模块化电源系统的研究

刘 琳, 史继荣

华东电力设计院有限公司 上海 200063

1 研究背景

一体化电源系统在变电站中具有重要地位,其可靠性与稳定性直接影响变电站的运维及电气设备的安全。传统的一体化电源系统采用功能分散性设计或者组屏模式相对独立的方式,对于多数变电站设备而言,由于设备设计形式与调试方法不同,设备难以达到兼容性、稳定性等相关要求。模块化电源系统由预制柜体、功能单元、标准接口等组成,在工厂内完成制作、组装、内部配线、调试等工作,整体运输至工程现场,具备集中的对外接口。应用模块化电源系统,既可以缩短变电站安装调试的时间,又能够提高系统的可靠性和可维护性。笔者对模块化电源系统进行研究。

2 模块化建设定义

根据Q/GDW 11152—2014《智能变电站模块化建设技术导则》,模块化建设定义为电气一次设备高度集成测量、控制、状态监测等智能化功能,监控、保护、通信等二次设备采用二次组合设备,一次、二次集成设备最大程度实现工厂内规模生产、集成调试、模块化配送。通过模块化建设,可以有效减少现场安装、接线、调试工作,提高建设的质量和效率。模块化建设中,二次典型模块包括站控层模块、交直流电源模块、通信模块等。其中,交直流电源模块宜包括全站的交直流系统、不间断电源、逆变电源和通信电源等。

3 模块化电源系统技术特征

模块化电源系统由不同的功能单元组合而成,功能单元是模块中最基本的元素。不同电压等级变电站,设备配置差别较大,但基本功能单元是确定的。通过不同类型、不同数量的功能单元进行排列组合,可形成适用于不同电压等级、不同规模变电站的模块。图1所示为模块化电源系统智能开关组件,可通过积木式叠加而形成。模块化电源系统主要包括双电源切换装置模块、智能馈线开关模块、蓄电池组模块及各类监控管理单元模块等。

图1 模块化电源系统智能开关组件

模块化电源系统具有以下技术特征。

(1) 外形尺寸规范化、标准化,不同功能类型的模块具有标准尺寸外形,安装位置可相互替换,既可实现标准化提前生产,又可实现工厂快速组装。在条件许可的情况下,散件发货,现场装配,实现订货和发货同时进行。

(2) 系统采用固定式开关,这一结构设计及配件可保证在不影响其它开关运行的前提下,独立检修单个开关、传感器及智能电路等配件。

(3) 各智能馈线开关组件均配置 RS485通信接口,系统增加馈线回路时不需进行二次线路设计、施工,只需要进行通信配置。

(4) 不同功能类型的模块组合在一起,可以获得具有叠加功能的模块,如交流馈线智能监控功能模块、直流馈线智能监控功能模块等。

4 模块化电源系统安装要求

模块化电源系统通常采用标准结构设计,设计时综合考虑模块的功能单元数量、尺寸,以及柜内检修维护、柜体运输条件等,使模块外观整齐统一。功能单元采用积木式设计,通过标准件安装于模块本体上,尽量不用或少用紧固件,使装拆方便,可以带电更换,即插即用。不同功能、相同外形尺寸的功能单元可以互换,更换任何一个功能单元,不影响其它模块的正常运行。模块化电源系统热插拔智能模块如图2所示,标准件安装如图3所示。

图2 模块化电源系统热插拔智能模块

图3 模块化电源系统标准件安装

模块化屏柜在安装时,根据线路路径及敷设顺序,预先规划合理的模块布线方案,有效利用线缆收纳设备,合理收纳线缆余长,满足模块内布线整洁美观、分区明确、标志清晰的要求,便于运行维护。根据内部空间的具体情况来布置连接器插座,针数较多的连接器一般布置在模块的底部或顶部,以确保模块内整体布线美观及顺利安装布线。模块内布线要充分考虑电缆弯曲半径要求,结合连接器插座安装位置、电缆出线方式等,在模块内合理布置支架,以实现对预制电缆的支撑与固定。

5 模块化电源系统接口要求

模块化电源系统一般采用积木式设计,各模块设置一个或多个标准接口。宜通过标准件实现功能单元与模块在电气、通信及机械方面的连接,并支持功能单元的在线更换。模块的接口要求如下:① 模块底部或顶部设置统一、集中的对外接口,用于线缆进出;② 模块与外部设备之间的连接宜采用预制光缆或预制电缆;③ 预制电缆连接器宜采用防水型室外连接器或分支器结构,应具备高强度金属外壳或金属套管保护,带拖曳孔,结构紧凑;④ 对于双重化配置的保护,模块内配线及外部快速插头均应独立配置。

6 模块化电源系统与传统配电比较

模块化电源系统与传统配电最大的不同之处在于,模块化电源系统采用了更为灵活的功能模块化配电方式,能够在不影响用电的前提下,实现模块的在线更换。模块化电源系统中,单模块均具备通信功能,各模块之间只要参数信息一致,即可进行数据交换。所有单个开关和模块都可独立检修或更换,使设备检修工作更加方便、快捷、安全、精确,进而为整个电源系统提供了更加安全、可靠的保障。应用模块化电源系统,能够有效减少重复配置,降低一次性投资,在一定程度上减少长期设备维护成本、人力成本,并减少采购、协调管理等成本。模块化电源系统与传统配电的比较见表1。

表1 模块化电源系统与传统配电比较

7 结束语

模块化电源系统已成为变电站一体化电源系统的发展方向,在智能变电站的系统升级及后续推广建设中迎来了广泛应用。模块化电源系统可在最大程度上实现工厂内规模生产、集成调试、模块化配送,有效减少现场安装、接线、调试工作,不仅提高了电源系统的安全性、可靠性及稳定性,而且提高了变电站建设的质量和效率。