|
 以蓄電池組為核心的傳統(tǒng)變電站直流系統(tǒng),，在核容放電過程中會出現(xiàn)蓄電池組并聯(lián)的情況,，此操作難度大，容易導(dǎo)致環(huán)流和誤操作的風(fēng)險,，嚴重威脅蓄電池的使用壽命,。針對這一缺陷,，國網(wǎng)浙江省建德市供電有限公司的研究人員蔣國臻、王嘉斌,、王森、毛榮,、徐澤政,，在2020年第5期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，提出用蓄電池并聯(lián)保護器對蓄電池組進行獨立的充放電管理，支持變電站直流系統(tǒng)的并聯(lián)應(yīng)用,，并提出了其在變電站直流系統(tǒng)的應(yīng)用方案,。若該技術(shù)得到大力推廣,，則能夠增強變電站蓄電池組的安全性，簡化蓄電池維護作業(yè)程序,，降低變電站的維護成本，具有廣闊的應(yīng)用前景,。
變電站的直流系統(tǒng)在電力,、通信,、信息領(lǐng)域均具有非常重要的作用,，能夠為控制信號,、繼電保護、自動裝置及事故照明等提供可靠的穩(wěn)定直流電源，為操作系統(tǒng)提供可靠的操作,。目前,，變電站的蓄電池是按一定的標(biāo)準(zhǔn)進行配備的：一般220kV變電站配備兩組蓄電池,，接線方式是一組蓄電池接一段母線,，母線之間由開關(guān)控制,，互為后備電源,；一般110kV及以下等級變電站僅配備一組蓄電池,。對于變電站，不管是配備一組蓄電池還是兩組蓄電池,，在核容放電過程中都需要接入備用電池,，出現(xiàn)兩組蓄電池直接并聯(lián)的情況。變電站直流系統(tǒng)操作規(guī)程中明確規(guī)定,，兩組電池壓差小于2V時才能進行短時間并聯(lián)切換,，操作難度較大，對操作人員的要求和依賴性較高,，存在誤操作的風(fēng)險,。本文通過對傳統(tǒng)變電站直流系統(tǒng)并聯(lián)方式的分析，提出了用變電站直流系統(tǒng)并聯(lián)保護器支持變電站直流系統(tǒng)的并聯(lián)應(yīng)用,，從而簡化了直流系統(tǒng)之間備用切換的流程,，降低了變電站的電力失效的風(fēng)險，提高了電力系統(tǒng)的安全性,。1 傳統(tǒng)變電站直流系統(tǒng)的并聯(lián)方式及存在的風(fēng)險以220kV變電站直流系統(tǒng)為例,，傳統(tǒng)的配置為直流屏1#接蓄電池組1#，直流屏2#接蓄電池組2#,，直流母線之間由開關(guān)控制,，在出現(xiàn)異常或維護過程中互為后備電源,，其配置如圖1所示,。在將直流系統(tǒng)2切換為直流系統(tǒng)1備用時，為了避免蓄電池組1#放電后與直流屏1#或蓄電池組2#回路壓差,，造成大電流對直流系統(tǒng)造成的損害,，需要控制母線合閘，直流屏1#退出,，蓄電池組1#退出,，由直流屏2#承擔(dān)直流系統(tǒng)1的后備電源供電的作用,。放電結(jié)束后，需要人工調(diào)節(jié)直流屏1#降低充電電壓,，逐步提升直流屏的輸出電壓,，對蓄電池組1#充電，充滿電后直流屏1#和蓄電池組1#重新接入系統(tǒng),，使控制母線和電源母線斷開,，恢復(fù)放電前原有系統(tǒng)的連接。
圖1 220kV變電站直流系統(tǒng)傳統(tǒng)配置圖在備用接入和備用退出時均會出現(xiàn)蓄電池直接并聯(lián)的情況,，操作人員必須保證直流系統(tǒng)的壓差小于2V時再進行短時并聯(lián),。當(dāng)兩組直接并聯(lián)的電池端電壓存在壓差時，會出現(xiàn)高電壓電池組向低電壓電池組放電,，產(chǎn)生一個環(huán)流,。蓄電池組內(nèi)阻差異越大，電壓差異越大,，環(huán)流也越大,。即使只是短時間的環(huán)流過程，也會嚴重影響到蓄電池的使用壽命,，甚至可能導(dǎo)致電池損壞。2 直流系統(tǒng)蓄電池組并聯(lián)保護器及安全性分析為消除傳統(tǒng)直流系統(tǒng)并聯(lián)時蓄電池組之間的環(huán)流問題,，本文設(shè)計一個并聯(lián)保護器對兩組電池進行完全獨立的充電管理系統(tǒng),，其實現(xiàn)原理如圖2所示。
圖2 直流系統(tǒng)并聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)原理圖將并聯(lián)保護器連接至直流屏及蓄電池組之間,，由直流屏提供直流輸入,，由并聯(lián)保護器控制蓄電池組的充電電壓及充電電流。每組電池配備相應(yīng)的控制系統(tǒng)進行獨立的充放電管理,。為保證在外部交流供電異常時,，使蓄電池組能夠及時對負載進行供電，在蓄電池與直流母線之間的連接采用單向器件直接連接,，以避免放電環(huán)流的影響,。并聯(lián)保護器是由CPU模塊作為核心處理器，外圍電路功能模塊包括充電功能模塊,、放電功能模塊,、接口模塊和電壓電流采集模塊。CPU模塊可以通過接口模塊輸入的電池信息,，采用脈寬調(diào)制（pulse width modulation, PWM）電路智能調(diào)節(jié)充電模塊對電池的充電電壓和充電電流,，CPU模塊可以對電壓電流采集模塊所采集的電流、電壓等信號進行處理,，實現(xiàn)對電池充電電壓和充電電流的精確控制,。在并聯(lián)保護器中的直流屏與蓄電池組之間接入IGBT（insulated gate bipolar transistor），通過PWM電路控制充電電壓和充電電流大小，對充電電流進行限制,。兩組蓄電池通過并聯(lián)保護器并聯(lián)連接時,，其充電通道并聯(lián)等效電路如圖3所示。當(dāng)端電壓較低的蓄電池組充電電流較大時,，控制系統(tǒng)會智能調(diào)節(jié)PWM1或PWM2的脈沖頻率,，降低對蓄電池組的電流輸入，阻止充電電流進一步增大,，避免大電流充電對蓄電池造成損傷,。
在進行充電限制之后，不管在何種條件下進行長時間并聯(lián),，均不會出現(xiàn)電池組大電流充電的情況,。在外部交流供電異常時，蓄電池組由連接在直流屏正極與蓄電池組正極之間的大功率二極管VD1/VD2無縫對負載進行供電,。放電通道并聯(lián)等效電路如圖4所示,。在電池組并聯(lián)時，即使兩組電池存在電壓差,，高電壓蓄電池組與低電壓蓄電池組之間也不導(dǎo)通,，不存在充電回路，故避免了環(huán)流現(xiàn)象的產(chǎn)生,。基于上述直流系統(tǒng)并聯(lián)技術(shù),，在變電站進行蓄電池維護過程中，可在直接進行母聯(lián)合閘后,，將待維護直流系統(tǒng)中并聯(lián)保護器的充電回路斷開,，使蓄電池在線進行放電。放電完成后再將電池組自動轉(zhuǎn)入充電狀態(tài),，由并聯(lián)保護器控制系統(tǒng)對充電電壓和充電電流進行有效的調(diào)節(jié),。例如：對測試蓄電池組進行0.1C的恒流充電，在蓄電池組充電達80%后再轉(zhuǎn)為恒壓充電,，最后進入涓流充電狀態(tài),，避免了大電流充電對蓄電池組的損傷；電池充滿電后直接斷開母聯(lián),，恢復(fù)正常連接,。本文介紹的并聯(lián)技術(shù)保證了蓄電池組在維護過程中直流系統(tǒng)的供電安全性，簡化了蓄電池組放電維護作業(yè)流程,。
3 直流系統(tǒng)并聯(lián)保護器的應(yīng)用在僅配備單組蓄電池的變電站中,，可以將原有的蓄電池組與直流母線之間接入1套并聯(lián)保護器，當(dāng)需要對電池組進行維護時,，斷開并聯(lián)保護器的充電回路即可進行在線核容放電試驗,，放電過程中電池仍可作為直流系統(tǒng)的備用電池,。對于單組電池變電站，可以利用本文并聯(lián)技術(shù),，另外增加1套并聯(lián)保護器和1組與原有蓄電池組電壓等級相同的蓄電池組接入直流母線,。特別是對于面臨退役的蓄電池組，在蓄電池組更換過程中,，可以由此新增蓄電池組作為后備電源,，如圖5所示。同時,，還可以一定程度上滿足變電站容量擴大的需求,，或延長變電站的供電時間，為交流供電的搶修爭取更多的時間,。對于配備了兩組蓄電池的變電站,，將原有的兩組蓄電池各增加1套并聯(lián)保護器。改進后的直流系統(tǒng)在互為備用,、母線刀閘閉合時,，直流母線的壓差即使超過2V也不會造成蓄電池組的損傷，從而簡化了蓄電池組放電維護作業(yè)的過程,，也增強了直流系統(tǒng)的安全性,，如圖6所示。隨著社會的發(fā)展和電力需求的變化,，變電站擴容,，變壓器臺數(shù)隨之增加，變電站內(nèi)的二次繼電保護和控制回路相應(yīng)增加,，對直流系統(tǒng)的容量需求不斷加大，蓄電池的容量也需要進行相應(yīng)的增加,。對于220kV的變電站,，如果將原有的兩組蓄電池直接全部更換為更大容量的蓄電池組，將會造成蓄電池的巨大浪費,。本文蓄電池并聯(lián)保護器的應(yīng)用在實現(xiàn)擴容的同時充分利用了原有的蓄電池資源,。變電站擴容改造方案如圖7所示。
圖5 雙組電池并聯(lián)應(yīng)用方案
圖6 兩套直流系統(tǒng)備用并聯(lián)方案
將原有的兩組蓄電池通過本文方法進行并聯(lián)使用,，形成容量更大的蓄電池系統(tǒng)接入直流母線1,。將另一個大容量的新蓄電池組及相應(yīng)的控制系統(tǒng)接入直流母線2。在運行幾年后,，待原有的兩組蓄電池到了使用壽命后,，再更換成新的大容量的蓄電池組，將提高蓄電池組的利用率,，降低電池采購成本,。本文提出了對直流蓄電池并聯(lián)保護器的應(yīng)用,，將蓄電池通過大功率二極管無縫向直流母線供電，同時避免兩組電池并聯(lián)產(chǎn)生環(huán)流對蓄電池組造成損傷,；通過IGBT器件對蓄電池的充電電壓和充電電流進行控制,，避免了蓄電池的大電流充電，在保護蓄電池充電安全的同時簡化了蓄電池維護過程,，增強了變電站直流系統(tǒng)運行過程中的安全性與可靠性,。本文所闡述的方法可以在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對不同等級的變電站進行簡單的升級改進，而不需要耗費大量的人力物力,，改造成本很低,，安全性能更高。該應(yīng)用如果在電力系統(tǒng)中得以推廣,，將能夠增強蓄電池的安全性,，簡化蓄電池維護作業(yè)程序，降低變電站的維護成本,，故而具有廣闊的應(yīng)用前景,。
|
