［摘要］ 簡(jiǎn)要地介紹了目前220kV變電所設(shè)計(jì)中普遍采用的直流系統(tǒng)的接線方案及直流系統(tǒng)中采用的設(shè)備。并將可控硅整流裝置與高頻開(kāi)關(guān)整流裝置作比較，探討高頻開(kāi)關(guān)電源在直流系統(tǒng)的應(yīng)用。
［關(guān)鍵詞］ 直流系統(tǒng) 可控硅整流 高頻開(kāi)關(guān)電流 變電所
1 引言：
變電所的繼電保護(hù)、控制、信號(hào)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、事故照明、交流不間斷電源等直流負(fù)荷極為重要，對(duì)供電的可靠性要求很高，所以直流系統(tǒng)的可靠性是保障變電所安全運(yùn)行的重要條件之一。
要保障直流系統(tǒng)可靠地運(yùn)行，首先必須有一個(gè)可靠的直流接線方案；其次，要合理選擇直流系統(tǒng)中采用的設(shè)備。目前對(duì)于直流系統(tǒng)的構(gòu)成設(shè)計(jì)上一般按以下原則實(shí)現(xiàn)：
(1)在滿足供電可靠的前提下，接線盡可能簡(jiǎn)單，設(shè)備盡可能簡(jiǎn)化且維護(hù)工作量盡可能小；
(2)選用的設(shè)備應(yīng)先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)合理。
2 當(dāng)前直流系統(tǒng)選型：
2.1 直流系統(tǒng)接線方式：
目前新建的220kV～500kV變電所一般采用單母線分段接線。該接線方式較雙母線接線所需設(shè)備少，且接線簡(jiǎn)單、清晰，能方便地形成兩個(gè)互不聯(lián)系的環(huán)形供電網(wǎng)，每個(gè)環(huán)的電源回路接到兩段母線上，能有效地提高直流系統(tǒng)的供電可靠性。為了簡(jiǎn)化接線且減少對(duì)直流系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作量，近年的設(shè)計(jì)均采用無(wú)端電池的直流系統(tǒng)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，該接線方式能滿足可靠性的要求。
2.2 直流系統(tǒng)電壓：
目前的220kV變電所大多采用集中控制的方式，且所內(nèi)高壓斷路器多采用彈操或液壓操作機(jī)構(gòu)，無(wú)需大的直流動(dòng)力合閘電源，所以滿足控制回路電壓降低的要求成為決定直流系統(tǒng)工作電壓的主要因素，故從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上考慮，強(qiáng)電直流系統(tǒng)的工作電壓宜選用220V。
2.3 蓄電池的選擇：
以前，在電力系統(tǒng)中廣泛使用的蓄電池有：鉛酸蓄電池、防酸隔爆式鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池等，而使用最多的是鉛酸蓄電池。隨著蓄電池制造技術(shù)的不斷改進(jìn)，新型的閥控式鉛酸蓄電池于由具有以下特點(diǎn)而在電力系統(tǒng)中逐步得到了廣泛應(yīng)用：
(1)對(duì)建筑物要求簡(jiǎn)單，蓄電池布置在一般建筑物內(nèi)即可，不需設(shè)調(diào)酸室等附屬設(shè)施。
(2)維護(hù)工作量少，在壽命期內(nèi)不需要加液，正常情況下可不進(jìn)行均衡(補(bǔ)充)充電。
(3)正常使用的閥控式蓄電池其壽命要高于防酸式鉛酸蓄電池，與隔鎳蓄電池相當(dāng)。
(4)閥控式蓄電池開(kāi)路電壓較高，相應(yīng)所選用的終止電壓也較高，但由于其良好的初放電性能，即使在較高的終止電壓下，其選擇容量也不大于其它類型的鉛酸蓄電池。
目前，生產(chǎn)閥控式鉛酸蓄電池的廠家較多，且良莠不齊。因此，選擇上應(yīng)充分考慮其生產(chǎn)廠的生產(chǎn)能力和業(yè)績(jī)、產(chǎn)品的價(jià)格和性能、產(chǎn)品的檢測(cè)和數(shù)據(jù)等因素。
2.4 電源系統(tǒng)的選擇：
2.4.1 可控硅整流裝置：
廣西電力系統(tǒng)近年新建的220kV變電所直流電源大多選用全自動(dòng)閥控式鉛酸蓄電池直流電源成套裝置，該裝置的充電和浮充電設(shè)備采用硅整流裝置，除了可以自動(dòng)完成蓄電池的充電、均衡充電和浮充外，還可以實(shí)現(xiàn)從調(diào)度端發(fā)來(lái)的遠(yuǎn)方控制。成套裝置采用的KVCA型整流器，具備浮充電、均衡充電、穩(wěn)流充電三種功能，具有良好的限流、過(guò)流和短路保護(hù)及報(bào)警指示。
2.4.2 高頻開(kāi)關(guān)整流裝置：
高頻開(kāi)關(guān)電源作為目前可控硅、磁飽和類直流電源的換代產(chǎn)品，是采用多個(gè)高頻開(kāi)關(guān)模塊并聯(lián)組成直流充電浮充電裝置。它具有以特點(diǎn)：
(1)體積小、重量輕、容量大。
(2)技術(shù)指標(biāo)高，模塊本身能承受多次或長(zhǎng)時(shí)間短路沖擊；系統(tǒng)穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度均≤1，充電、浮充電裝置紋波系數(shù)≤0.3
(3)N 1備份，經(jīng)濟(jì)性能好，可靠性高。模塊化的充電設(shè)備采用N 1備份方式，即所需充電電流由N個(gè)模塊提供即能滿足要求時(shí)，由N 1個(gè)模塊供電。因采用自動(dòng)均流措施，故所需電流由N 1個(gè)模塊平均分配。充電中任何一個(gè)模塊故障都不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。
(4)模塊自動(dòng)均流，充電電流連續(xù)可調(diào)。
(5)模塊可任意并聯(lián)，冗余配置且可在線操作。
(6)隔離性好，設(shè)有完善的自我保護(hù)系統(tǒng)。
(7)功率因素高(＞0.90)，效率高(＞90)。
在過(guò)去較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，由于受器件和開(kāi)發(fā)難度等方面因素限制，高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)一直徘徊在低電壓(48V以下)、大電流(通訊電源、計(jì)算機(jī)電源等)水平上，未能涉足220V直流系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著閥控式蓄電池的出現(xiàn)，對(duì)直流系統(tǒng)中充電設(shè)備的性能要求越來(lái)越高。高頻開(kāi)關(guān)電源模塊構(gòu)成的直流充電裝置所提供的高性能，為這類新型電池的應(yīng)用提供了可靠的保障。
3 高頻開(kāi)關(guān)整流裝置與傳統(tǒng)可控硅整流裝置在系統(tǒng)可靠性等方面的比較：
傳統(tǒng)可控硅直流充電裝置當(dāng)其發(fā)生故障時(shí)，需將整臺(tái)充電裝置退出運(yùn)行后再進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)和檢修，降低了系統(tǒng)的可靠性。而高頻開(kāi)關(guān)整流裝置其充電模塊是完全的模塊化結(jié)構(gòu)，在實(shí)際運(yùn)行中，N 1個(gè)模塊同時(shí)投運(yùn)，自動(dòng)均流，互為熱備份。當(dāng)系統(tǒng)中某一電源模塊故障時(shí)，故障模塊自動(dòng)退出，非故障模塊重新均流繼續(xù)運(yùn)行。故障模塊可帶電更換，無(wú)需整臺(tái)充電裝置停電，且作為N 1備份，可自動(dòng)將備份模塊投入。另外，有些廠家的電源模塊采用三相無(wú)中線輸入方式，避免了有中線輸入時(shí)由于中性點(diǎn)漂移而引起的相電壓不平衡，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。故障頻開(kāi)關(guān)電源在可靠性、安全性等方面具有較突出的優(yōu)點(diǎn)。
隨著電力系統(tǒng)逐步采用閥控式鉛酸蓄電池，對(duì)充電設(shè)備的要求越來(lái)越高：為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，要求充電設(shè)備有較低的紋波電壓和穩(wěn)定的輸出電壓；穩(wěn)定和準(zhǔn)確的蓄電池浮充電流，保證蓄電池不能被長(zhǎng)時(shí)間過(guò)充電；盡可能減少安全閥動(dòng)作次數(shù)。高頻開(kāi)關(guān)電源由于動(dòng)作響應(yīng)速度較快，即使電網(wǎng)電壓變化±20，也能保證浮充電流穩(wěn)定，不會(huì)造成蓄電池過(guò)充電。高頻開(kāi)關(guān)電源直流輸出端能承受長(zhǎng)時(shí)間短路或多次短路沖擊，且短路電流來(lái)會(huì)過(guò)沖。這一點(diǎn)對(duì)蓄電池事故深度放電或多次大電流放電后再充電時(shí)尤其重要。高頻開(kāi)關(guān)電源水的紋波系數(shù)，能保證目前電力系統(tǒng)中大量使用的微機(jī)繼電保護(hù)裝置不易造成誤動(dòng)作或整定值發(fā)生偏差。不足之處是：高頻開(kāi)關(guān)電源價(jià)格與常規(guī)微機(jī)直流電源價(jià)格相比有一定差距，而且負(fù)荷重時(shí)發(fā)熱較厲害，需采用強(qiáng)迫風(fēng)冷(溫控)或自然冷卻的方式。
由于高頻開(kāi)關(guān)電源所組成的直流系統(tǒng)具有傳統(tǒng)可控硅整流充電裝置所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，所以它在郵電通訊系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用(國(guó)家郵電通訊系統(tǒng)已全部淘汰可控硅整流直流系統(tǒng)，采有高頻開(kāi)關(guān)電源)。隨著技術(shù)的發(fā)展和可靠性的提高，基于微機(jī)型高頻開(kāi)羊直流電源系統(tǒng)優(yōu)越的技術(shù)性能以及國(guó)外該類技術(shù)產(chǎn)品的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，它將在電力直流系統(tǒng)中具有強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
4 結(jié)束語(yǔ)：
高頻開(kāi)關(guān)電源直流系統(tǒng)雖然價(jià)格比傳統(tǒng)同類產(chǎn)品略高，但由于它在占用空間、備份方式和自動(dòng)化程度以及優(yōu)良的技術(shù)指標(biāo)等方面的特點(diǎn)，仍具有良好的價(jià)格性能比和廣闊的發(fā)展前景。因此，在新建變電所直流系統(tǒng)選型中，在綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況后，可逐步采用，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，使這一新技術(shù)能早日為電力系統(tǒng)的發(fā)展發(fā)揮更大作用。
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