500kV变电站直流系统的不停电改造

周 杰，朱金垦，林 帆

（温州电力局，浙江 温州 325000）

现在运行的综合自动化变电站，对直流系统供电的可靠性、稳定性以及供电质量均有着很高的要求，还要求直流系统必须具备遥测、遥信等功能以适应变电站无人值守或少人值守的需要。为此，对服役己久的直流系统进行相应的改造己显得十分迫切。直流改造工程难度大、风险系数高，必须从技术保障入手，确保改造过程中直流母线和直流负荷不停电且运行稳定。

1500kV瓯海变直流系统现状和改造方案的确定

500kV瓯海变电站（以下简称瓯海变）直流系统于2001年初建站时投入运行，“两蓄两充”，蓄电池容量为2×500 AH，直流母线为单母线分段接线如图1所示。正常运行时，2段直流母线分别以单母线方式运行。500kV和220kV继保小室各有4个直流分屏，直流主屏与直流分屏之间均有2根联络电缆，通过2个进线闸刀接入分屏，进线闸刀1个运行1个备用。

直流系统存在的主要问题有：运行年限久，设备老化，严重影响变电站直流供电的可靠性；整个直流系统的充电机只有2组，不符合现行规程“500kV变电站的直流系统应由2组蓄电池和3组充电机组成”的要求；直流主屏馈线开关为交直两用，不符合反措要求；蓄电池运行年限长，实际容量不足；遥测、遥信数量过少，不适应变电站无人值守或少人值守的需要；直流接地巡线能力差。为提高变电站运行可靠性，防止因直流系统故障造成枢纽变电站运行异常，需要对直流系统进行改造，更换成新设备。

图1 瓯海变改造前的直流系统

改造后的直流系统如图2所示。正常运行时，2段母线上的2组充电机作为浮充电系统，第3组充电机作为充电系统和浮充电系统的备用。当任1组电池均充时可将改蓄电池从母线上切离，由充电系统对其进行均充，而不影响系统的正常运行。由于3组充电机和2组蓄电池可互为备用，所以整个系统可靠性高。

图2 瓯海变改造后的直流系统

瓯海变是温州地区主要电源点，也是温州电网与系统相联的主要枢纽站。如果停役将造成温州电网系统变电容量急剧下降、电网运行方式大幅调整、系统可靠性降低以及大面积的拉限电等一系列反应。

为此，采用原屏位不停电改造方式。即在保障站内直流不停电的基础上，在原屏位更换新直流屏。同时决定采用分段改造的方式，即先改造直流Ⅰ段，然后再改造直流Ⅱ段。改造过程中即使出现直流失电，失电区域完全控制在1个分屏或1段直流母线供电范围之内，不至于导致全站直流失电。这种分阶段改造的方式比一次性整体改造更安全、更可控，改造风险大大降低。

2 临时直流系统的组建和完善

将自主研发曾获得国家实用新型专利的变电站直流系统不停电改造装置完善升级，与备用直流屏和应急直流车组成1个强大的临时直流系统，应用于瓯海变直流系统改造工程中。临时直流系统原理图如图3所示，具有以下特点：

（1）临时直流系统的供电能力满足站内直流负载的要求。瓯海变2段直流母线总电流在80 A左右。考虑事故及冲击负荷安全余量，充电机组和直流屏并联后临时直流系统的充电电流最大达到160 A，远远超过负载要求，即使1组充电机退出运行，也不会影响改造的顺利进行。

（2）临时直流系统具备2路交流输入和自动切换功能。此方式等同于正常运行方式，保证了临时直流系统交流主供电源的可靠性。

（3）临时直流系统自带2组蓄电池，即使2路交流都失电或充电机故障，也可以保证直流负载不失电。

图3 临时直流供电系统

（4）配备应急电源。考虑到变电站交流用电失电等极端情况下的应急处置，配备了应急电源，包括1辆直流车和1辆应急发电车。

（5）定制馈线箱。根据改造的实际情况定制了相应的馈线箱，馈线箱1转接继保小室直流分屏的电缆，内含10个100 A开关和相应的指示灯，每2个开关并在一起，相互备用。馈线箱2对除直流分屏之外的直流负载供电，内含100 A，40 A和20 A的开关。定制的馈线箱即方便操作和接线，又将危险区域进行了严格隔离，大大降低了误碰、短路和接地的风险。

（6）临时直流系统具备电压调节能力，监控器、表计和信号灯可对整个临时直流系统进行监控，随时掌控和调整临时直流系统的运行工况。

经过对交流输入、充电机组、馈线箱、蓄电池组和应急电源等的调试，组建的临时直流系统能确保直流负载不失电，为顺利完成不停电改造打下了坚实基础。

3 改造施工流程

瓯海变直流系统改造不具备停电改造的条件，直流系统的稳定运行直接关系着一、二次设备的安全性和可靠性。从以往因直流系统故障引发的设备严重损坏及电网大面积停电的恶性事故中，不难看出直流系统改造每一步施工方案的实施如履薄冰，风险重重。为此根据现场情况，制定了1套详细、严谨、合理的施工方案。专门编制了操作票，细化到施工的每1步操作。对每1步操作的人员分工、风险分析以及应急处置都经过了精心推敲，反复论证，确保施工有序可控、万无一失，整体施工流程如图4所示。

新上直流屏的调试包括绝缘试验、接地电阻试验、高频充电模块的特性试验（稳流、稳压纹波系数）等，确保新设备的性能完好。临时直流系统搭建和调试完成后，必须对馈线箱的每1个开关进行带负荷实验，确保所有开关性能可靠。另外，必须对每1个直流分屏做负荷切换试验。如图1所示，例如1号直流分屏，需要把11Z运行12Z备用切换到11Z备用12Z运行。目的是确保直流主屏至直流分屏的每1个开关和电缆都是完好的。

图4 瓯海变直流改造施工流程

直流Ⅰ段1号直流分屏不停电改造步骤如图5所示，第1步将11Z接入临时直流系统并合上开关，注意核对电缆、开关、极性，调整临时直流系统输出电压，直到其与原直流系统Ⅰ母电压差最小，才合上开关；第2步微调临时直流系统输出电压，尽量使1号直流分屏负载电流往临时直流系统转移，保证在12Z开关分闸时对直流冲击影响最小。第1步和第2步操作过程中，密切注意原直流系统和临时直流系统电压和电流变化，并核实1号直流分屏的供电负载运行正常。至此，1号直流分屏所有负载全部顺利转移至临时直流系统。

重复以上步骤，依次将3号、5号、7号直流分屏负载全部转移至临时直流系统。至此，原直流Ⅰ段所有负荷全部转移至临时直流系统。当旧屏拆除，新屏立好之后，再按图5步骤反向将直流Ⅰ段所有直流分屏负荷转移回新上直流屏。这样，完整的直流Ⅰ段不停电改造完成。同理完成直流Ⅱ段不停电改造。

图5 直流Ⅰ段1号直流分屏不停电改造示意

由于直流测控、信号和绝缘监测等都安排在直流Ⅱ段不停电改造完成之后进行完善。为此，在完成直流Ⅰ段不停电改造后，立刻将直流Ⅰ段主要的硬接点信号接入公用测控，便于运行人员对新上直流屏的监控，保证运行安全。

4 结语

“变电站直流系统不停电改造装置”成果凝聚了温州电力直流专业人员的集体智慧，曾获得国家知识产权局授权实用新型专利、省电力公司群众性科技创新成果优秀奖和全国电力行业优秀QC小组活动成果奖。在此基础上经不断改良创新，首次成功应用于500kV瓯海变直流系统改造工程。施工人员胆大心细、精益求精，既确保了电网的安全可靠运行，也为供电企业创造了巨大的经济效益。

[1]方健安，许庆桂.变电站直流系统改造技术探讨[J].闽江学院学报，2010（2）∶50-51.

[2]宋继成.220～500kV变电所二次接线设计[M].北京∶中国电力出版社，2002.

[3]中华人民共和国国家发展和改革委员会.继电保护和电网安全自动装置检验规程[M].北京∶中国电力出版社，2006.