1 直流" title="直流">直流系統(tǒng)改造的目的和必要性
變電站" title="變電站">變電站內(nèi)的繼電保護(hù)、自動裝置,、信號裝置,、事故照明和電氣設(shè)備的遠(yuǎn)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(yùn)行和平穩(wěn)供電,。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,。煤氣化公司的供電系統(tǒng)始建于20世紀(jì)80年代初,，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(bǔ)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(yùn)較早,、運(yùn)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(yùn)行帶來了嚴(yán)重的威脅,。如某35 kV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(yùn)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(jì)運(yùn)行,，并實(shí)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)備一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(jìn)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(hù)蓄電池?fù)p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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足中原油田電力系統(tǒng)的需要,，急需進(jìn)行改造更換，才能保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行和平穩(wěn)供電,。而智能高頻開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">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(jì),，N+1熱備份方式，便于“四遙”等優(yōu)點(diǎn),，已在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。為了使煤氣化供電設(shè)備達(dá)到同行業(yè)先進(jìn)水平的目標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況,，在近幾年的變電站改造中直流系統(tǒng)設(shè)備采用目前先進(jìn)的智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng),。
2 智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的性能特點(diǎn)
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(jìn)行了考察，了解廠家的生產(chǎn)工藝,、規(guī)模和實(shí)驗(yàn)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(jì),，輸出標(biāo)稱電壓為220 V,，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(diǎn)：
(1)模塊化設(shè)計(jì),，N+1熱備,，可平滑擴(kuò)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(shí)施“四遙”及無人值守,。
(4)對蓄電池自動管理及自動維護(hù)保養(yǎng),，實(shí)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(hù)性均充,。
(5)具有電池溫度補(bǔ)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(jìn)口器件。
3 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。系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示,。
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,，在交流輸人出現(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40 kA,、響應(yīng)速度為25 μs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(jìn)口非接觸式直流微電流傳感器,，利用正負(fù)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(jī)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(jìn)行長期自動監(jiān)測,，獲取系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài),，根據(jù)測量數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時進(jìn)行處理，并以此為依據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)行控制,，實(shí)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(fù)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土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,、48 V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(jìn)行實(shí)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(hù),、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，24 h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,、控制不問斷電源。
4 直流系統(tǒng)設(shè)備改造中改進(jìn)的問題
(1)改進(jìn)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(shí)際情況進(jìn)行了改造,，使安裝更加容易,，布線更為合理，運(yùn)行更加可靠,。
(2)添加了蓄電池的放電電路,。
5 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)過近幾年來的運(yùn)行，技術(shù)指標(biāo)合理,，各項(xiàng)參數(shù)顯示正確,，操作方便、直觀,，自動化程度高,，維護(hù)工作量大幅度減少，設(shè)備保護(hù)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(hù),，設(shè)備運(yùn)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，保證了公司的連續(xù)化大生產(chǎn),，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(yùn)行，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)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(jī),、浮充機(jī)等噪音較大,，且無降溫措施，有的變電站浮充機(jī)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(jī)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(jìn)行維護(hù),、保養(yǎng),，還需要配備維護(hù)電池用的有關(guān)容器、儀表,、原料,、蒸餾鍋、蒸餾水等,。而改造后用的是免維護(hù)電池,，平時不需要進(jìn)行一系列的維護(hù)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(dá)0．9以上,，效率高達(dá)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焦炭生產(chǎn)損失,，如2005年年5月12日某35 kV變電所因直流系統(tǒng)故障造成越級跳閘,，全站失電，燒毀焦?fàn)t的管道,、儀器儀表等,，其經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)400多萬元；近幾年直流系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)各種故障給焦炭生產(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(jì)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48 V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48 V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。
6 結(jié)語
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(qiáng),，創(chuàng)新點(diǎn)多,，收到了良好的效果，取得了明顯的社會和經(jīng)濟(jì)效益,，為煤氣化的焦炭,、煤炭生產(chǎn)及其它負(fù)荷提供了可靠的電力保障。同時也為變電站實(shí)現(xiàn)自動化奠定了基礎(chǔ),。