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变电站高频开关电源应用选型初探 |
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作者： |
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1、引言
目前，电力系统大量的综合自动化变电站的新建和改造，使得大量的高频开关电源在电力系统得以应用，如何合理进行其设备单元的选择、相关接线方式的选择、监控单元功能的规范等，使系统配置合理，能可靠、稳定的为变电站提高直流电源，确保变电设备的正常、可靠运行，显得尤为重要。
2、直流系统接线方式的选择
直流系统的接线方式，直接影响到系统的运行可靠性，其选择的基本原则为安全可靠、简单清晰、操作方便。通常为蓄电池直接与直流动力母线连接，控制、动力直流母线采用单母线或单母线分段接线，各相关装置直接于母线，要求各单元独立、固定分隔、安装维护方便。1组蓄电池、1套充电装置、单母线的接线及系统如图1所示。
图1 1组蓄电池、1套充电装置、单母线的接线及系统图
该接线方式简单、清晰、可靠，适用于110 kV及以下变电站的直流系统。
如图2所示，该接线方式蓄电池、充电模块等装置均为双套，可互为备用且运行方式灵活，系统更为可靠，其中2组蓄电池严禁并列运行；适用于220kV及以上变电站的直流系统。直流系统的接线方式还有许多形式，但较为常用的是这两种，其它方式在此不予介绍。
图2 2组蓄电池、2套充电装置、单母线分段的接线及系统图
3、充电模块的选择
充电模块作为高频开关电源充电机元件，其通过N+1的冗余(备份)方式，作为系统的充电机工作，模块容量选择遵循以下原则：Ie=Iio。(蓄电池容量Ah／10h)+系统的经常性负荷电流(控制负荷电流)，单块模块的Ied=Ie／模块的数量，模块的数量的多少，决定了模块备用的灵活性，同时也对系统的屏数有影响。如表一，为各类变电站的直流负荷及蓄电池容量范围的统计表。表1 各类变电站直流负荷及蓄电池容量选择范围统计表
 根据表l，将通过220 kV、110 kV、35 kV变电站的模块容量、数量的选择进行比较说明。
(1) 220 kV变电站高频开关电源充电模块的选择：
该站由于是220 kV变电站，此类变电站的直流系统必须配置为双套互为备用。根据蓄电池的容量校核原则，选择单组蓄电池容量为200 Ah，一般此类变电站的两套直流系统均分控制负荷，单直流系统的经常性负荷电流为7－l0 A左右，因此，单组直流屏的Ie=200／10+10=30 A，若选择单块模块Ide=l0 A，则模块数量N=30／10+l=4。
(2) 110 kV变电站高频开关电源充电模块的选择：
根据蓄电池的容量校核原则，选择单组蓄电池容量为200 Ah，一般此类变电站直流系统的经常性负荷电流为7 A左右，因此，Ie=200／10+7=27 A，若选择单块模块Ide=10 A，则模块数量N=27／10＋1＝4。
(3) 35 kV变电站高频开关电源充电模块的选择：
根据蓄电池的容量校核原则，选择单组蓄电池容量为100 Ah，一般此类变电站直流系统的经常性
负荷电流为3 A左右，因此，Ie=100／10+3=13 A，若选择单块模块 Ide=5 A，则模块数量N=13／5+l＝4。
4、系统的其他配置的选择
(1) 调压单元：采用硅链降压的调压方式，合闸母线的调压容量按照合闸负荷的最大放电容量进行配置，控制母线的调压容量按照控制负荷的最大冲击电流进行配置。为了使系统简单、便于维护，通常采用合闸母线不使用调压单元而直接是蓄电池的端电压，鉴于目前多数变电站的动力负荷是断路器的直流电机，而电机的工作电压的合理范围是198—242 V，因此，建议若是单只2 V的蓄电池，电池的只数可采用104只，使动力负荷能工作在较为合理的工作范围。通过大量变电站的控制负荷的最大冲击电流的统计，一般35－ll0 kV变电站的控制负荷冲击电流均小于20A，因此其调压单元容量应选择20A，220 kV变电站控制负荷大冲击电流也不到20 A，但由于其控制负荷的复杂性及重要性，建议选择40A的容量。并应采用双硅链调压，实现硅链的自动备用模式，同时要求硅链具有手动／自动调压转换功能，使硅链在自动调压功能出错时，转换到手动调压，也可保证硅链的正常工作，确保控制母线的可靠供电。
(2) 监控装置：监控装置应以监视蓄电池运行工况，以充电模块为主要控制对象，具有数据采集、数据显示、信号报警、人机接口和通信接口的综合性监视控制装置。要求每组蓄电池配置一台监控装置。监控装置的监控方框图如图3所示。
对监控装置的功能进行规范，要求监控装置可对整个系统进行实时监视、控制，系统具有RS422或RS485微机通讯接口，可对全参数进行遥测、遥信、遥控及遥调功能。监控装置能对蓄电池进行全自动充放电管理，能按电池特性进行自动充、放电功能等。同时监控装置故障时，系统的各个模块均能自主工作，如充电模块能自主进行蓄电池的充电工作等，确保系统的供电可靠。
(3) 绝缘检测装置：应采用功能较为完善的微机型在线绝缘检测装置，要求可监测直流母线及各馈线支路正负极、蓄电池回路、充电模块回路等对地绝缘状况，能显示正负极对地电压及绝缘电阻并上传数据，并发出声光告警信号。
(4) 蓄电池巡检仪：能巡检、显示、上传单只电池电压、内阻。由于目前我国的蓄电池单只在线巡检仪的技术不够成熟，若要达到上述要求，将大大提高系统的造价，因此建议采用数字式电压采集装置取代模拟式电池巡检仪，能快速扫描所有蓄电池的单体电压并保存、上传、打印数据，实现单体蓄电池运行的适时监控。
(5) 逆变电源单元：提供DC／AC逆变模块，作为UPS使用，要求其工作方式为在线工作，即要求市电交流电源为主通道，当市电交流停电时，该模块自动切换为逆变电源供电；其容量的选择可根据变电站的后台监控设备的容量进行，通常选择10～20 A。
由于变电站的综合自动化监控系统的容量较大，当选择逆变模块的容量为20 A及以上时，其外形就显得较大，无疑将使系统的屏数增加，或者大大影响系统内装置的散热等工况。在了解变电站后台监控系统的电源部分的原理后，建议将后台系统的主机等其电源采用开关电源的设备全部由控制母线直接供电，在大为降低逆变模块容量的同时，也提高了后台系统的工作可靠性。
(6) 通讯电源单元：提供DC／DC逆变模块，作为变电站通讯设备的电源，其容量的选择可按照变电站通讯设备的容量大小来考虑，通常选择5～10A。
5、结束语
本文就变电站高频开关电源的应用选型进行了研究和分析，其中根据实际的运行维护经验，提出了高频开关电源的系统配置、各单元的功能设置、参数选择原则、运行建议等，可作为该系统可靠运行、推广应用、设计选型的实用依据。(end)
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(9/28/2006) |
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