站的智能化管理的需求逐步提高，因此不间断供电就成为了直流系统应当满足的一个要求。因此在优化中应当考虑将不间断系统作为优化的一部分。UPS系统应当满足整个系统的不间断供电需求，为此可以考虑在系统中设置两个UPS装置，即正常工作时由主UPS向负荷供电，主UPS失效时由备用UPS接替工作，主从装置不考虑并列运行。

三、结束语

作为变电站信号、通信、继电保护、事故照明、动力、仪器仪表等设备的电源，直流系统是电力系统中的重要组成部分，其性能的好坏直接关系到电网和设备运行的安全。220kV变电站的直流系统优化是一项全面而细致的工程，综合的看应当从根本做起，即从蓄电池组开始进行升级和改进，并以此为核心展开线路改造、保护措施升级、控制系统完善等工作。这样才能在优化中建立起一个完整、高效、低耗、稳定的变电站直流供电系统。

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