有关变电站直流系统网络的优化设计讨论

杨先辉

摘  要：在电力系统中，直流系统是变电站非常重要的组成部分，它的主要任务就是给继电保护装置、断路器操作、各类信号回路提供电源。直流系统的正常运行与否，关系到继电保护及断路器能否正确动作，会影响变电站乃至整个电网的安全运行。决定直流系统运行安全性和可靠性的不仅在于某一个元件的性能，更在于全部元件的协同配合，这就与变电站直流系统的网络结构密切相关。基于此，本文以220kV变电站为例，对其直流系统网络进行优化分析。

关键词：直流系统;变电站;级差

一、220kV变电站直流系统配置方案分析

某220kV变电站全站配置2组直流蓄电池，出口采用熔断器。共配置2面直流馈线屏，二次设备室内布置2面220kV直流分电屏及1面110kV直流分电屏，就地布置2面220kV直流分电屏及1面110kV直流分电屏。低压侧开关柜采用直流小母线供电方式，不配置直流分电屏。每面直流分电屏设置2段直流母线，对于户外变电站，就地直流分电屏也可设置1段直流母线。根据DL/T5044—2014《电力工程直流电源系统设计技术规程》（简称“规程”），每段母线由来自同一蓄电池组的2回直流电源供电。其网络结构图如图1所示。其中，二次设备室内的直流分电屏仅示意1段母线。

该方案是变电站直流系统最常采用的方案。优点是分电屏靠近负荷区，可节约电缆，缺点是直流分电屏配置较多，工程造价高。同时，由于二次设备室内直流分电屏与直流馈线屏距离较近，在分电屏出口处发生直流接地时，由于短路电流过大，容易造成直流馈线屏断路器越级跳闸。

二、220kV变电站直流系统设计的关键问题分析

1、二、三级直流断路器的级差配合。这里主要指的是直流馈线屏断路器与二次设备室内直流分电屏断路器的级差配合问题。由于布置于同一个室内，直流馈线屏与直流分电屏间电缆较短，在分电屏出口处发生短路时，短路电流可能会达到上一级直流断路器瞬时动作区，造成越级跳闸。二、三级直流断路器的级差配合问题广泛存在于已投运的变电站内，具有较大的潜在运行风险。针对此种问题，仅靠设备选型极难消除，需对原有直流系统网络进行优化。通过取消二次设备室内直流分电屏，将室内直流负荷统一改由直流馈线屏供电，可从根本上避免了二、三级直流断路器的越级误动的可能。对于就地直流分电屏，出口处直流短路电流一般在1500A以内，选择额定电流为100A三段式直流断路器即可实现级差配合。

2、三、四级微型直流断路器的级差配合。当前变电站内三、四级保护电器一般均采用二段式微型直流断路器。在末级直流系统故障时，容易造成三、四级直流断路器均进入瞬时动作区，造成越级跳闸。一般情况下，第三级直流断路器如采用三段式，可以较容易实现三、四级直流断路器的级差配合，即瞬时脱扣电流（18±20%）In躲过下级出口短路电流即可。但实际上，由于受采购方式的限制，设计单位不能对此提出要求。此外，二次屏柜上的直流空开由各设备厂家提供，类型繁多，在配合上存在多种方案，具有一定的不确定性，不能仅仅通过级差进行选择。对于三、四级微型直流断路器的级差配合问题，应该根据实际的组屏方案进行分析。如屏柜内二次设备为非关联型负荷，则必须保证上下级直流断路器的动作选择性;如为关联型负荷，则可以在一定程度上放宽要求，仅按照上下级直流断路器保证一定的级差进行配置。为保证三、四级直流断路器的级差配合，在工程允许的情况下，上级直流断路器可按照三段式配置，也可配置为塑壳直流断路器。

三、220kV变电站直流系统优化配置方案

整体上来说，针对变电站不同布置方式，可提出不同的直流系统典型配置方案。总体方案如下：①取消二次设备室内的直流分电屏，直流负荷改由馈线屏直接供电。②设置就地直流分电屏，其中220kV就地分电屏2面，110kV就地分电屏1面。③如户外变电站，就地直流分电屏设置1段直流母线;如为户内或半户内变电站，就地直流分电屏设置2段直流母线。④结合二次设备的组屏方案，判断屏内二次设备是否为关联型负荷。如是，则上一级应采用三段式直流断路器，并优先选用电磁式。

户内（半户内）变电站直流系统配置方案：对于户内（半户内）变电站，由于各间隔的保护、测控装置及过程层交换机均下放布置于智能控制柜内，二次设备室内的二次负荷较户外变电站大幅减少。以某一实际工程为例，若取消室内直流分电屏，每组直流馈线屏需要配置32A（或20A、25A）微型直流断路器27个，63A微型直流断路器5个，100A塑壳直流断路器12个。二次设备室内的直流负荷主要为站控层设备及主变压器保护、测控装置。对于站控层设备，同一屏内采用同一组直流母线电源的二次设备属于关联型设备，上级直流断路器可采用二段式。对于主变压器保护柜，屏内设备包括主变压器保护、测控装置及过程层交换机。屏内任何二次设备失电均不应该影响主变压器保护装置，因此属于非关联型设备，上级直流断路器应采用三段式。如以GM系列直流断路器产品进行屏面布置，可采用GM32系列二段式微型直流断路器24个，GM5FB系列电磁三段式直流断路器12个，GM5FB-250系列三段式塑壳直流断路器12个。直流馈线屏仅需1面。对于就地直流分电屏，由于间隔层设备下放，每面直流分电屏需配置2段直流母线。保护、测控装置及过程层交换机电源取自其中一段母线，合并单元、智能终端取自另一段母线。其中，保护、测控装置及过程层交换机属于非关联型设备，上级应配置三段式直流断路器，合并单元、智能终端属于关联型设备，可配置二段式直流断路器。

户外变电站的直流系统配置方案：对于户外变电站，间隔层设备集中于综合保护室内，此时，每组直流馈线屏需32A（或20A、25A）微型直流断路器50个，63A微型断路器5个，100A塑壳直流断路器10个。此时，每组直流蓄电池需配置2面馈线屏，共配置4面。对于就地直流分电屏，每个分电屏内仅需设置一段母线。智能控制柜内合并单元、智能终端属于关联型设备，上级可配置二段式直流断路器。

四、小结

总之，随着我国经济的不断发展，電在人们的生产生活中起到了越来越重要的作用。我国在变电技术直流系统的发展过程中仍然存在着一些需要继续解决的问题。随着科学技术的不断进步，我国的变电站技术必当会得到不断优化。

参考文献

【1】白忠敏.电力工程直流系统当前问题及其建议[J].电源技术应用，2017（4）.

【2】范瑞逢.直流系统中空气断路器和熔断器级差配合试验研究[J].电力设备，2005，6（9）.