智能变电站一体化电源的优化设计

梁屿 张静

摘要：分析了常规变电站站用电系统现状及存在问题，主要包括原系统自动化水平低，系统管理和信息共享困难、投资浪费、维护面宽等，针对这些问题，以110kV台海变电站工程一体化电源系统为例，对智能变电站站用电源一体化设计的优化进行论述，即采用网络通信、一体化监控等方法实现站用电源网络智能化设计，切实提高了系统的自动化水平；并对电源系统的接线方式、蓄电池等设备进行了优化，从而避免了设备重复配置，优化了布局，保证了运行、维护的经济性。

关键词：智能变电站 一体化 交直流

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0107-01

交直流电源是变电站安全运行的基础，随着变电站智能化程度的提高以及智能变电站的相继投运，提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要的意义。本文以110kV台海智能变电站工程为例，简单介绍了交直流一体化电源系统在智能变电站中的优化及应用。

1 概述

交直流电源系统是变电站的一个重要组成部分，是变电站安全稳定运行的基础。近年来，随着变电站智能水平的不断提高，站用电源在资源整合、自动化水平、管理模式等方面都得到长足的发展。为减少站用电源系统设备的重复配置，建立站用电源信息共享的一体化平台，提高变电站站用电源系统的智能化水平，实现信息上行下达数字化传输，通过对传统直流电源系统、通信电源系统、逆变电源系统及站用交流电源系统等一体化设计、一体化配置及一体化监控，将其运行工况和信息数据通过一体化监控单元转换为DL/T860标准模型数据接入自动化系统并上传至远方控制中心。此设计理念对于提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要的意义。

2 站用电源系统现状

现在的无人值班变电站站用电源系统一般由站内公用直流系统、通信专用直流系统、UPS、交流系统等组成，站用电源系统主要为变电站内主要设备提供操作电源、电机储能、加热、通风及检修照明等电源。

一直以来，站用电源各子系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的厂家生产、安装、调试。以改造前的110kV台海变电站为例，站内直流电源和通信电源独立设置，每套系统都配置了充电设备、蓄电池组等设备，分别单独组屏，单独设置蓄电池室，虽然系统可以相互独立，但设备重复配置，增加了建筑空间，使运行维护人员的维护点增多，维护工作增大，经济性及工作效率受到明显制约。

其次，传统站用电源系统自动化程度不高。由不同供应商提供的各子系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化管理，系统缺乏综合的分析平台，自动化程度较低。

3 一体化电源系统优化论述

3.1一次系统概况

110kV台海变电站电压等级为110/10kV，规模如下：主变压器：远期建设3×50MVA主变压器，本期建设2×50MVA主变压器；110kV侧为扩大内桥接线，进线两回；10kV侧远期为单母线四分段接线，本期三段，#2主变10kV侧为双分支接线，10kV出线远期30回，本期20回。

3.2直流负荷统计

其中变电站内部分按2h放电考虑，通信经常负荷按照4h事故放电时间考虑，放电额定容量确定为300A·h。电池采用单体2V，104只。

3.3直流系统接线

直流母线采用单母线接线，设置一组阀控式密封铅酸蓄电池，蓄电池采用高频开关充电装置进行充电、浮充电，模块按n+1配置。直流供电除10kV配电装置采用环网供电外，其余110kV及主变压器各侧采用辐射供电方式，由直流馈线柜直接供电给各用电单元。蓄电池布置在专设的电池室，直流充电屏、馈线屏布置在二次设备室。

通信电源取自站用直流系统，使用DC/DC模块直接挂在变电站直流母线上，变换成48V后为通信负荷提供工作电源。

3.4蓄电池

本次设计将站用蓄电池与通信专用蓄电池整合，选用一组阀控式密封铅酸蓄电池，容量按满足全站直流负荷考虑，并考虑温度修正、电池老化等因素，确定电池容量为300A·h，104只。不设端电池和调压装置。通过计算容量为300A·h的蓄电池组出口端电压UD满足DL/T5004-2004《电力工程直流系统设计技术规范》中均衡充电及事故放电情况下直流母线电压的要求（87.5%～110%Un）。

3.5充电设备

充电装置采用高频开关电源模块，选用5×20A模块，经互投开关接入2路交流电源。

3.6智能一体化电源系统监控平台

智能一体化电源系统监控平台使用DL/T860规约，实现电源系统统一智能监控，进而实现状态检修；智能监控除常规范围外，还包括蓄电池容量监测，交流系统漏电监测，所有进线、馈线回路监控，电源回路的程序化操作、联锁、协调联动等；设置智能型在线监测装置，具有完善的保护、在线自诊断、绝缘检测、直流接地巡检及微机蓄电池自动巡检等功能。

3.7交流不间断电源（UPS）系统

变电站配置1套220V交流不间断电源系统（UPS），内设两台容量各为3kVA逆变电源装置，作为监控等设备的不间断电源，逆变器电源正常由交流供电，交流消失时自动切换由变电站直流馈线柜供电。

3.8站用电源

本站由2台接地变压器提供站用电源，站用电容量为100kVA，站用电系统为380/220V交流三相四线制中性点直接接地系统。本次设计取消了传统的单母线分段接线方式，取消380V备自投装置和相关回路，采用ATS智能开关代替，两路站用电源直接接到智能ATS开关，通过智能开关实现站用电压多种运行方式的智能切换。这种设计不仅节省设备，回路简单，而且运行方式灵活方便，提高了站用交流电源智能管理和可靠性。

4 智能变电站交直流一体化电源系统的优越性

（1）减少了蓄电池组类型配置。将操作电源蓄电池组、UPS蓄电池组、通信蓄电池组合并成为1组蓄电池。（2）一体化设计。其外观一致，减少了重复配置，减少了组屏数，节约了占地空间。（3）网络化。各子系统智能设备通过通讯网络接入一体化监控器，一体化监控器通过1个通信口接入综自系统。（4）智能化。在一体化平台或远方调度平台可实时查看站用电源各子系统电量、开关量、事件信息，可修改系统参数、运行方式、遥控开关、对时，实现站用电源四遥。（5）兼容性强。由监控中心单元兼容各部分监控单元，一个接口，一种规约接入综合自动化系统。（6）更可靠。资源共享后组屏更从容，一体化蓄电池维护更有保证，一体化设计，分布式实现，更注重故障隔离。（7）投资及维护费用减少。简化采购和施工协调，总投资减少，总维护费用降低。