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,，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,。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

　　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：

　　(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(hù)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(hù)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(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(jìn)行處理,，并以此為依據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)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(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)場實際情況進(jìn)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,。

　　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(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(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，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,。同時也為變電站實現(xiàn)自動化奠定了基礎(chǔ),。