变电站一体化电源分析1

变电站一体化电源

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[关键词]变电站; 电力; 站用直流系统; 通信电源; 一体化

[作者简介]李昭桦, 广东省电力设计研究院工程师, 研究方向:电力系统通信设计, 广东广州, 510663

[中图分类号] TM63 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2010)05-0139-0003

一、引言

变电站内的站用直流系统和通信电源系统均配置有蓄电池组, 其维护分别由电气和通信两个专业负责。变电站一体化电源典型方案是取消通信电源的蓄电池组, 将站内直流电源系统、通信用直流变换电源(DC/DC)组合为一体, 共享使用站用直流系统的蓄电池组, 并统一集中监控的成套设备。该组合方式是以直流操作电源为核心, 通信用直流变换电源DC/DC由直流输入变换为直流输出的电源装置, 输出特性满足通信电源的要求。它与直流操作电源的充电装置和蓄电池组相配合, 为电站的通信设备提供电源, 可以减少蓄电池组的重复配置, 提高电力通信的运维效率, 节约人力维护成本。

二、站用直流系统和通信电源

变电站直流系统由交流输入、充电装置、馈电屏、蓄电池组、监控单元(含馈线状态监测单元) 、电压监测、绝缘监察(含接地选线) 、硅降压回路、蓄电池管理单元、直流馈线网络等组成。站用直流系统作为变电站控制负荷和部分重要直流动力负荷的电源, 主要任务就是给继电保护、开关合分及控制系统、信号系统、自动装置等提供可靠的直流电源, 它在变电站中是一个独立的电源, 不受交流的影响, 在全厂或全所失电的情况下, 仍能保证控制信号、保护、自动装置等电源及事故处理工作。站用直流系统采用不接地方式, 典型的直流系统原理图如图1所示。 信息来源:http://www.tede.cn

通信设备的直流供电系统由交流配电屏(可选) 、高频开关电源、蓄电池、直流配电屏等部分组成, 通信电源的连接如图2所示。

三、一体化电源的关键问题和解决措施 信息来自:输配电设备网

站用直流系统为不接地系统, 通信电源为接地系统。一体化电源如何接地, 这是技术上需要解决的问题。站用直流系统和通信电源的蓄电池组后备时间的规定标准不同, 一体化电源的蓄电池组后备时间遵循哪个标准, 需要从管理和规章来分析。本文就这两个关键问题展开分析, 提出解决的建议方案。 信息请登陆:输配电设备网

(一) 接地问题的解决

1. 站用直流系统接地

当前全国变电站直流系统具有统一的规范(DL-T5044-2004)《电力工程直流系统设计技术规程》[1]指导, 直流电源系统采用不接地方式。站用直流系统为不接地系统, 直流系统发生一点接地, 不会产生短路电流, 亦可继续运行; 但是必须及时查找接地点并尽快消除接地故障, 否则当发生另一点接地时, 就有可能引起信号装置、继电保护及自动装置、断路器的误动作或拒绝动作, 有可能造成直流电源短路, 引起熔断器熔断, 或快分电源开关断开, 使设备失去操作电源, 引发电力系统严重故障乃至事故。因此, 不允许直流系统在一点接地情况下长时间运行, 必须加强在线监测, 迅速查找并排除接地故障, 杜绝因直流系统接地而引起的电力系统故障。

2. 通信电源接地

变电站的通信电源采用联合接地和等电位接地系统, 它的功能如下:

(1)减少通信设备单元与接地系统的电位, 以保证安全。

(2)防止电气设备事故时故障电路发生危险的接触电位并使故障电路开路。当市电线路偶与通信设备或电缆相接触时, 使市电线路立即断电, 减小危险并减少损坏。

(3)保证系统电磁兼容的需要, 保证通信系统功能不受干扰。

(4)为使用大地作回流体的信号发送系统提供低阻接地回路。 信息来自:输配电设备网

(5)提高防雷及过电压保护的功能, 减低市电线路和通信电缆上的雷电和其他冲击源所引起的损坏, 以及提供通道将电缆屏蔽层上进入通信局(站) 的冲击电流转移入地。

(6)将蓄电池的一个正极接地, 有利于防止用户电缆金属外皮绝缘不良时引起的串话, 减少用户电缆金属芯线的电腐蚀。

3. 接地系统解决措施

为实现接地系统与不接地系统的隔离, 确保相互之间的故障隔离, 根据变压器原理, 在DC/DC模块上采用反向变压器, 相互隔离各自的接地系统。一体化电源接地系统原理如图3所示。

若DC/DC模块被击穿, 导致站用直流系统接地, 由于直流系统大都配置接地监测系统, 它将检测出接地, 维护人员可在短时间内解除问题。此类故障接地系统理论上不会影响站用直流电的可靠性。 信息来源:http://www.tede.cn

(二) 蓄电池后备时间的解决 信息来自:www.tede.cn

站用直流系统的每组蓄电池容量选取按全站事故放电不小于2小时计算; 当两组蓄电池正常均分站内全部负荷时, 事故放电时间不小于4小时。

在通信电源方面, 各规范、规定或文件中规定相关对通信电源的后备时间不一致, 有4小时、8小时、12小时等各种规定

根据广东电网公司的变电站统计和典型设计数据,500kV 站通信电源按照72A 计算, 最大负荷为72A×50V=3600W,变电二次设备经常性负荷按照9520W 计算, 长期事故负荷

20265W;220kV 变电站负荷约为39A, 负载功率约为39A×50V=1950W。变电二次设备经常性负荷按照5025W 计算, 长期事故负荷12025W; 典型110kV 变电站通信设备功率约为700W, 变电二次设备经常性负荷按照2665W 计算, 长期事故负荷6665W 。本文对500kV 站、220kV 站、110kV 站点分别按照蓄电池组后备时间为12小时、4小时, 计算电源一体化实施后, 站用直流系统将会有所配置变化

可见, 不同的后备时间对一体化电源影响重大, 按照4小时后备时间的方案, 将通信负载加入站用直流系统的经常性负载中, 则一体化电源的配置跟现有站用直流系统的配置变化不大, 实际操作具有较高可行性; 如果将站用直流系统按照12小时后备时间设计方案, 其500kV 站点的蓄电池容量增加了100%以上, 将对机房的承重和空间带来一定的考验, 其经济性也是一大问题, 站用直流系统并不需要长达12小时的后备时间。因此, 管理部门制定统一、合理的标准, 将是一体化电源实施的重要基础。

四、结论

本文针对变电站一体化电源的实现关键要点进行了分析, 对接地和蓄电池组后备时间两大问题给出了解决建议。变电站电源一体化是对变电站通信电源的一次创新性改革, 已在广东部分地区的110kV 站点试行, 在实践中不断检验。