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變電站交直流一體化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文章來源：本站原創(chuàng) 瀏覽：發(fā)表時(shí)間：2018/11/18 22:29:22

電力系統(tǒng)控制必須具備安全可靠的控制電源

。在電力工程中，控制電源分為兩類，一類是直流電源

，一類是交流電源。變電站中為控制

、信號(hào)

、保護(hù)、自動(dòng)裝置及某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)等供電的直流電源系統(tǒng)

，通常稱為直流操作電源

。為計(jì)算機(jī)監(jiān)控等設(shè)備供電的交流不間斷電源系統(tǒng)，通常稱為交流控制電源;為交換機(jī)

、遠(yuǎn)動(dòng)等通信設(shè)備供電的直流電源系統(tǒng)

，則稱為通信電源。

1.維護(hù)困難

目前運(yùn)行的變電站

，上述這幾種控制電源設(shè)備一般采用相互獨(dú)立分散設(shè)置的方式

，設(shè)備由不同的供應(yīng)商提供，且分屬不同的部門專業(yè)管理：繼電保護(hù)專業(yè)負(fù)責(zé)直流操作電源的維護(hù)

，自動(dòng)化專業(yè)負(fù)責(zé)交流控制電源的維護(hù)

，遠(yuǎn)動(dòng)通信專業(yè)負(fù)責(zé)通信電源的維護(hù)。這樣不但造成功能重復(fù)配置

，增加設(shè)備一次投資;而且各專業(yè)不同的維護(hù)工作界面

，使電源設(shè)備的運(yùn)行管理費(fèi)用居高不下。另外

，由不同供應(yīng)商提供的交直流控制電源產(chǎn)品

，沒有統(tǒng)一的接口規(guī)范和監(jiān)控設(shè)備，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)不能共享

，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)交直流控制電源設(shè)備的系統(tǒng)分析維護(hù)和一體化信息管理

。由于各電源系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家不同，當(dāng)電源出現(xiàn)故障

，或進(jìn)行電源系統(tǒng)維護(hù)時(shí)

，需要多家供應(yīng)商的服務(wù)人員到現(xiàn)場查看

，服務(wù)人員快則幾小時(shí)，慢則數(shù)天才能到達(dá)

，如此以來延長了的工作時(shí)間

，影響設(shè)備的供電，對(duì)于巡檢人員

，同樣存在此類問題

。

2.性價(jià)比差

若考慮采用傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)，會(huì)造成直流電源

，UPS不間斷電源

、通訊電源分別配置獨(dú)立的蓄電池，并由不同廠家供貨

，交流電源通常是另外一個(gè)廠家的產(chǎn)品

，且交流系統(tǒng)配置電源自動(dòng)切換設(shè)備，充電模塊又重復(fù)配置

，既浪費(fèi)又使設(shè)備之間難于協(xié)調(diào)運(yùn)行

，并考慮設(shè)備的備品備件數(shù)量及廠家都有所增加，浪費(fèi)嚴(yán)重

。

3.缺乏系統(tǒng)管理

雖然在變電站中

，所有設(shè)備均要采用IEC61850協(xié)議，能夠解決通信規(guī)約的兼容問題

，但由于沒有統(tǒng)一的監(jiān)控設(shè)備對(duì)整個(gè)站用電源進(jìn)行管理

，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，無法進(jìn)行站用電源協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)

、狀態(tài)檢修等深層次開發(fā)應(yīng)用

。

二、交直流控制電源一體化

隨著數(shù)字化變電站

、智能變電站的不斷推廣

，對(duì)電源系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性

、節(jié)能性等也提出了更高的要求

。站用交直流一體化電源系統(tǒng)恰恰順應(yīng)了以上要求，結(jié)合了站內(nèi)各電源系統(tǒng)并進(jìn)行了全面整合

。

1.交直流控制電源一體化的定義

交直流控制電源一體化的定義是：把直流操作電源

、電力用交流不間斷電源(電力專用UPS和INV)、通信用直流變換電源(DC-DC)組合為一體

，共享直流操作電源的蓄電池組和監(jiān)控裝置

，實(shí)現(xiàn)集中供電并統(tǒng)一監(jiān)控的成套電源設(shè)備。一體化電源設(shè)備是以直流操作電源為核心，直流操作電源與電力專用UPS

、INV和通信DC-DC其中任一種及一種以上電源所構(gòu)成的組合體

，均稱為一體化電源設(shè)備。對(duì)于變電站通過集中監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)站用電進(jìn)出線和母線的全參數(shù)監(jiān)控

，滿足全站交直流控制電源的一體化監(jiān)控管理

。

2.三個(gè)統(tǒng)一特征：

1、統(tǒng)一集中供電：一體化電源設(shè)備通過系統(tǒng)優(yōu)化組合

，實(shí)現(xiàn)集中組屏給全站電力控制系統(tǒng)供電

，滿足電力設(shè)備集成交鑰匙工程需要。

2

、統(tǒng)一信息管理：一體化電源設(shè)備通過集中監(jiān)控裝置

，提供完整的交直流監(jiān)控管理方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站交直流控制電源的全參數(shù)監(jiān)控管理

。

3

、統(tǒng)一設(shè)備維護(hù)：一體化電源設(shè)備通過整合維護(hù)工作界面，實(shí)現(xiàn)專家維護(hù)

，大大降低設(shè)備運(yùn)行的故障率和維護(hù)管理費(fèi)用

。

三、系統(tǒng)構(gòu)成原理

1.直流操作電源系統(tǒng)由交流配電單元

、高頻整流模塊、蓄電池組

、硅堆降壓單元

、絕緣監(jiān)測裝置、電池巡檢裝置

、配電監(jiān)測單元和集中監(jiān)控模塊等部分組成

，系統(tǒng)構(gòu)成原理接線如圖2所示。

交流輸入電源正常時(shí)

，通過交流配電單元給各整流模塊供電

。整流模塊將交流電變換為直流電，經(jīng)保護(hù)電器(熔斷器或斷路器)輸出

，一方面給蓄電池組充電

，另一方面經(jīng)直流饋電單元給直流負(fù)荷提供正常的工作電源。當(dāng)交流輸入電源故障停電時(shí)

，整流模塊停止工作

，由蓄電池組不間斷給直流負(fù)荷供電。

交流配電單元實(shí)現(xiàn)由站用電交流輸出到整流器模塊的電源分配和保護(hù)

，對(duì)于單母線接線的交流站用電源

，整流器的交流電源進(jìn)線按一路配置;對(duì)于兩段單母線接線的交流站用電源，整流器的交流電源進(jìn)線按兩路配置：兩路交流電源分別取自交流站用電源的兩段母線

，采用自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備(PC級(jí)ATSE)實(shí)現(xiàn)兩路電源進(jìn)線的備用切換控制

。

2.交流站用電源配置

(1)兩臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備

，兩路交流站用電源進(jìn)線，兩段單母線接線

。

(2)操作運(yùn)行方式：交流站用電源具備以下三種操作運(yùn)行方式：

a)手動(dòng)操作運(yùn)行方式：就地通過控制開關(guān)人工控制ATS開關(guān)狀態(tài)

。

b)自動(dòng)操作運(yùn)行方式：就地通過邏輯電路或控制器自動(dòng)控制ATS開關(guān)狀態(tài)。

c)遙控操作運(yùn)行方式：遠(yuǎn)方通過計(jì)算機(jī)通信控制ATS開關(guān)狀態(tài)

。站用電的遙控操作包括”電源一供電“

、”電源二供電“、”分列供電“和”備自投供電“共四種模式

，其中”分列供電“只適用于兩段單母線的接線方案

。

d)智能電力參數(shù)測控

①母線電壓、電流

、頻率

，精度0.5%;

②有功功率、無功功率

、視在功率

、功率因數(shù)，精度1%;

③有功電度

、無功電度

，精度1%。

④其采用IEC61850協(xié)議

，實(shí)現(xiàn)對(duì)站用電的遙測

、遙信和遙控。

⑤多種參數(shù)越限報(bào)警;

⑥高清晰LCD

，顯示形象直觀;

⑦ATS開關(guān)轉(zhuǎn)換控制;

3.高頻整流模塊

高頻整流模塊采用N+1并聯(lián)冗余方式供電

，即在N個(gè)充電模塊滿足電池組的充電電流(0.1C10)和經(jīng)常性負(fù)荷電流的基礎(chǔ)上，增加1個(gè)熱備用充電模塊

。

4.絕緣監(jiān)測裝置

絕緣監(jiān)測裝置用于在線監(jiān)測直流控制母線和饋電支路的絕緣狀況

，當(dāng)某一點(diǎn)出現(xiàn)接地故障時(shí)，裝置立即發(fā)出告警信號(hào)

，提醒運(yùn)行人員查找并排除接地故障

，從而杜絕直流系統(tǒng)接地故障可能引發(fā)的電力事故。

5.電池巡檢裝置

電池巡檢裝置用于實(shí)時(shí)在線監(jiān)測電池組各單節(jié)電池的電壓和內(nèi)阻

，并通過一體化監(jiān)控裝置記錄分析不同工況下各單節(jié)電池的電壓和內(nèi)阻

，及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后或異常電池，給蓄電池維護(hù)提供重要的參考依據(jù)

，確保蓄電池組安全運(yùn)行

。

6.交流不間斷電源

電力專用交流不間斷電源包括電力專用UPS和INV兩類，其中的電力專用INV適用于”后備“運(yùn)行模式，因此主要為變電站的事故照明等對(duì)電源的質(zhì)量要求不高的負(fù)荷供電;而電力專用UPS適用于”在線“運(yùn)行模式

，主要為變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控等對(duì)電源質(zhì)量要求很高的重要負(fù)荷供電

。

7.DC-DC通信電源

DC-DC通信電源采用與高頻開關(guān)整流器一樣的控制技術(shù)和相同的模塊結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)工作為N+1并聯(lián)冗余模式

，并且采用硬件自主均流技術(shù)

，為電站的交換機(jī)等通信設(shè)備提供可靠的直流工作電源。

四

、對(duì)一體化電源的設(shè)計(jì)選型

1.直流操作電源是變電站的核心控制電源

，其配置的蓄電池組作為一體化電源系統(tǒng)總的后備電源，在選擇計(jì)算其容量時(shí)除統(tǒng)計(jì)直流控制負(fù)荷外

，還應(yīng)統(tǒng)計(jì)電力專用UPS和INV及通信用DC-DC的負(fù)荷容量

，滿足一體化電源系統(tǒng)的全部事故放電容量要求。

2.由于通信用DC-DC由直流母線供電

，因此DC-DC的直流容量應(yīng)疊加到直流操作電源系統(tǒng)的經(jīng)常負(fù)荷中

，其充電裝置的容量選擇計(jì)算應(yīng)滿足一體化電源系統(tǒng)的全部經(jīng)常負(fù)荷和蓄電池充電要求。

3.直流操作電源的監(jiān)控裝置可作為一體化電源系統(tǒng)的總監(jiān)控單元

，要求與電力專用UPS

、INV和DC-DC通過現(xiàn)場總線連接為一體，通過完善總監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)記錄

、分析

、判斷和管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)一體化電源系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理

。

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