220kV智能变电站直流电源系统配置方案

吴迪

（国网湖北省电力公司调控中心，湖北武汉　430077）

220kV智能变电站直流电源系统配置方案

吴迪

（国网湖北省电力公司调控中心，湖北武汉430077）

直流电源系统是站用电源系统的重要组成部分，是变电站安全稳定运行的基础。基于此，针对现有直流电源系统中串联蓄电池组存在的问题，提出了在220kV智能变电站中应用一种更为可靠的并联智能直流电源系统，并对其技术原理与配置选择进行详细的说明。

智能变电站；并联直流电源系统；配置方案

变电站直流电源系统是站用电源系统的重要组成部分，是变电站安全稳定运行的基础［1］。近年来，不断发生由于变电站直流系统故障造成的电网事故，并且随着大量无人值班变电站和智能变电站的投入运行，对站用直流电源系统的配置和运行管理提出了更高的挑战。

1　目前变电站直流系统存在的主要问题

1.1串联蓄电池组存在以下情况

①蓄电池组中只要有任何一点出现开路故障，整个蓄电池组将无法向负载供电，连接点松动还可能引起火灾事故；②性能最差的一只蓄电池等于蓄电池组的实际放电容量；③对蓄电池一致性要求高，需要严格配组，蓄电池的个体差异会严重影响蓄电池的充放电精度，导致部分电池长期过充或过放而使蓄电池使用寿命大幅下降。

1.2传统电池串存在的问题

①坏掉几只单体电池，报废整组，成本高，电池利用率低；②蓄电池组不能在线全容量核容，开闭所数量多，电池维护工作量极大；③蓄电池组不能实现方便的扩容。

2　并联智能直流电源系统技术原理

该技术通过将12V蓄电池与匹配的AC/DC充电模块、DC/DC升压模块等器件创新设计为“并联智能电池组件”，并通过多只组件输出并联，组成满足实际需要的间接并联蓄电池直流系统。系统由N个组件输出并联组成，组件各自连接12V电池；系统中各组件可逐个对蓄电池自动在线核容，组件支持热插拔，可以在线更换组件与电池，一个标准柜可以放置8个组件及相应蓄电池。单个并联智能电源组件基本原理图和并联智能直流电源系统原理图分别见图1和图2［2］。

电源组件基本工作原理：组件同时接入交流电源及蓄电池，当交流正常时，通过AC/DC电路形成内部母线电压，此母线电压同时为DC/DC输出变换器及DC/DC充电变换器提供能量，DC/DC输出变换器产生DC220V或DC110V母线电压，DC/DC充电变换器输出12V电压给蓄电池充电；当交流失电时，蓄电池通过DC/DC充电变换器升压输出形成内部母线电压，使组件可以实现无间断切换至蓄电池供电。

图1　单个并联智能电源组件基本原理图

图2　并联智能直流电源系统原理图

当并联智能直流电源系统需要进行蓄电池核容时，系统监控单元向系统中一个电源组件下发核容指令，智能变电站内各应用功能应整合、集成和优化，实现站内实时、非实时的信息综合分析与智能告警、应支持与调度之间的信息交互，支持调度对本地各种数据、图形的浏览。运行监视信息应直观、生动、逼真，贴近真实物理对象，故障信息应形象、直观、逼真，与实际事故场景相一致；可视化化的展示应有利于运行人员远方快速、准确地完成操作和事故判断。

3　并联智能直流电源系统解决方案

3.1提高直流系统可靠性

并联智能电池系统取代常规设计的“充电机+蓄电池组+蓄电池巡检”直流设计模式。以多模块并联冗余方式，解决常规蓄电池串联产生的“个体质量影响整组”“不能在线维护”“新旧电池难以匹配”等问题，使蓄电池能在线维护，方便检修和更换，安全性更高。

3.2提升电源系统配置灵活性

并联智能电池系统可以实现灵活配置。按照负荷性质分组，配置不同并联用智能电池模块组，减少负荷间干扰，提高直流电源可靠性。如将开关操作电源与保护测控装置电源分成不同电源段，由不同多智能电池模块并联冗余方式分别供电，减少因开关操作产生的冲击对保护测控装置运行的影响。

3.3实现直流系统在线维护

并联智能电池直流系统可以在线进行蓄电池充放电管理，实现电池的在线检修、更换，极大减小了蓄电池的维护工作量。

3.4实现站用电源资源节约型设计

并联智能电池直流系统可有效降低后期运行维护费用。此外，灵活的配置方式，降低二次设备室使用面积。从变电站直流系统设备的全寿命周期来看，与变电站传统直流系统相比，可以减少蓄电池使用数量，提高电池的利用率，减少蓄电池的投资，产生可观的社会经济效益。

4　技术经济效益分析

以某220kV智能变电站为例，采用并联智能直流电源系统取代常规直流方案。该技术可进行蓄电池在线核容管理，实现蓄电池的在线检修、不停电更换，极大地减少了运行单位的维护工作量，降低能源消耗、运维成本、安全性更高。此外，灵活的配置方式可减少直流屏柜数量，降低二次设备室使用面积。该技术与传统直流电源经济比较如表1所示。

表1　直流电源方案经济性比较表

由表1可知，与传统变电站一体化电源技术方案相比，采用并联智能直流电源系统，后期维护费用少，全寿命周期投资成本可减少40万元，约为全寿命周期成本的21%。

5　结语

随着变电站无人值班、智能化建设的迅速发展，对变电站内交直流系统的运行维护提出了更高的挑战，对220kV智能变电站的直流系统配置方案进行了研究，采用并联智能直流电源系统的解决方案，为后续类似工程的开展提供了参考。

［1］刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计（110（66）～750kV智能变电站部分）［M］.北京：中国电力出版社，2011.

［2］王杰.基于间接并联智能电池组件的一体化电源应用研究［J］.湖北电力，2011（z1）：98-100.

Configuration Scheme of DC Power Supply System in 220kV Intelligent Substation

Wu Di
（State Grid Hubei Electric Power Company Control Center，Wuhan Hubei 430077）

The DC power supply system is an important part of the power supply system，which is the basis of the safe and stable operation of the substation.Based on this，aiming at the problems existing in the series battery in the cur⁃rent DC power supply system，a more reliable parallel Intelligent DC power supply system in the 220kV Smart Substa⁃tion was proposed，and its technical principle and configuration options were described in detail.

intelligent substation；parallel direct current power supply system；configuration scheme

TM64

A

1003-5168（2016）08-0119-02

2016-07-11

吴迪（1978-），男，硕士，高级工程师，研究方向：电力系统继电保护。