变电站直流系统的改造

摘要：对运行的常规变电站进行综合自动化改造，直流系统的搬迁改造工程危险而艰巨，每一步施工方案的实施如履薄冰。本文以220kV五常变电站直流系统搬迁改造为例，探讨常规变电站自动化改造中的直流施工，并为老站综自改造施工提供借鉴经验。关键词：直流系统方案措施引言哈尔滨电业局220kV五常变电站是黑龙江电网的重要变电站，连黑龙江电网与吉林省电网，担负着黑、吉电网的功率交换和五常地区的供电任务。自1976年12月10日投运以来，已安全运行30余年。随着电网的飞速发展，常规变电站的综合自动化改造已势在必行。为了配合五常变的综自改造，保持综自系统设备就位的完整性，需将现运行的直流系统拆除并新投5面直流柜。其安全的、合理的、经济的、先进可行的改造，为今后变电所的综自改造提供了宝贵的借鉴经验。一、现状分析1、存在的问题220kV五常变电站自投运以来，先后历经五常-哈西变，五常-哈东变、五常-阿南变改造扩建、2号主变系统更换、全站保护版本升级改造扩建及间隔调整工程。直流系统错综复杂，接线混乱。主要存在以下问题：1、保护电源与控制电源未分开；2、合闸回路串接；3、没有专用远动装置、逆变装置电源；4、单馈路供电不符合反措要求。直流系统为变电站的控制、信号、继电保护装置、自动装置和断路器操作提供可靠的工作电源，它的稳定运行直接关系着一、二次设备的安全性和可靠性。从以往因直流系统故障引发的设备严重损坏及电网大面积停电的恶性事故中，不难看出直流系统搬迁改造工程每一步施工方案的实施如履薄冰，施工安全压力重重。2、直流系统运行状况五常变直流系统为哈尔滨九洲电力设备制造有限公司生产，型号：GZD(W)系列。采用双重化配置，直流充电屏、馈线屏、蓄电池各两套，配置相同。每一套均配备完善的直流控制、合闸电源，闪光装置、直流绝缘监视装置，直流电压监视回路、蓄电池监视检测回路。一组蓄电池接线方式为单母线分段。直流馈线屏的动力馈线和控制馈线分开配置，动力馈线8回，控制馈线12回。高频电源模块配置采用N+1模式，运行可靠。事故照明回路单独组屏，直流两路母线在任何运行方式下均能实现自动切换。I段直流馈线屏共计11条馈线：1、主控制室控制电源（一）；2、主控制室信号电源（一）；3、主变保护直流电源（一）；4、220KV母差I直流电源；5、220KV保护直流电源一；6、载波室直流电源二；7、关口表I电源；8、中央信号直流监视；9、远动直流监视I；10、220KV合闸电源I；12、10KV合闸电源ⅠⅡ段直流馈线屏共计12条馈线：1、主控制室控制电源（二）；2、主控制室信号电源（二）；3、主变保护直流电源二；4、220KV母差直流电源二；5、220KV保护直流电源二；6、关口表II电源；7、远动直流电源；8、电度表切换电源；9、远动直流监视二；10、220KV合闸电源Ⅱ；11、事故照明直流电源；12、10KV高电室直流电源二3、与直流系统相关的二次回路两段380V交流电源输入分别由1＃、2＃所用变380V配电室1＃柜、5＃柜引至I段充电屏，再并接至II段充电屏。蓄电池安装在主控楼一楼蓄电池室。每组105只，单体电压2伏，蓄电池容量500AH。蓄电池电缆分别引至I、II段直流馈线屏。I、II段直流馈线分裂运行，主要由I段直流馈线屏带全站负荷4、施工的可行性正常运行方式下，两个直流馈线屏单独运行，各带各自的负荷。合闸电源回路、主控室控制、信号电源回路均设置有联络刀闸。主变保护、各电压等级保护装置电源可以通过敷设临时电缆的方式保证不影响设备运行。综上所述，具备直流系统I段运行的条件，搬迁改造工程可以实施。二、施工方案及过程工程概述直流系统转移分两阶段进行，第一阶段对新两组蓄电池进行核对性放电，检查电池容量。然后进行主充电，保证即将投入运行的蓄电池电量充足。将Ⅱ段直流负荷转移至Ⅰ段直流系统。拆除Ⅱ段直流充电屏、馈线屏。进行新2号充电屏及馈电屏安装调试完成后，将由Ⅱ段直流系统带全站直流负荷。第二阶段拆除Ⅰ段直流系统，安装新1号充电屏及馈线屏，安装分电屏一块。将原控制屏、保护屏的屏顶直流小母线取消，将220KV保护及操作直流和主变直流由两个馈线屏单独控制开关供电，将66KV与10KV保护及控制直流由分电屏单独控制开关供电。三、改造后直流系统的运行方式五常变直流系统经改造后，保护电源与控制电源分离，合闸回路串接问题得到解决，增设了专用的远动装置、逆变装置电源，馈出负荷改为双回路供电，实现了220KV保护配置所要求的每套保护分别动作于断路器的一组跳闸线圈的原则。同时直流变电站直流系统的改造郭慧莉王岩李庆斌哈尔滨电业局运行三工区哈尔滨150200下转P227230SCIENCE&TECHNOLOGYFORDEVELOPMENT中国高技术产业发展促进会ChinaHigh-TechIndustryPromotionSociety油田、矿山、电力设备管理与技术线的串联级联模式，本研究认为可以在现成的先进模式的基础上克服功率较大的相控整流器对电源输入端的干扰和影响，这样对于降低能耗来说意义也较大。例如采用如下图所示的高频双向变换串并联补偿电路结构该系统的组成部分是两个可双向变换的高频逆变器。图中显示的高频逆变器Ⅰ是一个电流源，其并联在主回路上，主要功能就是过滤进入负载的无功电流和谐波电流，这样才能够及时对电网电压的变化进行补偿。这种补偿随着电压的输入输出比而产生不同的作用，输出功率的正极性补偿很多，所以要设法弥补这方面的落差，上图可知，逆变器Ⅱ并接于负载两端稳定输出电压作为一个电压源其作用是保证向负载提供纯净的正弦波电压。分为几种情况，逆变器Ⅰ输出功率正极性补偿的时候，另外一个逆变器在这个时刻从电网中吸收电流并逆向变换给逆变器Ⅰ，逆变器Ⅰ的反极性补偿是有若干条件的，是需要再吸收公里的情况下发生的，那么这种情况下另外一个逆变器Ⅱ将逆变器Ⅰ吸收的功率正向变换用电流方式再转送给负载，逆变器在这个过程中对于电压的控制比较强力，能够对中间储能形成较大的影响，而且在此过程中也一并完成了充电的过程，充电能够使得电压保持恒定，保护整个过程不受影响或是破坏。逆变器Ⅱ在另外方面还要进行负载端的无功电流和谐波电流的补偿，能够确保负载端电流谐波成分不传送到输入端。高频双向变换串并联补偿电路既可以对电流正常化实现输入，又可以提高系统的运行效率，因为其工作可以使输入功率因数为1或者其他值。此种UPS系统接入电网不仅不会使电网的无功功率增加，还会对电网进行适后会出现这种情况，直接的影响就是引起线路过热加速绝缘介质的老化，导致绝缘破坏。而这样就会引起电网中线路损耗急剧增加，对于电网的经济运行很不利。所以线路中存在的大量谐波，这些谐波经常导致设备的不正常运转，或是也会对操作过程产生干扰，这些干扰使得操作失灵或是失误，谐波的干扰在很大程度上对于通信系统的影响极大，通信系统在干扰过程中信号的质量大量降低，就形成了飞正常的传输，而且有时候这样的传输会对信号产生破坏或是影响。低功率的因数将导致电压下降，电气设备得不到充分的利用，大量的无功电流在线路上流动占用了线路资源，降低了线路传输有功电流的能力，增加附加损耗，降低发电、输电及用户用电设备的使用效能。三、减少UPS系统对电网影响的措施正因为UPS系统对电网有很大的影响，所以要尽量重视减少其对电网的影响。高谐波含量、无功损耗等方面的降低对于电网来说可以降低很大的经济运行成本。当然降低这种损耗的大小方法很多，比如根据系统功率的大小不同、电路结构的不同可以采取不同的措施和方法。1、传统的大功率UPS系统整流器大都采用晶闸管相控整流电路，在以往的系统过程中，滤波器抑制谐波抑制固定的谐波来进行补偿固定的无功功率。针对无源滤波器的上述缺点笔者认为应该有新的思路，运用大功率UPS系统输入侧加装有源滤波器对谐波和无功功率进行补偿地方法。2、UPS系统电路对于降低电网的能耗意义重大，而其采用高频整流技术相对来说技术难度不大，就是通过高频脉冲宽度调制技术输入，而此输入电流和输入电压相位相同，就可以对降低电网能耗起到作用，而且一般而言，如果可以产生频率足够高的载波，就可以利用线路的杂散电感和很小的电容进行滤波，实现输入电流正弦化。3、当然，在系统的结构上也可以进行改进，这种改进可以避免传统的双变换在系统负荷均衡分配在I、II段，改变了改造前主要由I段直流馈线屏带全站负荷的状况，彻底解决了搬迁改造前存在的安全隐患，使直流系统运行方式趋于合理，满足了直流系统及继电保护的反措要求。四、结束语通过对直流系统的改造，保持了五常变综自系统设备就位的完整性，改造后的直流系统更加安全可靠，既为保证五常变设备的安全运行起到至关重要的作用，也为本站后期的综自改造工程打下坚实的安全基础，提供了宝贵的借鉴经验。上接P230量的无功调节。所以小功率的UPS系统采用的一般是功率因数校正器整流器和脉冲宽度调制整流器及其相应的控制技术，而大中功率的UPS系统则适合采用高频双向变换串并联补偿电路结构。四、结束语这样看来，UPS系统对于电网的供电质量的决定因素是非线性特性，而当然其他的因素影响也相对有一些，但是没有非线性因素那么大。在采取提高功率的方法的时候，应该大力的设计出对UPS系统输入侧电流波形进行校正或补偿的方法，使其在负荷侧呈现线性负载特性。不过很多时候使用各种方法仍然不能完全正确的预估，也没有办法做到零误差，因为UPS系统本质特性中有不稳定的性质，而且现今使用的各种方法还不能完全实现输入的电流与电压保持完整的正弦波形。参考文献电力电子变流技术.上海交通大学出版社，1993.北京地区电气规程汇编.中国城市出版社，2000.电工学原理.北京机电工业出版社，1997.低压电力技术规程.中国水利电力出版社，1998.UPS系统维护与使用说明书.北京易达新电源设备有限公司，2008.227SCIENCE&TECHNOLOGYFORDEVELOPMENT中国高技术产业发展促进会ChinaHigh-TechIndustryPromotionSociety油田、矿山、电力设备管理与技术