王店变智能化改造工程一体化直流电源系统改造方案研究及实施

邢佳磊，倪炯，蓝益军，郑利达，陈琼良，仲浩（国网浙江省电力公司检修分公司， 浙江 杭州 311232）

王店变智能化改造工程一体化直流电源系统改造方案研究及实施

邢佳磊，倪炯，蓝益军，郑利达，陈琼良，仲浩
（国网浙江省电力公司检修分公司， 浙江 杭州 311232）

直流电源系统担负着全站保护、测控、事故照明等重要负荷的不间断供电的重任，是电力系统正常运行的重要子系统，按照王店变整体智能化改造“公用先行”的基本思路，对王店变直流电源系统进行一体化改造。本文提出了两种直流负荷割接的方案，并进行了分析，实际采用了对老蓄电池组移位，新、老直流系统并行，逐步转接负荷的实施方案，并在现场得到了验证。

直流电源；不间断供电；蓄电池组移位；直流负荷割接；风险管控；铅酸蓄电池

0　引言

500 kV 王店变电站于 2002 年 5 月投产，是当时嘉兴地区第一座 500 kV 变电站，至今已持续运行近 14 a，目前二次设备老旧，缺陷频发，备品备件稀缺，而且已超过 10 a 计算机监控系统整体改造周期，因此，2015 年下半年开始对王店变进行整体智能化改造。

按照“整体改造公用先行”的基本思路，计划于 2015 年下半年实施一体化直流电源改造，为2016 年实施 500 kV 设备改造做好技术准备。老直流系统为“二充二蓄”的华为产品，充电/整流模块老化，直流分屏采用熔丝非空开。直流电源改造主要是更换蓄电池组、直流充电机屏、馈线屏及直流分屏，实现“三充二蓄”的系统方式。因为王店变场地空间有限，仅能在站所最北面新建一座 53小室，且无法新建蓄电池室，并且考虑到电缆走线新直流总屏不宜安装于 53 小室，新蓄电池组亦无法直接安装于老蓄电池室，所以难以实现过渡阶段新、老直流电源系统并存，直流负荷结合间隔停电改造逐步割接的成熟改造方案。

目前直流电源改造方面的研究主要针对 500 kV变电所直流系统局部改造研究［1-2］及 110 kV 变电所“一充一蓄”直流系统改造等方面的研究［3］。本文针对王店变直流电源改造遇到的难题，提出了两种实现直流负荷割接的方案：一、过渡期间老设备由新直流系统供电，将老直流馈线屏负荷直接割接至新直流母线，实现直流负荷一次性转移；二、过渡期间老设备仍由老直流系统独立供电，不停电移位老蓄电池组并新上蓄电池组，结合间隔设备停电改造，逐步割接负荷。经分析评估决定采取方案二，现场实践证明该方案具备可实施性且风险可控。

1　直流电源改造范围

一体化直流电源系统由直流电源、交流不间断电源、逆变电源等装置组成，共享蓄电池组，并通过以太网通信接口采用 IEC61850 规约与变电站站控层设备连接，实现对一体化电源系统的远程监控管理。

王店变直流系统新上充电屏 3 面，联络屏 2面，馈线屏 2 面；为满足改造需要在 51、52 小室新增直流分屏 3 面，在 53、21 和 22 小室各新增直流分屏 2 面；并更换事故照明逆变器屏 1 面；原主控楼 UPS 间内 UPS 屏运行状况良好，本期不更换；蓄电池容量原为 500 Ah，不能满足无人值班变电站事故放电 2 小时的要求，新上 2 组 110 V 直流蓄电池组，容量为 1000 Ah，采用单母分段接线。每组蓄电池选用一套高频开关电源装置作为浮充电用，两组蓄电池再共用一套高频开关电源装置作为充电、浮充电用，实现“三充二蓄”的系统方式。

王店变整体改造后，所有设备都将转移至新的直流系统供电，老直流系统退役。但是，在改造过渡期间，老设备仍由老直流分屏供电，因此，老直流分屏是由新系统供电还是老系统供电是本次改造的重点和难点。

2　直流电源改造方案研究

王店变直流电源改造方案分三个阶段：⑴ 安装新直流总屏和分屏；⑵ 实现新直流系统上电并接入监控后台，老直流分屏稳定供电；⑶ 结合间隔设备停电改造将直流负荷逐步从老直流分屏割接至新直流分屏，最终老直流系统退役。

第一阶段的难点是，由于直流充电屏、联络屏、馈线主屏通过母排连接必须布置在同一列，因此需要在 51 或 52 小室中腾出 7 块屏位给新上的直流总屏。经过勘察在 52 小室中有 4 个连续的空屏位（WB71～WB74），空屏左侧为 WB69 事故照明逆变电源屏、WB70 变电设备在线监测 CAC屏，右侧为 WB75 蓄电池在线监测屏，之后决定通过移屏实施方案。移屏前进行了整站改造的屏位整体规划，确定了移屏位置，因为屏位紧张，对临时屏柜（如蓄电池在线监测屏）采取了制作临时基础的方式拓展屏位，并做好了屏柜安措隔离及回路恢复。直流系统屏位布置如图1 所示。本文重点研究第二阶段，提出了两种实现直流负荷割接的方案。

2.1老直流分屏由新直流系统供电（方案一）

关于老直流分屏由新直流系统供电的改造方案，关键是将老直流负荷转移至新直流系统供电，并退役老蓄电池组及充电屏，保留老直流馈线总屏，如图2 所示。

以Ⅰ段直流改造为例，将原Ⅰ段 500 Ah 蓄电池退出运行，原Ⅰ段直流馈线屏仅由老充电机供电，Ⅰ段蓄电池更换为 1000 Ah 的，并与新直流系统母线完成搭接后，将老直流系统的主母线通过空开搭接至新直流系统上，实现老Ⅰ段直流分屏由新直流系统供电。Ⅱ 段直流改造实施方案相同。

2.2新、老直流系统独立供电运行 （方案二）

这个改造方案就是，在整体改造过渡期间，新上一套独立的直流系统，保留完整的老直流系统，利用新、老系统分别为改造后的设备、改造前的设备供电。由于未新建蓄电池室，采取该方案的关键是必须将老蓄电池组进行移位，腾出空间给新蓄电池组。经现场分析确认，将老蓄电池组移位至蓄电池室靠墙布置，设计示意图如图3 所示。

以Ⅰ段直流系统改造为例，将老Ⅰ段 500 Ah蓄电池退出运行，按设计图纸将老Ⅰ段 500 Ah 蓄电池组拆卸后移位重装，在原蓄电池组位置组装新蓄电池组，并分别完成电缆搭接工作。按同样步骤实施Ⅱ 段直流改造。

2.3方案比较和选择

2.3.1方案一的优、缺点分析

方案一的优点：老蓄电池组可退役，蓄电池室仅保留新蓄电池组；老直流充电机屏可退役拆除，空出 4 块屏位，可以缓解王店变改造屏位空缺的问题。

方案一的缺点：

（1） 老直流系统馈线屏搭接至新直流系统母线后，过渡开关合闸瞬间，新、老充电机（非同一厂家）并机且同时向新蓄电池组充电，该瞬间暂态模型无法建立，无法明确判断合闸瞬间是否会对老直流系统（带了大量重要负荷）产生冲击，系统运行存在不可评估的风险；

（2） 新蓄电池安装时，老蓄电池组退役，新直流系统即直接接入重要负荷，一方面不符合直流系统竣工验收后接入运行设备的要求，新直流系统接入负荷后即需要按运行设备管理，不符合改造实际，另一方面新直流系统未经过较长时间拷机运行，如有缺陷不利于系统消缺；

（3） 老蓄电池组拆除，新蓄电池组安装过程中，老直流系统运行方式薄弱，对工期要求紧。

2.3.2方案二的优、缺点分析

方案二的优点：

（1） 新、老直流系统独立供电运行，各间隔设备随改造逐步接入，直至所有设备改造完成，老直流系统退役，改造方案较为成熟；

（2） 新直流系统竣工验收完成后，再接入重要负荷且有一定拷机运行时间，确保新直流系统运行的可靠性。

方案二的缺点：

（1） 老蓄电池组需要移位，移位期间老直流系统运行方式较薄弱，对工期要求紧；

（2） 过渡期间，老蓄电池组与新蓄电池组在同一间蓄电池室共同运行近 2 a，需加强对蓄电池组的运行巡检。

2.3.3方案选择

基于上述分析得出：方案一与方案二同样存在蓄电池组施工时运行方式薄弱，工期紧的问题，可以通过优化方案来克服；而对于方案一的缺点（1）、（2） ，无法有效避免。因此，本次改造选择方案二作为直流系统改造的实施方案。实施方案二的关键是将老蓄电池组移位的风险降至最低。

3　老蓄电池组移位方案及风险控制措施

3.1老蓄电池组移位实施方案

以直流Ⅰ段老蓄电池组移位为例，按常规操作典票，老蓄电池组移位前退出运行，直流Ⅰ段母线仅由 1 号充电机供电，若交流电源失去，直流Ⅰ段将失电。为控制运行风险，解决该难题，在直流Ⅰ段母线与直流 Ⅱ 段母线间安装并接额定电流为 63 A 的临时闸刀，在蓄电池搬迁期间合上临时并列闸刀，实现 1 号蓄电池组退出运行时的“二充一蓄”的供电方式。按图4 实施方案，蓄电池组移位需要运维、检修、施工、厂家共同配合完成。

3.2风险控制措施

（1） 除蓄电池移位工作外，停止一切电气相关工作，防止搬迁过程中因人员原因导致直流接地、所用电故障等问题；

（2） 交直流电源空开跳开导致充电机一路或多路电源失去时，立即试合空开一次，如无法合闸，由现场检修人员负责检查原因并抢修；

（3） 组装一组 300 Ah 临时蓄电池组作为备用蓄电池，放于 52 小室，自带空开断开并将接头用绝缘胶布包好。因为规程要求运行蓄电池组不宜放于保护小室，所以暂不接入直流系统，在 2 号蓄电池故障时，将临时蓄电池接入 1 号蓄电池组放电空开下端头并投入运行；

（4） 一台所用变失电时，应立即检查第一、二组直流充电机的交流电源是否切换正常，若充电机负荷显示正常，应尽快将跳闸所用变负荷倒至 0 号所用变供电；

（5） 两台所用变失电时，应在第一时间将所用变负荷全部倒至 0 号所用变供电，然后检查直流充电机的交流电源是否恢复正常，若负荷显示正常，联系发电车尽快进站待命，并且要求地调确保站外交流电源供电。

4　结束语

变电站直流系统担负着全站保护、控制、信号、测控及事故照明等重要负荷的不间断供电的重任，是电力系统正常运行不可或缺的设备，直流系统的可靠性很大程度上决定了电力系统的可靠性，因此直流系统的改造必须确保过程流程明确，风险可控。本文在王店变整体改造的背景下，基于屏位紧张及无新蓄电池室的现状，提出了老蓄电池组移位，新老直流系统并行，逐步转接负荷的实施方案，并在现场得到验证。如果直流系统的系统改造仅涉及更换直流总屏和蓄电池组，就需要对本文提出的方案一做进一步的研究或新的探索。

［1］ 李健， 仲浩， 覃兆安， 等. 500 kV 王店变电站直流系统改造工程研究［J］. 电工电气， 2013， 8: 41-43.

［2］ 胡浩， 侯慧军， 李元安， 等. 500kV 变电站直流系统改造过程中的问题分析及处理［J］. 电力学报，2014， 29（1）: 3637.

［3］ 徐凯. 对 110 kV 变电站直流系统改造方案的探讨［J］. 电力系统保护与控制， 2010，38（7）: 116-118.

Research and implementation of intelligent transformation plan of integrated DC power supply system of Wangdian Substation

XING Jialei， NI Jiong， LAN Yijun， ZHENG Lida， CHEN Qiongliang， ZHONG Hao
（Maintenance Branch of State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou Zhejiang 311232， China）

DC system is responsible for the uninterrupted power supply to the important loads of protection， measurement and control， accident lighting and so on， which is an important subsystem of power system. According to the basic idea of “public first” in the overall intelligent transformation project of Wangdian Substation， the integrated transformation of DC power supply system was implemented. Two kinds of cutover plans of DC load were presented and analyzed in this paper. The implementation plan of shifting old batteries， running new and old systems at the same time， gradually fulfilling load cut-over was adopted actually and confirmed in the field.

DC power supply system； uninterrupted power supply； battery shift； DC load cutover； risk management and control； lead-acid battery

TM 912.1

B

1006-0847（2016）04-175-04

2016-03-20