直流系统直流多支路快速接入箱的研究应用

苏 旭，杨静超，喻宏江，李 圣，刘 慧

（云南电网有限责任公司怒江供电局，云南 怒江 673100）

1 直流电源系统

1.1 概 念

在供电系统中，直流系统是一种十分重要的系统，普遍适用于多种类型的变电站。绝大多数变电站都需要直流供电系统作为主要设备的电力支持。例如，变电站内的控制系统、照明系统以及信号回路等都是以直流电源作为电力来源。从来源上来看，直流电源的电能大部分是由0.4 kV的交流电经过整流电路所得。经过整流后的直流电流会有一部分被储存在变电站内的电池组内。当变电站内设备断电且变压器也断电时，这些电池组可以作为储备电源。因此，直流电源对于变电站的运行来说至关重要。大部分情况下，直流电源是作为独立电源存在的，与外部电源相隔离，当外部交流电源处于中断状态时，它作为备用电源继续支撑变电站的正常运行。

1.2 工作原理

现阶段，光伏直流系统为变电站提供直流电能。基于太阳能模块方阵，该系统可以将太阳能转化为电能。同时，基于光伏控制器的辅助，转换得到的电能可以直接和直流系统相连接得到稳定的直流电源。需要注意，由于太阳能输出电压会受到很多外在因素的影响，因此电压大小是不确定的。当输出电压和直流系统的输入电压相匹配时，交流接触器此时处于断开状态，光伏电压可以为直流系统进行供电。若电压不匹配，那么在光伏控制器的作用下，输出操作会自动中断。在这种情况下，直流系统的供电由充电器完成。总体而言，在直流系统充电的过程中，受输入电压的影响，光电控制器与充电器轮流工作，且能够实现自动切换[1]。

1.3 变电站内直流电源系统更换

进入21世纪以后，我国科技水平发展迅速，在各行各业的应用上取得了较大突破。尤其是在电力行业，大量先进技术得到了推广和使用，为电力行业的快速发展奠定了基础。基于新技术的支持，电力行业正朝着清洁、高效以及安全的方向发展。然而，由于我国幅员辽阔，部分地区的电力水平还比较落后，依然存在一些问题尚未解决。例如，现阶段我国有一些常规变电站直流系统依旧使用相控硅整流电源，这种电源在过去发挥着巨大作用，但随着我国用电人口的激增和各个领域用电量的大幅提升，其已经不能很好地满足当前的需求。因此，需要对它进行大面积的更换作业，然而在更换过程中如何确保变电站稳定工作成为了一个难题。直流电源的更换工作刻不容缓，更换的目的在于能够最大限度地满足当前的实际需求，确保直流电源的质量和可靠性。质量和可靠性是衡量直流电源的两个重要指标，必须引起相关技术人员的高度重视[2]。

2 变电站内直流电源系统更换现状分析

我国的电力行业一直以来都缺乏专业的更换设备，这是困扰直流电源更换的一个关键因素。目前，一般使用转接箱进行直流电源更换作业[3]。然而，转接箱并不是专门针对直流系统更换而研发的，其功能性和效率性都达不到相应的标准和要求，且不能保障作业安全。在应急抢修时，大多数情况需要在野外工作，而传统的转接箱由于功能冗杂、体积较大以及重量较重，并不适合野外工作。因此，当前需要研发一款针对性强、功能完善、不冗余、体积小、重量轻以及便于携带的专用应急转接箱。

3 直流系统直流多支路快速接入箱研发策略

3.1 功能分析

电池充电管理界面具有一定的智能性和自动化性能，响应时间极短。同时，电池的利用周期较长，不需要频繁更换电池，此外自动告警机制大大增加了设备的安全性。当系统存在异常时，监控系统会自动产生警告。警告包含声音和光线两种报警方式。

3.2 系统参数

额定交流输入电压为3相380 V，±20%，50 Hz，±10%的双路电源供电。额定输出电压为220 V，额定输出电流为20 A，稳压精度≤0.2%，稳流精度≤0.5%，纹波系数≤0.1%。

3.3 技术路径

第一，该产品具有外形美观、体积小、便于维护、重量轻以及移动方便等特点，而且可以满足500 kV以内所有变电站的日常运行。第二，契合程度高。设备的稳压性能、稳流性能以及纹波性能都是根据变电站内变电直流屏的相关数据进行设计的，因此二者可以完全契合。第三，直流应急电源采用微机高频开关电源型产品。该设备配置220 V，20（40） A整流模块1（2）个，可借电插拔，方便更换为110 V、40 A模块，变成110 V直流系统。第四，设备具有极低的使用门槛，同时设备具有良好的人机交互能力，液晶显示屏上是全中文菜单，能够帮助工作人员实时掌握项目的状态，便于进行监控和管理。第五，系统能够实时监控装置的输出电压和电流等，并显示到液晶屏上，同时设备还具有电池管理功能，能够对电池进行有效管理。第六，设备具有告警机制和完善的记录功能。告警机制是当项目进行过程中出现可控范围外的故障时会自动发出警报。记录功能则是会将各种数据自动进行记录，支持查询系统历史故障记录。第七，在整流模块中可以实现液晶显示，具有均充、自主均流、浮充以及自动限流等功能。第八，使用双路交流电源设计装置作为工作电源，两路电源互为备用，直流输出断路器利用直流专用断路器[4]。

3.4 项目实施的主要措施

直流系统直流多支路快速接入箱箱体采用合金材料制作，箱体重量只有钢制件的30%，强度达到钢制件的两倍，满足了运输和搬运中的人员强度和设备使用适应性的要求。它充分利用人机工程学和材料学的成果，使得装置适应各种场所的使用和存储，此外加装保护电路和传感装置，充分保证了设备操作人员的人身安全，可以满足交流和直流多种需要。

3.5 应用前景

直流系统直流多支路快速接入箱的特点主要包括以下两个方面。一方面，通过实施和应用新装置，完全转变了人们对传统配电箱粗苯、简陋的印象，给人一种新潮和科技感，人机工程优秀，专用型操作简便。另一方面，目前无论是施工、维修还是检验都大量用到交直流配电箱，本装置的成功研制易于推广。

4 结 论

电能作为人们日常生活中接触最多的能源，在生活中扮演着极其重要的角色。我国电力行业在发展的过程中遗留下来一些历史问题，尤其是在变电站直流电源更换上，缺乏一种专业的、具有针对性的以及安全高效的装置。因此，本文创新性地研发出了一种变电站直流系统更换应急装置，通过对样机进行测试与总结，表明该装置性能优秀，能够有效保证变电站直流系统的更换，促进变电站的安全稳定运转。