變電站交直流一體化電源的解決方案

1 引言

? 站用電源是變電站安全運行的基礎，隨著變電站綜自化程度的越來越高以及大量無人值班站投運，相應提高站用電源整體的運行管理水平具有非常重要意義。筆者認為，站用電源始終需要立足于系統技術來研究和發展，根據實際問題、發展現狀提出發展思路。現有站用電源在資源整合、自動化水平、管理模式等方面都還存在很大的優化空間，結構緊湊、經濟可靠的變電站交直流一體化電源模式具有廣闊的應用前景。

2 傳統站用電源現狀分析

? 傳統變電站站用電源分為交流系統、直流系統、UPS 、通信電源系統等，各子系統采用分散設計，獨立組屏，設備由不同的供應商生產、安裝、調試，供電系統也分配不同的專業人員進行管理。這種模式存在的主要問題：

（1）、站用電源自動化程度不高。由不同供應商提供的各子系統通信規約一般不兼容，難以實現網絡化管理，系統缺乏綜合的分析平臺，制約了管理的提升。

（2）、經濟性較差。站用電源資源不能綜合考慮，使一次投資顯著增加。

（3）、安裝、服務協調較難。各個供應商由于利益的差異使安裝、服務協調困難，遠不如站用交直流電源一體化的“交鑰匙工程”模式順暢。

（4）、運行維護不方便。站用電源分配不同專業人員進行管理：交流系統與直流系統由變電人員進行運行維護，UPS由自動化人員進行維護，通信電源由通信人員維護，人力資源不能總體調配，通信電源、UPS等也沒有納入變電嚴格的巡檢范圍，可靠性得不到保障。

3 變電站交直流一體化電源的解決方案

變電站站用交直流一體化電源系統是使用系統技術，針對變電站站用交流、直流、逆變、通信電源整體，根據實際問題、發展現狀提出解決方案的站用電源系統。

目前有關生產研發廠家已提出三代產品，分別是：

（1）、智能型站用電源交直流一體化系統

主要實現：

A、建立站用電源信息共享平臺。站用電源整體網絡智能化：一體化.將交流、直流、逆變、通信電源網絡智能化，對外1個通信接口；

B、設計優化。取消通信蓄電池組及充電裝置，使用DC/DC變換器直接掛于直流母線代替；取消UPS蓄電池，使用逆變器直接掛于直流母線代替，對重要負荷如事故照明等采用逆變電源供電；統一進行波形處理；統一進行防雷配置；統一進行二次配電管理；站用電源設備智能管理，實現狀態檢修。

（2）、數字化站用電源交直流一體化系統

主要實現：

A、上行下達信息數字化傳輸（2大措施：開關智能模塊化；集*能分散化）；

B、開放式系統：采用IEC61850規約。

（3）、程序化站用電源交直流一體化系統

主要實現項：

A、電源與負荷結合，將輔助系統（空調、風機、門禁、消防、周界等）納入控制范圍；

B、任務程序化執行。

? 下面以第一代智能型站用電源交直流一體化系統說明其以系統技術研究站用電源的思想方法。

典型方案（以220/110kV電站為例）

110kV及以上電站宜按雙重化配置方案，如下圖：

方案解析：

（1）、容量設計：全站配置兩組蓄電池和充電機，一般的110kV電站容量可按300AH/組設計，220kV電站500AH/組。

傳統的站用電源配置方案中，通常一個110kV電站配置兩組300AH蓄電池和兩組充電機供變電運行負荷，通信設備由另兩組獨立的蓄電池（300AH/48V）和充電機供電，一些UPS也帶有自己的蓄電池。但通過對變電站站用負荷的統計分析，我們得出：不是重要的通信樞紐站，沒必要采用獨立通信電源。一個普通的110kV電站正常直流負荷約為8A左右 ，通信設備主要是一臺光端機，功率1千瓦，折算為110V約9A，正常供電，一臺60A充電機已經完全滿足全站運行要求，按雙重化配置兩臺已經非常可靠。在全站失壓事故下，事故照明、UPS等交流負荷切換為蓄電池供電，這部分負荷設計容量在 30A(110V)左右，即使全站事故照明一起開，也可以滿足重要負荷超過10小時的事故供電。另外，在一體化監控的智能平臺上，我們可以對站用電源進行程序化控制，事故情況下，按預設輪次對負荷進行減載，保證事故供電最大利用率。

（2）通信電源解決方案：通信設備直接采用220V或110V電源模塊，通信電源從兩組直流母線直接拉兩路專用饋線至通信機柜，并在通信柜進行兩路電源自動切換。

目前通信設備一般采用48V電源，所以在一些直流一體供電方案中，采用了用DC/DC模塊變換成48V供通信設備使用，但這種方案存在不足：

i 技術上存在弱點。如果通信機房有多臺通信設備，各通信設備采用支路帶空氣開關供電方式，存在DC/DC模塊與分支開關配合問題，一回支線發生故障，DC/DC模塊可能會比空氣開關先動作，造成全部通信設備失壓。

ii光端機等通信設備實際工作電壓并不是48V，而是15V和5V，象所有微機保護一樣，裝置通過自身的電源模塊進行DC/DC轉換，把外面電壓轉換成15V和5V內部工作電壓，由220V直接轉換成15V和5V和由48V轉換成15V和5V，對通信設備也只是電源模塊選擇的問題，沒有任何技術上的困難。同時，由48V的弱電供電方式的一些弱點也是有目共睹的，弱電容易受干擾，在通信專業抗干擾、防雷等方面措施就比其它專業要求更高，甚至采用48V正極接地方式，這些對運行都是不利的。因此，在站用電源一體化供電的模式下，可以把全站各專業電源統一到一個電壓等級。

（3）不間斷電源設計：采用逆變器直接掛于母線上代替，取消獨立UPS。

（4）交流系統設計：采用智能ATS開關實現兩路電源自動切換，取消傳統站用380V電源備自投配置。

(5)通信架構

4 現階段站用電源交直流一體化系統主要技術特點：

（1）建立站用電源統一網絡智能平臺。 實現在一個平臺上對整個電站電源的交與直流系統、逆變電源系統、通信進行監控和分析，解決由不同供應商提供的各獨立電源通信規約兼容等問題，提高系統網絡化、智能化程度。

（2）提高站用電源綜合自動化應用水平 。進行站用電源協調聯動、狀態檢修、調度遙控等深層次開發應用 。

（3）建立站用電源整合機制 。優化系統功能結構，實現各專業間站用電源資源共享 。

（4）提高站用電源管理水平。 全站電源統一安放，建立站用電源統一分析管理平臺，一套人馬同時維護管理全站電源 。

5 應用實例

2007年3月，由第一套智能型變電站站用電源交直流一體化系統在陽江110kV城西站投入使用。該系統通過對變電站站用電源一體化設計和組屏生產，對傳統站用電源進行了資源和結構的優化，并開發了一體化智能監控管理平臺，實現了系統的協調聯動、遠程控制等功能，對提高站用電源整體運行管理水平都取得了良好的效果。以城西站為例，我們對使用傳統站用電源和一體化電源模式進行了比較：

一體化電源與傳統站用電源的效益比較

5 結語

變電站站用電源交直流一體化系統立足用系統技術研究站用電源，是對現有變電站站用電源設計和管理新模式的探討，它符合結構合理，技術先進，運維方便的技術發展路線。2007年11月，廣東電網公司組織了對陽江110kV城西站交直流一體化電源項目驗收，與會專家一是致認為，一體化電源系統技術先進，維護方便，運行安全可靠，具有良好的經濟效益和社會效益，可在電網中推廣應用。