簡介： 變電站內(nèi)的繼電保護、自動裝置,、信號裝置,、事故照明和電氣設(shè)備的遠距離操作，一般采取直流電源,，所以直流電源的輸出質(zhì)量及可靠性直接關(guān)系到變電站的安全運行和平穩(wěn)供電,。

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變電站內(nèi)的繼電保護、自動裝置,、信號裝置,、事故照明和電氣設(shè)備的遠距離操作，一般采取直流電源,，所以直流電源的輸出質(zhì)量及可靠性直接關(guān)系到變電站的安全運行和平穩(wěn)供電,。

直流系統(tǒng)改造的目的和必要性

變電站的直流系統(tǒng)被人們稱為變電站的“心臟”，可見它在變電站中是多么的重要,。中原油田的電力系統(tǒng)始建于上世紀(jì)70年代末,，因受當(dāng)時技術(shù)條件的限制，陸續(xù)建起的變電站直流系統(tǒng)設(shè)備有的為硅整流電容補償直流電源,，有的為帶有鉛酸蓄電池的KGCA—50/98～360,、KGCFA—75/200～360型硅整流直流電源，有的為BZGN—20/220型鎘鎳電池直流屏,。部分投運較早,、運行時間較長的變電站直流設(shè)備老化嚴(yán)重，給變電站的安全,、可靠運行帶來了嚴(yán)重的威脅,。如某110kV變電站就曾因直流系統(tǒng)故障，造成越級跳閘,，導(dǎo)致全站失電的惡性事故,。其它各站雖未發(fā)生大的事故，總因直流系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生問題,，缺陷較多,，有的缺陷無法處理，致使直流系統(tǒng)長期處于“帶病”運行狀態(tài),，導(dǎo)致給用戶無法正常供電,。

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，為提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量,，使電網(wǎng)安全,、經(jīng)濟運行,，并實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化，從而對電力控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備—控制電源的要求也越來越高,。而原來的直流設(shè)備均采取傳統(tǒng)的相控電源,，效率低、紋波系數(shù)大,，在電磁輻射,、熱輻射、噪聲等方面都不盡人意,。另外,，監(jiān)控系統(tǒng)不完善，采取1+1備份方式,，對二次電路越來越先進的儀器儀表,、控制、自動化設(shè)備很難滿足其技術(shù)要求,。此外由于相控電源浮充電壓易波動,，會出現(xiàn)蓄電池脈動充放電現(xiàn)象，對免維護蓄電池損害極大,，影響電池壽命,。加之其它設(shè)備改造和新設(shè)備的投入，原來的相控電源已遠遠不能滿足中原油田電力系統(tǒng)的需要,，急需進行改造更換,，才能保證電氣設(shè)備的安全運行和平穩(wěn)供電。而智能高頻開關(guān)電源由于其體積小,，重量輕,，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)越，模塊化設(shè)計,，N+1熱備份方式,，便于“四遙”等優(yōu)點，已在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。上世紀(jì)90年代以后，國外先進工業(yè)國家新建或改造電廠和變電站已全部采用高頻開關(guān)電源,，其蓄電池亦全部采用免維護蓄電池,。為了實現(xiàn)中原油田電網(wǎng)設(shè)備達到同行業(yè)先進水平的目標(biāo)，根據(jù)電網(wǎng)實際情況,，直流系統(tǒng)設(shè)備改造采用目前先進的智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng),。

智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的性能特點

為了保證智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的質(zhì)量，我們組織了多名技術(shù)人員對多個生產(chǎn)廠家進行了考察,，了解廠家的生產(chǎn)工藝,、規(guī)模和實驗測試手段等情況,，經(jīng)過“貨比三家”后，技術(shù)改造決定使用GZDW—200/220型操作電源,。它是專為電力系統(tǒng)研制開發(fā)的新型“四遙”高頻開關(guān)電源,，采取高頻軟開關(guān)技術(shù)，模塊化設(shè)計,，輸出標(biāo)稱電壓為220V,，配有標(biāo)準(zhǔn)RS?232接口，易于與自動化系統(tǒng)對接,，適用于各類變電站,、發(fā)電廠和水電站使用。此設(shè)備有下列性能特點：

1)模塊化設(shè)計,，N+1熱備,，可平滑擴容。

2)監(jiān)控功能完善,，高智能化,，采取大屏幕液晶漢字顯示，聲光告警,。

3)監(jiān)控系統(tǒng)配有標(biāo)準(zhǔn)RS?232接口,，方便接入自動化系統(tǒng)，實施“四遙”及無人值守,。

4)對蓄電池自動管理及自動維護保養(yǎng),，實時監(jiān)測蓄電池組的端電壓，充,、放電電流,，自動控制均、浮充以及定期維護性均充,。

5)具有電池溫度補償功能,。

6)模塊可帶電插拔，更換安全方便,。

7)降壓方式采取新型高頻軟開關(guān)無級雙向調(diào)壓,，摒棄傳統(tǒng)硅堆降壓方式，輸出電壓精度高,，動態(tài)響應(yīng)速度快,。

8)采用最新軟開關(guān)電源技術(shù)，采用進口器件,。

智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的組成及各部分作用

智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)由交流配電,，絕緣檢測，監(jiān)控模塊,、整流模塊,、調(diào)壓模塊,，直流饋電等組成。

交流配電為系統(tǒng)提供三相交流電源,，監(jiān)測三相電壓,、電流及接觸器狀態(tài);判斷交流輸入是否滿足系統(tǒng)要求，在交流輸入出現(xiàn)過壓,、欠壓,、不平衡時自動切斷有故障的一路，并切換到另一路供電,，系統(tǒng)發(fā)出聲光告警,。裝有每相通流量40kA、響應(yīng)速度為25μs的三相避雷器,，能有效地防止雷擊對設(shè)備造成的損壞,。

絕緣監(jiān)測采用進口非接觸式直流微電流傳感器，利用正負母線對地的接地電阻產(chǎn)生的漏電流,，來測量母線對地的接地電阻大小,，從而判斷母線的接地故障。這一技術(shù)無須在母線上疊加任何信號,，對直流母線供電不會有任何不良影響,，徹底根除由直流母線對地電容所引起的誤判和漏判，對于微機接地監(jiān)測技術(shù)是一重要突破,。

監(jiān)控模塊是整個直流系統(tǒng)的控制,、管理核心，其主要任務(wù)是對系統(tǒng)中各功能單元和蓄電池進行長期自動監(jiān)測,，獲取系統(tǒng)中的各種運行參數(shù)和狀態(tài),，根據(jù)測量數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)實時進行處理，并以此為依據(jù)對系統(tǒng)進行控制,，實現(xiàn)電源系統(tǒng)的全自動精確管理,，從而提高電源系統(tǒng)的可靠性，保證其工作的連續(xù)性,、安全性和可靠性,。具有“遙測、遙信,、遙控,、遙調(diào)”四遙功能，配有標(biāo)準(zhǔn)RS?232接口,，方便納入電站自動化系統(tǒng)

整流模塊為合閘母線、控制母線提供正常的負荷電流,，本身具有LCD漢字顯示,、操作鍵盤,，模塊工作狀態(tài)和工作參數(shù)一目了然，可以帶電插拔,，具有軟件較準(zhǔn),，自主均流、ZVS軟開關(guān)技術(shù),。

調(diào)壓模塊無論合閘母線電壓如何變化,，輸出電壓都被穩(wěn)定控制在220(1±0.5%)V，具有帶電拔插技術(shù),、軟開關(guān)技術(shù)和雙向調(diào)壓特性,。

直流饋電設(shè)有控制輸出、合閘輸出,、電池輸入,、閃光、事故照明,、48V電源輸出等,。控制母線有三種途徑供電,，確?？刂颇妇€供電安全可靠。配有智能直流監(jiān)控單元,，可測量母線電壓,、電流及開關(guān)狀態(tài)等。

電池巡檢儀對電池電壓進行實時監(jiān)測,，將信息及時反饋到監(jiān)控模塊,。

蓄電池全密閉、免維護,、無污染,、無腐蝕，任何方向可放置使用,，使用溫度范圍寬(-40℃～60℃);深放電至零伏,，24h內(nèi)充電可恢復(fù);可大電流放電，起動電流大,，自放電率極低,，具有安全防爆排氣系統(tǒng)，是理想的操作,、控制不間斷電源

直流系統(tǒng)設(shè)備改造中改進的問題

1)改進了新設(shè)備直流饋出線部分的不合理布置,。為節(jié)省投資，我們利用原來直流系統(tǒng)的控制、信號及合閘電路的出線,，但與新設(shè)備饋出線的位置及大小都不相適應(yīng),，為此，我們對新設(shè)備直流饋出線部分按現(xiàn)場實際情況進行了改造,，使安裝更加容易,，布線更為合理，運行更加可靠

2)添加了蓄電池的放電電路,。

3)結(jié)合中原油田電網(wǎng)實際,，對設(shè)備出廠時參數(shù)設(shè)置的不適應(yīng)之處進行了改變，保證設(shè)備運行后更加可靠,。

4)對閃光繼電器等電氣元件安裝位置進行了調(diào)整,。原元件安裝位置不盡合理，損壞后不便維護,、更換,，改造后的位置便于維護，省時省力,。

5)對模塊監(jiān)控單元,、直流監(jiān)控單元、交流監(jiān)控單元進行了改進,，增加了防護蓋以防短路,、灰塵進入等。

智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)應(yīng)用情況

改造后的直流系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)過兩年來的運行,，技術(shù)指標(biāo)合理,，各項參數(shù)顯示正確，操作方便,、直觀,，自動化程度高，維護工作量大幅度減少,，設(shè)備保護功能齊全,，能可靠動作。反映故障及時且準(zhǔn)確無誤,，對電池能自動管理無須專人維護,，設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，從未發(fā)生影響正常供電的現(xiàn)象,。

改造后的直流系統(tǒng)與原來的直流系統(tǒng)相比較,，性能穩(wěn)定，精度高,，安全,、可靠，保證了油田的油氣生產(chǎn)，居民生活及醫(yī)院,、道路等的用電,，降低了噪音，改善了值班人員的工作環(huán)境,，確保了變電設(shè)備安全可靠運行，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益,，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)原來的相控電源紋波系數(shù)大,，其輸出含有的交流成份較大。尤其是趙村變電所最為明顯,，交流成份含量更高,，對二次設(shè)備影響最大，造成二次設(shè)備誤動,、損壞,、甚至有的設(shè)備無法正常工作。而改造后的智能高頻開關(guān)電源紋波系數(shù)很小,，輸出特別穩(wěn)定,。

2)原來的相控電源采用硅堆調(diào)壓，硅降壓響應(yīng)速度慢,，反應(yīng)時間為幾十毫秒,，輸入電壓突變時在輸出上會產(chǎn)生很大的沖擊，因沖擊不穩(wěn)定而易燒壞二次設(shè)備,。而改造后的高頻開關(guān)電源采用無級調(diào)壓方式,，響應(yīng)速度快，輸入電壓突變時,，模塊在200μs內(nèi)調(diào)整完成,，過沖小于5%。

3)原來的相控電源充電機,、浮充機等噪音較大,，且無降溫措施，有的變電站浮充機發(fā)熱嚴(yán)重,。而改造后的智能高頻開關(guān)電源噪音小,，模塊采用優(yōu)質(zhì)風(fēng)機降溫，保證了模塊元器件正常工作,，使值班人員的工作環(huán)境大大改善,。

4)原來用的是鉛酸電池或鎘鎳電池，既需要專門設(shè)置蓄電池工進行維護,、保養(yǎng),，還需要配備維護電池用的有關(guān)容器、儀表、原料,、蒸餾鍋,、蒸餾水等。而改造后用的是美國“理士”免維護電池,，平時不需要進行一系列的維護工作,，減少了人力物力。

5)原來的相控電源功率因數(shù)低,，一般在0.7以下,，效率在60%左右，而改造后的智能高頻開關(guān)電源功率因數(shù)達0.9以上,，效率高達94%以上,。

6)原來的相控電源經(jīng)常出現(xiàn)故障，有時因無法操作送電而造成原油生產(chǎn)損失,，如1997年9月23日某110kV變電所因直流系統(tǒng)故障造成越級跳閘,，全站失電，燒毀35kV線路3公里,，其經(jīng)濟損失高達400多萬元;近幾年直流系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)各種故障給油氣生產(chǎn)造成了很大的損失,，同時也給居民用戶生活帶來不便、給工業(yè)用戶帶來巨大的經(jīng)濟損失,。而改造成智能高頻開關(guān)電源后,，直流系統(tǒng)至今未發(fā)生任何事故，供電更加可靠

7)改造后的智能高頻開關(guān)電源具有48V電源出口,，為變電站的通訊網(wǎng)絡(luò)等提供了電源,，不必另外購置專門的48V電源，減少了設(shè)備的投資和占用空間

8)改造后的控制母線有下述三種途徑供電,，確保了控制母線供電安全可靠,，做到了萬無一失。

—在交流電正常時,，控制母線可由整流模塊直接供電;

——在交流失電時,，由降壓模塊供電;

——從電池90%電壓處通過二極管供電到控制母線。

由于改造后的智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)性能穩(wěn)定,，精度高,，安全、可靠性更強,，創(chuàng)新點多,，收到了良好的效果，取得了明顯的社會和經(jīng)濟效益,，為中原油田的油氣生產(chǎn)及其它負荷提供了可靠的電力保障,。同時也為變電站實現(xiàn)自動化奠定了基礎(chǔ),。