變電站交直流一體化電源的解決方案

1 引言

? 站用電源是變電站安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，隨著變電站綜自化程度的越來越高以及大量無人值班站投運(yùn)，相應(yīng)提高站用電源整體的運(yùn)行管理水平具有非常重要意義。筆者認(rèn)為，站用電源始終需要立足于系統(tǒng)技術(shù)來研究和發(fā)展，根據(jù)實(shí)際問題、發(fā)展現(xiàn)狀提出發(fā)展思路。現(xiàn)有站用電源在資源整合、自動(dòng)化水平、管理模式等方面都還存在很大的優(yōu)化空間，結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)可靠的變電站交直流一體化電源模式具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 傳統(tǒng)站用電源現(xiàn)狀分析

? 傳統(tǒng)變電站站用電源分為交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、UPS 、通信電源系統(tǒng)等，各子系統(tǒng)采用分散設(shè)計(jì)，獨(dú)立組屏，設(shè)備由不同的供應(yīng)商生產(chǎn)、安裝、調(diào)試，供電系統(tǒng)也分配不同的專業(yè)人員進(jìn)行管理。這種模式存在的主要問題：

（1）、站用電源自動(dòng)化程度不高。由不同供應(yīng)商提供的各子系統(tǒng)通信規(guī)約一般不兼容，難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，系統(tǒng)缺乏綜合的分析平臺(tái)，制約了管理的提升。

（2）、經(jīng)濟(jì)性較差。站用電源資源不能綜合考慮，使一次投資顯著增加。

（3）、安裝、服務(wù)協(xié)調(diào)較難。各個(gè)供應(yīng)商由于利益的差異使安裝、服務(wù)協(xié)調(diào)困難，遠(yuǎn)不如站用交直流電源一體化的“交鑰匙工程”模式順暢。

（4）、運(yùn)行維護(hù)不方便。站用電源分配不同專業(yè)人員進(jìn)行管理：交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)由變電人員進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)，UPS由自動(dòng)化人員進(jìn)行維護(hù)，通信電源由通信人員維護(hù)，人力資源不能總體調(diào)配，通信電源、UPS等也沒有納入變電嚴(yán)格的巡檢范圍，可靠性得不到保障。

3 變電站交直流一體化電源的解決方案

變電站站用交直流一體化電源系統(tǒng)是使用系統(tǒng)技術(shù)，針對(duì)變電站站用交流、直流、逆變、通信電源整體，根據(jù)實(shí)際問題、發(fā)展現(xiàn)狀提出解決方案的站用電源系統(tǒng)。

目前有關(guān)生產(chǎn)研發(fā)廠家已提出三代產(chǎn)品，分別是：

（1）、智能型站用電源交直流一體化系統(tǒng)

主要實(shí)現(xiàn)：

A、建立站用電源信息共享平臺(tái)。站用電源整體網(wǎng)絡(luò)智能化：一體化.將交流、直流、逆變、通信電源網(wǎng)絡(luò)智能化，對(duì)外1個(gè)通信接口；

B、設(shè)計(jì)優(yōu)化。取消通信蓄電池組及充電裝置，使用DC/DC變換器直接掛于直流母線代替；取消UPS蓄電池，使用逆變器直接掛于直流母線代替，對(duì)重要負(fù)荷如事故照明等采用逆變電源供電；統(tǒng)一進(jìn)行波形處理；統(tǒng)一進(jìn)行防雷配置；統(tǒng)一進(jìn)行二次配電管理；站用電源設(shè)備智能管理，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。

（2）、數(shù)字化站用電源交直流一體化系統(tǒng)

主要實(shí)現(xiàn)：

A、上行下達(dá)信息數(shù)字化傳輸（2大措施：開關(guān)智能模塊化；集*能分散化）；

B、開放式系統(tǒng)：采用IEC61850規(guī)約。

（3）、程序化站用電源交直流一體化系統(tǒng)

主要實(shí)現(xiàn)項(xiàng)：

A、電源與負(fù)荷結(jié)合，將輔助系統(tǒng)（空調(diào)、風(fēng)機(jī)、門禁、消防、周界等）納入控制范圍；

B、任務(wù)程序化執(zhí)行。

? 下面以第一代智能型站用電源交直流一體化系統(tǒng)說明其以系統(tǒng)技術(shù)研究站用電源的思想方法。

典型方案（以220/110kV電站為例）

110kV及以上電站宜按雙重化配置方案，如下圖：

方案解析：

（1）、容量設(shè)計(jì)：全站配置兩組蓄電池和充電機(jī)，一般的110kV電站容量可按300AH/組設(shè)計(jì)，220kV電站500AH/組。

傳統(tǒng)的站用電源配置方案中，通常一個(gè)110kV電站配置兩組300AH蓄電池和兩組充電機(jī)供變電運(yùn)行負(fù)荷，通信設(shè)備由另兩組獨(dú)立的蓄電池（300AH/48V）和充電機(jī)供電，一些UPS也帶有自己的蓄電池。但通過對(duì)變電站站用負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)分析，我們得出：不是重要的通信樞紐站，沒必要采用獨(dú)立通信電源。一個(gè)普通的110kV電站正常直流負(fù)荷約為8A左右 ，通信設(shè)備主要是一臺(tái)光端機(jī)，功率1千瓦，折算為110V約9A，正常供電，一臺(tái)60A充電機(jī)已經(jīng)完全滿足全站運(yùn)行要求，按雙重化配置兩臺(tái)已經(jīng)非常可靠。在全站失壓事故下，事故照明、UPS等交流負(fù)荷切換為蓄電池供電，這部分負(fù)荷設(shè)計(jì)容量在 30A(110V)左右，即使全站事故照明一起開，也可以滿足重要負(fù)荷超過10小時(shí)的事故供電。另外，在一體化監(jiān)控的智能平臺(tái)上，我們可以對(duì)站用電源進(jìn)行程序化控制，事故情況下，按預(yù)設(shè)輪次對(duì)負(fù)荷進(jìn)行減載，保證事故供電最大利用率。

（2）通信電源解決方案：通信設(shè)備直接采用220V或110V電源模塊，通信電源從兩組直流母線直接拉兩路專用饋線至通信機(jī)柜，并在通信柜進(jìn)行兩路電源自動(dòng)切換。

目前通信設(shè)備一般采用48V電源，所以在一些直流一體供電方案中，采用了用DC/DC模塊變換成48V供通信設(shè)備使用，但這種方案存在不足：

i 技術(shù)上存在弱點(diǎn)。如果通信機(jī)房有多臺(tái)通信設(shè)備，各通信設(shè)備采用支路帶空氣開關(guān)供電方式，存在DC/DC模塊與分支開關(guān)配合問題，一回支線發(fā)生故障，DC/DC模塊可能會(huì)比空氣開關(guān)先動(dòng)作，造成全部通信設(shè)備失壓。

ii光端機(jī)等通信設(shè)備實(shí)際工作電壓并不是48V，而是15V和5V，象所有微機(jī)保護(hù)一樣，裝置通過自身的電源模塊進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換，把外面電壓轉(zhuǎn)換成15V和5V內(nèi)部工作電壓，由220V直接轉(zhuǎn)換成15V和5V和由48V轉(zhuǎn)換成15V和5V，對(duì)通信設(shè)備也只是電源模塊選擇的問題，沒有任何技術(shù)上的困難。同時(shí)，由48V的弱電供電方式的一些弱點(diǎn)也是有目共睹的，弱電容易受干擾，在通信專業(yè)抗干擾、防雷等方面措施就比其它專業(yè)要求更高，甚至采用48V正極接地方式，這些對(duì)運(yùn)行都是不利的。因此，在站用電源一體化供電的模式下，可以把全站各專業(yè)電源統(tǒng)一到一個(gè)電壓等級(jí)。

（3）不間斷電源設(shè)計(jì)：采用逆變器直接掛于母線上代替，取消獨(dú)立UPS。

（4）交流系統(tǒng)設(shè)計(jì)：采用智能ATS開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩路電源自動(dòng)切換，取消傳統(tǒng)站用380V電源備自投配置。

(5)通信架構(gòu)

4 現(xiàn)階段站用電源交直流一體化系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)：

（1）建立站用電源統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)智能平臺(tái)。 實(shí)現(xiàn)在一個(gè)平臺(tái)上對(duì)整個(gè)電站電源的交與直流系統(tǒng)、逆變電源系統(tǒng)、通信進(jìn)行監(jiān)控和分析，解決由不同供應(yīng)商提供的各獨(dú)立電源通信規(guī)約兼容等問題，提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度。

（2）提高站用電源綜合自動(dòng)化應(yīng)用水平 。進(jìn)行站用電源協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、狀態(tài)檢修、調(diào)度遙控等深層次開發(fā)應(yīng)用 。

（3）建立站用電源整合機(jī)制 。優(yōu)化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間站用電源資源共享 。

（4）提高站用電源管理水平。 全站電源統(tǒng)一安放，建立站用電源統(tǒng)一分析管理平臺(tái)，一套人馬同時(shí)維護(hù)管理全站電源 。

5 應(yīng)用實(shí)例

2007年3月，由第一套智能型變電站站用電源交直流一體化系統(tǒng)在陽(yáng)江110kV城西站投入使用。該系統(tǒng)通過對(duì)變電站站用電源一體化設(shè)計(jì)和組屏生產(chǎn)，對(duì)傳統(tǒng)站用電源進(jìn)行了資源和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并開發(fā)了一體化智能監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、遠(yuǎn)程控制等功能，對(duì)提高站用電源整體運(yùn)行管理水平都取得了良好的效果。以城西站為例，我們對(duì)使用傳統(tǒng)站用電源和一體化電源模式進(jìn)行了比較：

一體化電源與傳統(tǒng)站用電源的效益比較

5 結(jié)語

變電站站用電源交直流一體化系統(tǒng)立足用系統(tǒng)技術(shù)研究站用電源，是對(duì)現(xiàn)有變電站站用電源設(shè)計(jì)和管理新模式的探討，它符合結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)維方便的技術(shù)發(fā)展路線。2007年11月，廣東電網(wǎng)公司組織了對(duì)陽(yáng)江110kV城西站交直流一體化電源項(xiàng)目驗(yàn)收，與會(huì)專家一是致認(rèn)為，一體化電源系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，維護(hù)方便，運(yùn)行安全可靠，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可在電網(wǎng)中推廣應(yīng)用。