坎顶35kV变电站直流系统改造

周宇，徐国能

(华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200)

1 前言

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县，距天台县城7 km。电站总装机容量为120万kW，单机容量为30万kW，共4台水泵水轮机组。电站枢纽建筑物分为地面建筑物和地下建筑物二大部分。地面建筑物主要有上水库、下水库、中控楼、绝缘透平油库室、500kV开关站等，上、下水库水平距离约1000m。地下建筑物主要有输水隧洞、地下主、副厂房、主变洞、母线洞、进厂交通洞、排风交通电缆洞及竖井、500kV出线洞等。

坎顶35kV变电站作为桐柏抽水蓄能电站厂用电的备用电源，主接线方式为内桥接线，平坎3679线引至35kV桥I引线，国坎3773线引至35kV桥II引线，35kV内桥开关不能合环运行。经两台35kV变压器降压至10kV，分别引至10kVⅠ、Ⅱ母线，10kV母线通过母联开关联络运行。所用电分别从10kVⅠ、Ⅱ母线经两台干式变压器降压成400V。由于35kV坎顶变110V直流系统投运多年，存在着安装工艺问题，接线不规范，故障查找困难，以及设备陈旧，蓄电池性能老化等问题。为确保桐柏电厂厂用电的安全、可靠、稳定运行，对坎顶变直流系统进行整体改造更换。

2 改造前后的状态

改造前:

直流系统采用许继公司提供的直流电源系统，采用一面整流柜、一面馈线柜、一面蓄电池柜的结构。

改造后:

直流系统采用深圳奥特迅公司提供的直流电源系统，采用两面充馈电柜、一面蓄电池柜的结构。充馈电柜采用双回路交流电源供电，直流母线采用单母线分段结构。

直流系统的相关监控信号接入35kV坎顶变监控系统，进而通过35kV坎顶变监控系统接入桐柏公司的主监控系统。

3 新直流系统介绍

(1)运行方式

如下图1所示110V直流电源系统由两套直流装置组成，分别为直流装置Ⅰ与直流装置Ⅱ，电源分别引自坎顶400VⅠ母线=57S+BF01-F0014和400VⅡ段母线=57S+BF02-F0013，每套都有充电装置及蓄电池组，两台充电装置分别对两组蓄电池进行浮充电，同时向所在母线供电。正常运行时，直流装置Ⅰ供直流Ⅰ段，直流装置Ⅱ供直流Ⅱ段。

图1 直流电源系统图

直流110VⅠ、Ⅱ段母线通过各自母线进线闸刀(3ZK或4ZK双刀双掷)的切换实现110V直流Ⅰ、Ⅱ段母线联络。正常运行时，母线进线闸刀合于“蓄电池侧”位置。当一组电池或充电装置出现故障需隔离处理或者欲退出进行维护和充放电时，需把该套电池组及充电装置所在的母线进线闸刀合于“母联侧”位置，最后把该套直流装置退出，由另一套直流装置供全部负荷。

(2)设备介绍

1)交流输入单元

Ⅰ、Ⅱ套充电装置的两路交流输入电源由交流切换控制电路选择其中一路输入,供电的双路交流输入电源互为备用，且有自动、手动切换功能,当自动切换不成功时可以手动切换；配有雷击浪涌吸收单元、交流进线配电单元、防雷保护单元；充电装置把输入的三相交流电转为直流，供给蓄电池组浮充电，同时供给负载工作电流。交流切换控制电路还能判断三相交流电源缺相或失压，并发出报警信号和使保护动作。

2)高频开关电源模块

Ⅰ、Ⅱ套直流装置由智能高频开关电源集中监控器JKQ-3000A实现对智能高频开关电源直流系统的综合控制。智能高频开关电源集中监控器JKQ-3000A采用直流电源供电，其工作电源取自控制母线。监控器JKQ-3000A具有交、直流监测；智能高频开关电源模块监控及电池管理；母线电压、电流、充电装置输出电流实时显示；母线电压调整；系统参数设置；模拟量采集；开关量输入输出；报警及保护；通讯扩展；历史记录等功能。高频开关电源模块的主要功能有稳压、稳流功能；均/浮充电压、电流设置功能；均/浮充转换功能；超温自动保护功能；输出电压、电流显示功能；输入、输出过欠压保护功能；自主均流功能；运行状态显示功能；限流级别设置功能；风机转速自动控制功能。

直流装置Ⅰ、Ⅱ段分别有3个智能高频开关电源模块，3个智能高频开关电源模块输出125V直流供到动力母线，然后再通过调压装置调压后供至控制母线。智能高频开关电源模块可以在“自动”(集中监控器控制)和“手动”(面板控制)两种工作方式下工作。正常运行在“自动”控制工作方式下。

3)调压装置

直流Ⅰ、Ⅱ段母线上各自装设一组调压装置，每组调压装置具有手动、自动调节电压功能,正常采用分级自动调压方式对控制母线进行电压调整，以维持控制母线电压在直流系统额定电压的90%～110%内。调压装置采用微机型降压硅链，同时配备主硅链和副硅链，主硅链负责对控制母线电压的精调，副硅链用于防止控制母线失压；当主硅链有部分故障时控制系统会自动闭锁其故障部分，使之恢复正常的调压功能。控制系统能实时地将硅链运行状态上报集中监控器。通过转换开关QK来切换，转换开关QK-6位置为自动位置，其余转换开关QK的位置为手动，手动电压调节时每投入一级硅元件，控制母线电压就下降5V,QK-0位置为5级硅元件都投入，QK-1位置为4级硅元件投入，QK-2位置为3级硅元件投入，QK-3位置为2级硅元件投入，QK-4位置为1级硅元件投入，QK-5位置为没有硅元件投入。调压装置硅元件的额定电压不小于500V，额定电流不小于300A。

4)蓄电池采用德国HOPPECKE阀控式免维护密封铅酸蓄电池，其电解液为胶体式类型，适用环境温度25±10℃。HOPPECKEOPZV电池是按照最先进的德国标准DIN40742进行设计的阀控铅酸蓄电池，采用一体化的全密封设计，通风条件可显著降低。在正常运行条件下，电池的实际寿命将超过12年的预期寿命，具有很好的深度放电耐受力(超过30天)和极低的自放电率。蓄电池型号为12OPZV1200，浮充运行电压为2.25～2.30V，均充运行电压2.30～2.35V；直流110V电源系统有二组蓄电池组，每组有9只蓄电池，共18只蓄电池。

5)绝缘监测仪

正常运行时，直流Ⅰ、Ⅱ段母线上各自的微机绝缘监测仪WJY-3000A，Ⅰ、Ⅱ蓄电池组上蓄电池巡检仪BATM30B都应投入运行。微机绝缘监测仪WJY-3000A用于监视母线的绝缘情况，当绝缘监测仪检测到绝缘下降或电压异常即发出报警信号，在绝缘检测仪上可以在线检查到故障线路的编号；1-11对应直流Ⅰ段母线上支路101Z-111Z或直流Ⅱ段母线上支路201Z-211Z。

微机绝缘监测仪采用电桥原理，实时监测正负直流母线的对地电压和绝缘电阻，当正负直流母线的对地电压和绝缘电阻低于设定的报警值时，自动启动去路巡检功能。支路巡检采用直流有源CT，无需向母线注入信号。被检测信号直接在CT内部转换为数字信号，被采集信号采用数字传输。采用智能型CT，所有支路的漏电流检测同时进行，支路巡检速度高。

6)蓄电池巡检仪

蓄电池巡检仪BATM30由微电脑控制，采用串行总线方式，通过RS232(电流环型)通讯接口与集中监控器相连接，在线巡回检测蓄电池组的单节电池端电压、环境温度，并将检测到的数据初步处理后上传至集中监控器，由集中监控器对所接收的数据进行分析处理。蓄电池巡检仪采用模块化设计，单模块可采集18节电池的电压，直流110V电源系统共有2个蓄电池巡检仪，可通过蓄电池巡检仪面板上的地址拔码来区分其地址，以便于集中监控器通信。

7)集中监控器

直流装置由智能高频开关电源集中监控器JKQ-3000A实现对智能高频开关电源直流系统的综合控制。智能高频开关电源集中监控器JKQ-3000A采用直流电源供电，其工作电源取自控制母线。监控器JK直流Ⅰ、Ⅱ段母线上各有一套Q-3000A，监控器JKQ-3000A以PC486工控机为主机，配有大屏幕全中文汉字显示和输入键盘，面板光字牌报警。其通过分散控制方式，对直流系统充电模块、绝缘监测模块、电池组、母线、配电等进行实时监控，并设有多种通信协议，完成与CSCS的通讯，实现直流系统的“四遥”功能。遥控模块开/关机及均/浮充；遥测模块输出电压和电流；遥信充电模块运行状态；遥调充电模块的输出电压。

监控器JKQ-3000A具有交、直流监测；智能高频开关电源模块监控及电池管理；母线电压、电流、充电装置输出电流实时显示；母线电压调整；系统参数设置；模拟量采集；开关量输入输出；报警及保护；通讯扩展；历史记录等功能。

4 异常运行和事故处理

(1)直流系统接地处理

1)微机绝缘监测仪的主屏中按“故障”功能键查看系统的故障信息。根据所显示的故障信息确定故障母线或支路。

2)检查可疑处和有人工作的地方。

3)瞬时拉合直流各馈线分路开关

4)使用拉路法查直流接地时，应由两人进行，断开直流时间不得超过3s。

5)拉路查找法应按照先次要用户后重要用户，先室外后室内，先潮湿地点后干燥地点的次序查找。在试拉由PLC控制的设备的直流负荷开关后，应注意复归PLC。

6)若接地处在重要负荷馈线上，仍允许投入运行，但应立即通知检修人员，进行处理。故障信息显示故障支路号，可立即通知检修人员进行查处接地点，若需短时直接断开接地支路处理且将使运行设备失去继电保护的应经总工同意方可进行，但应尽可能在设备处于停用状态时进行。对断开直流电源会引起保护误动的应先做好安全措施。

7)如接地不在负荷侧，检查直流母线是否接地。如正、负母线对地电阻低于25kΩ，则母线接地。应隔离该母线，该母线负荷倒至另一段。

8)接地点找到后，应予隔离，由检修人员抓紧处理；防止直流两点接地引起保护拒动或误动、控制系统误动。

9)检查结束后复归绝缘检测仪报警信号。

(2)当一组蓄电池或充电装置出现故障，可把故障蓄电池组或充电装置侧的母线进线闸刀合于“母线侧”由另一直流装置供应全部负荷，退出出现故障的蓄电池及充电装置，通知检修人员，进行处理。

(3)智能高频开关电源模块的交流输入停电或异常时，智能高频开关电源模块停止工作，由蓄电池给负载供电。集中监控器测量蓄电池电压、放电时间，当蓄电池放电到欠压点时，集中监控器发出欠压告警，保护动作。应投入交流输入，恢复智能高频开关电源模块对蓄电池的充电功能。

5 结论

桐柏抽水蓄能电站35kV坎顶变110V直流系统，通过增加新的充馈电柜、更换新的蓄电池、采用双回路交流电源供电、直流母线采用单母线分段结构等手段，并将相关监控信号接入35kV坎顶变监控系统，进而通过35kV坎顶变监控系统接入桐柏公司的主监控系统。解决了设备陈旧，蓄电池性能老化等问题，确保了桐柏电厂厂用电的安全、可靠、稳定运行。

[1]白忠敏，等.现代电力工程直流系统[M]:中国电力出版社，2003.

[2]白忠敏，刘百震，于崇干，等.电力工程直流系统设计手册[M].中国电力出版社，2003.