两段站用直流母线自动并列装置研发与应用

国网永州供电公司变电检修公司 杨先辉 唐 民 文铖汉

近几年在我国电网系统中出现了几次变电事故，造成直流全停、保护拒动，主要原因为蓄电池故障的同时站用交流失压。随着科技的进步变电站也在朝智能方向发展，站用直流电源系统的安全性和可靠性愈发重要。根据设计规范，220kV及以上电压等级的重要变电站都配备了两套直流系统。但尽管在这种情况下，依然会在某段直流充电机上出现交流失压或蓄电池故障、开路等问题，带来严重的安全风险，可能会造成某段直流母线失压，出现直流负荷失电、保护拒动的情况。

我国某一供电公司下属有十几座220kV变电站，都设置了两段直流母线手动并列切换开关，但一旦出现某段直流母线失压，正常段母线不能立即对该段母线提供正常直流电压。为解决变电站内某段直流充电机出现交流失压，并在直流蓄电池故障、开路下直流母线失压，从而造成保护装置失电、保护拒动的难题，本研究在直流充电机原理基础上进行两段站用直流母线自动并列装置的研制。若站内直流充电机失压、蓄电池故障或开路，可通过该装置无延时、自动进行切换为故障母线实现正常的电压供给，从而让故障母线可恢复正常电压，避免直流负荷损失，保障电网可以更加稳定的运行[1]。

1 改进型直流充电机原理分析及研制

1.1 原理分析

充电模块通过交流电源输入，经过装置内部整流滤波后，由DC/DC变换及其控制电路、整流滤波输出稳定可靠的直流电压，为站内直流设备提供稳定电源，其原理如下：三相交流输入-输入保护-桥式整流-平滑滤波-DC/DC变换-平滑滤波-输出保护-直流输出。考虑站用交流失压后直流充电机将失去其作用，因此若以站用直流母线为电源输入，通过改进内部回路，从而实现直流电源输入且直流电源输出，故该方案从源头解决了两端直流母线互联的难题。改进型直流充电机原理图如图1所示[2]。

图1 改进型直流充电机原理图

相比直流充电模块，改进型直流充电机内部回路只对变压器匝比及功率进行了调整，改造容易、成本低且具备以下功能：该装置接在两段母线之间，实现了两段母线物理隔离，无电气连接，避免出现两段直流系统互窜；该装置可根据实际情况设置输出电压，当两段母线电压正常时装置处于热备用状态，一旦某段母线电压低于设定值时装置无延时启动，正常段母线对电压降低段母线供电，保证了两段母线正常运行，同时又由于装置内部的电气隔离，确保当某段发生母线短路故障时不会影响另一段直流母线正常运行。

1.2 装置结构

根据以上原理分析，对装置整体进行构思及主要部件进行分析。

充电模块部分。结合变电站较常应用直流充电模块进行内部功能改造后，通过电力行业直流充电机特性测试仪对其稳压、稳流、纹波系数，开展测试，各项测试结果符合原模块各项数据要求；显示部分。在确定整流模块以后选择了配套使用的监控器，通过监控器能够对各段母线电压、电流进行实时监控，结合触摸可以进行故障、直流信息、系统控制、参数设置等多种功能实现；箱体部分。箱体需整合和容纳所选设备，通过具体的分析得知，在选择箱体材料时，相比塑料材质而言金属箱体虽然较重，但是在应用过程中也并不用多次移动，而且金属材质更加容易在其中进行整流模块的加装，提高其耐用程度，所以选择金属材质的箱体[3]。通过各设备整合，最终成品如图2所示。

图2 成品图

2 效果检查

2.1 装置测试

在成功研制出两段站用直流母线自动并列装置后开展现场测试，按照图3所示完成装置接线。接线完成后设置两段母线运行电压为232V，并将2号主机输出电压设为220V。模拟Ⅰ段母线失压：退出#1蓄电池总保险让#1蓄电池停止供电；退出Ⅰ段站用交流电源让Ⅰ段充电模块退出运行，使得Ⅰ段的直流母线失去电源，观察I段母线实际电压变化情况以判断装置实际工作情况。

图3 装置与直流系统连接原理拓扑图

调取直流母线电压录波记录，如图4所示，在T1时刻模拟Ⅰ母失电时，并没有出现跌落或中断Ⅰ母电压，而是电压逐渐降低，直到所设定的220V。在T2时刻，此时电压保持在装置设定的220V。恢复Ⅰ段充电模，其母线电压继续稳定在232V。同理模拟Ⅱ母失压，直流母线电压录波记录如图5所示。

图4 实时录波效果图1

图5 实时录波效果图2

通过测试，证实了本次项目所研制的装置在两段直流母线系统发生单段母线直流电源故障时，可以对电源故障段母线提供无延时直流供电，并具有较高的安全性和可靠性。而且在故障恢复之后也不会对两段直流母线的正常运行造成不利影响。同时该装置可适用于各种电压等级的双段直流系统（110V系统、通讯用48V系统等），经简单改进也可适用于多段直流系统，其应用范围及前景都极其广大。

2.2 安全经济效益

通过该自动并列装置的使用，能够在站内的直流母线出现失压、故障情况时起到保护效果，防止出现装置失电、保护拒动的情形，对于站内直流运行的安全性和稳定性作出了重要保障，使得电网供电更具可靠性，保障设备安全稳定运行。

3 结语

在本次项目中进行了站用两段直流自动并列装置的研发和制作，在很大程度上增加了站用直流系统的可靠性，确保电网稳定供电，也能够避免在直流母线失压以后出现保护拒动、误动而带来大规模事故，降低安全风险的出现几率。目前该装置已获得国家专利，并已在一座220kV变电站安装了该装置，开展为期一年的试运行。借由试运行中运维检修人员反映的问题及建议，在接下来的研究中将会继续深入的试验与改进当前装置，对该装置的不足与可能的隐患之处进行修正，以期获得更大规模的实际试用机会，最终通过相关部门的认可，实现实用化推广。