一空压对6KV高压柜操作电源的改造
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[摘 要] 电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它的作用是：正常时为变电站内的断路器提供继电保护、合闸直流电源；故障时，当供电系统中断的情况下为继电保护及自动装置、断路器跳闸等提供直流操作电源。直流操作电源的可靠性是满足变配电室正常运行，保证电器设备安全可靠工作的关键。
[关键词]高压柜；操作电源；改造
中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0181-02
前言
电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它的作用是：正常时为变电站内的断路器提供继电保护、合闸直流电源；故障时，当供电系统中断的情况下为继电保护及自动装置、断路器跳闸等提供直流操作电源。直流操作电源的可靠性是满足变配电室正常运行，保证电器设备安全可靠工作的关键。我单位一空压站是在二十世纪七十年代初建成，八台 6kv 高压柜电器设备所用220V的直流操作电源、合闸电源，都是采用单独加装整流柜、电容储能装置作为直流电源，直流电源的稳定关系到6kV电器设备的正常，安全运行。由于我站高压柜在实际运行时经常出现柜内元器件损坏故障，这些故障将直接影响电力系统的安全可靠运行。所以，我单位决定在原有电器设备的基础上采用“三辰”PGD6型免维护电池直流屏对GK-1-01、GGS-1D高压柜直流操作电源进行改造，以保证电器设备安全可靠工作。
一、我厂曾用高压柜操作电源存在的问题
1.当整流装置的受电电源发生短路故障时，会引起交流电源的电压下降，严重时（如电源进线短路）还会造成继电保护装置不能正常动作。
2.采用电容器储能来补偿直流电压是一个比较简单可行的解决办法，但电容储能装置的电容器容量不稳定，并且电解电容器寿命较短、须定期检查，对保护装置要求较高的供电系统，很难满足安全可靠运行的要求。
3.交流操作电源往往由变流器、电压互感器或站用变压器供电。但其中由变流器供给操作电源时，只有在发生短路事故，或者在负荷电流较大时，变流器的二次电流才能满足继电保护跳闸之用。如果负荷电流较小，则不足以操纵开关设备。而由电压互感器或站用变压器供给操作电源时，只适用于正常运行或接近正常运行的情况，不适用于发生短路事故情况。因此上述两种交流操作方式在电力系统的运行中缺一不可，这样将会使设备的安装成本提高，加大二次回路的复杂程度。
4.我厂变配电室中过去也曾使用过镉镍蓄电池，是采用硅整流器作为直流操作电源蓄电池的充电设备，但这种蓄电池在生产运行过程中存在检修维护工作量大、耗能大、绝缘检察装置动作灵敏度低，仪表和灯光信号难以维护等缺点。
5.老式整流柜存在占地面积大、监控系统不完善、主从各分、维护检修量大，运行人员在开停机过程中操作力度大等问题。输出直流电压脉动大，易造成电网负载不平衡。
二、对高压柜操作电源改造的设想
通过对曾用高压开关柜操作电源在工作中不断出现的问题进行总结，并查阅相关资料了解到：近年来我国电力系统所使用的直流分合闸电源大部分采用相控电源，但相控电源在纹波、效率、体积等方面很不尽人意，如监控系统不完善，主从各分，用户使用不便，对电力系统新的要求达不到标准。另外由于充电设备与蓄电池并联运行，当纹波系数较大、浮充电压波动或偏低时，会出现蓄电池脉冲充电放电现象，对电池不利。
PGD6直流电源是一种高频电力综合电源，用高频开关电源模块作充电浮充装置。按 N+1冗余原则配备模块数量，用PLC全数字控制。直流屏原理如图1。
各模块功能及工作原理如下：
1.中央控制模块：由 PLC、人机操作界面TP7等组成。能实现上位通讯、本机监控、温度补偿、手动后备等功能，对整流模块起控制作用。
2.整流模块：两台整流器并列或一台工作、另一台备用的运行方式。正常时充电整流器对蓄电池充电并通过调压装置向控制母线供电。事故时蓄电池向合闸母线放电，并通过调压装置不间断地向控制母线供电。整流模块在交流上电时可自启动，或在触摸屏TP7画面上操作启动模块。模块用磁开关技术和智能IGBT模块抗干扰能力强，具有过流、过热、短路保护功能。
3.绝缘监测模块：用电子继电器作监测选通器件和双频检测技术。能对控制母线实现全自动在线监测，在母线出现正或负对地绝缘不良时、通过系统监控装置向上位机发遥信，并发出闪光信号。
4.电池电压监测模块：可输出BCD码循环检测蓄电池电压，对蓄电池的单体电池电压进行实时自动监测。有单体电池过压、欠压、电压离群的报警功能；可操作TP7监视屏来查看电池各种参数。有利于及时发现故障、排除故障。防止故障扩大，保证直流屏安全运行，
5.调压模块：以高频斩波无级调压方式，硅堆有级调压后备保证该环节的安全可靠运作。功率级IGBT用IPM，简单可靠，保护完善。
6.TP7触摸屏：通过触摸屏可查看直流屏各种状态、参数或修改参数。按下触摸屏上的“RUN”键，触摸屏上会出现系统工作主菜单，按相应的子菜单就可进入查看、修改。
由于我单位一空压站中的原直流电源对新的供电系统技术要求达不到标准，为了保证我单位的动力供应分秒不停、安全生产、稳定运行。因此，在2004年初对站内电器设备中的直流系统进行改造前，我通过对上述各直流电源的性能比较后，建议采用目前技术比较先进的PGD6型免维护电池直流屏对原6KV高压柜操作电源进行改造。
三、性能特点
随着科学技术的不断发展，目前已出现使用高频开关电源模块对免维护蓄电池（即阀控式铅酸蓄电池）进行充电的设备。可采用多个独立的高频开关电源模块，以并联方式构成系统。电源模块可带电更换，为系统的维护和检修带来了方便。整个电源系统处于高度自动化管理下运行，无须人为干预即可按设定的蓄电池充电曲线自动运行，有效保证蓄电池的使用寿命，最大限度地改善了系统的运行性能。使得直流电源的各项性能和技术指标达到了前所未有的境界。
正常时为变电站内的断路器提供直流操作电源、合闸直流电源；故障时，当供电系统中断或出现故障的情况下为继电保护及自动装置等提供直流操作电源以及断路器跳闸电源。直流操作电源的可靠性是满足变配电室正常运行，保证电器设备安全可靠工作的关键。
四、采用PGD6免维护电池直流屏对6KV高压柜操作电源实施改造方法
1.根据本站内高压配电室现场实际情况，对免维护电池直流屏输入交流电源开关进行选择，确定所选开关是否符合该设备交流电源（380V±15）要求。征求运行人员意见并共同协商，在满足其操作监测方便，易于维护检修的条件下，确定直流屏柜、蓄电池柜安装位置。
2.经查阅GK-1-01、GGS-1D高压柜相关电器图纸后，将八台中的四台GK-1-01 6KV 高压柜所用的220V直流操作电源（如图2中的+KM、-KM接线端子）切除；另外四台GGS-1D 6KV高压柜所用的220V直流操作电源、合闸电源（如图4中A负、B正接线端子）切除，撤除原有设备。分别用3×2.5mm2、3×4mm2的电缆将直流屏中220V直流操作、合闸电源按正负极性分别从各台高压柜端子上连接到直流屏柜其相应的220V直流操作电源、220V合闸电源空气开关下端即可。由于此次改造只代替了原高压柜操作、合闸电源，因此，原来高压柜中其它控制回路和保护回路均不需更改及调整。
图2工作原理：通过站内变压器低压380V电源经降压变压器、桥式整流后，输出直流，作为正常情况下继电保护及断路器操作及跳闸电源。
图3工作原理：采用三相380V交流电源，经熔断器、交流接触器、调压器、电流继电器及整流变压器向三相桥式硅整流电路供电，额定直流输出电流为20A，输出电压可在0～230V范围内调节。R、C是装置的过电压保护。（图中整流变压器的控制、保护回路省略，可查阅相关书籍。）
五、注意事项
1.由于此次改造项目必须在保证安全生产的前提下进行，所以提前应考虑到把安全措施制定完善，并具体落实到工作负责人及工作人员，严格执行工作票制度与互联保对子职责。工作中应严格遵守电气安全操作规程，确保正在运行的电器设备能够安全稳定运行。
2.将直流屏柜和蓄电池柜按安装要求就位后，根据其二次接线图将18只A412-65AH蓄电池分别串联接入充电回路，切勿反向串联和并联，严禁接错电池正负极。检查输入电源引线，控制回路及设备间所有连接线是否有误。确认无误后对蓄电池进行充电，以确保蓄电池有足够的容量投入运行。并在对蓄电池进行连接时注意蓄电池内部电源串联到最后时的大容量放电造成人身伤害。
3.当设备运到现场后，应对柜体外观和内部进行检查。主要检查柜体上检测仪表有无损坏及内部接线有无松脱现象。
4.用500V兆欧表测量整流变压器，直流母线对地绝缘电阻，一般绝缘电阻大于2兆欧，均属合格。测试前必须可靠短接或解除二极管、稳压稳流充电控制板，解除电池组与外电路的连接线和直流母线绝缘监视装置的接地点等。测试后应恢复原状。
5.使用中，应注意保持蓄电池外部清洁，正负极接线柱与电缆接头接触良好。
六、结束语
我单位一空压站采用PGD6型免维护电池直流屏对6KV高压柜操作电源进行改造后，大大改善了站内直流供电系统，使原来分散的直流操作电源得到集中控制和管理，促进了供配电系统的自动化，降低了运行维护量，提高了供电质量，获得了良好的社会、环境和经济效益。从改造至今从没出现过由于直流操作电源的问题而影响其它电器设备正常工作的情况，整个供电系统一直保持良好的运行状态。为企业安全、稳定、长周期生产提供了保障。并且，由于撤出了部分原设备，使高压配电室空间增大，认人有耳目一新的感觉。
参考文献
[1] 《最新统一编写进网作业电工培训教材 高压电工篇》 （中国水利水电出版社）.
[2] 《PGD6-IV系列直流屏操作说明书》 （浙江三辰电器有限公司）.
[3] 《技师专业论文撰写》 （劳动和社会保障部教材办公室组织编写）.