李梅麗

(青島堿業(yè)股份有限公司,山東 青島 266043)

110 kV 站直流系統(tǒng)改造技術(shù)總結(jié)

李梅麗

(青島堿業(yè)股份有限公司,山東 青島 266043)

針對(duì)110 kV站直流系統(tǒng)目前已不能夠適應(yīng)公司發(fā)展的需要,必須對(duì)此進(jìn)行改造的情況,而又鑒于公司生產(chǎn)的連續(xù)性,不允許進(jìn)行停電操作,提出采用不停電的改造方案,改造后,蓄電池組放電容量充足,池電壓均衡,使蓄電池組充電電流分辨率大大提高,更便于運(yùn)行人員監(jiān)視。

直流系統(tǒng);模塊;充電模式;保護(hù)

1 我公司直流系統(tǒng)的現(xiàn)狀及直流系統(tǒng)的發(fā)展

1.1 我公司直流系統(tǒng)的現(xiàn)狀

我公司的直流系統(tǒng)安裝于上個(gè)世紀(jì)70年代末,裝設(shè)在110 kV配電站內(nèi),是全公司直流電源的核心,負(fù)責(zé)向公司各高壓室輸送穩(wěn)定可靠的控制、保護(hù)、合閘直流電源,為供電系統(tǒng)保護(hù)的可靠運(yùn)行提供了保障,采用的是常見的帶端電池調(diào)整的浮充電方式運(yùn)行。它是型號(hào)為6GM1的鉛酸式固定蓄電池,額定容量為275安時(shí),由120只蓄電池串聯(lián)組成,其中1#～95#為基本電池,96#～120#為輔助電池,輔助電池抽頭連至電壓調(diào)節(jié)器。每只單體蓄電池的額定電壓為2 V,浮充運(yùn)行時(shí)單體運(yùn)行電壓2.25 V(見圖1)。

圖1110 kV直流系統(tǒng)改造前簡圖

但這一設(shè)備線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜落后,操作笨重,故障率高。特別是蓄電池的尾電池部分,因設(shè)備線路結(jié)構(gòu)原因蓄電池組長期得不到均衡充電,經(jīng)常因過充電或欠充電使蓄電池的使用壽命大大縮短,有的嚴(yán)重?fù)p壞已達(dá)到了報(bào)廢階段,影響到正常操作,給電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行帶來威脅。鑒于此,在2007年對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了初步改造,針對(duì)原設(shè)計(jì)圖紙安裝一個(gè)簡易的硅降壓裝置,取消原來的尾電瓶,同時(shí)將KP3-200端電池調(diào)節(jié)器甩掉,提出蓄電池組全充雙電壓輸出、雙充電機(jī)雙母線切換方案(見圖2)。

圖2110 kV直流系統(tǒng)改造后簡圖

經(jīng)過以上蓄電池組全充雙電壓輸出改造后,經(jīng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)蓄電池組放電容量充足,池電壓均衡,電壓平穩(wěn)。使在蓄電池組的電池?cái)?shù)量減少情況下,仍能夠可靠運(yùn)行,滿足直流系統(tǒng)的供電要求。但是仍存在以下缺點(diǎn)或不足之處。

1)工作母線結(jié)線布置復(fù)雜:控制屏中直流母線水平置于屏的中部,根椐控制、信號(hào)等音響的需要,屏頂還設(shè)有8根小母線,與設(shè)備出現(xiàn)接觸不良等缺陷時(shí),往往因結(jié)構(gòu)復(fù)雜和設(shè)備間距小,而使缺陷難以處理。

2)儀表和燈光信號(hào)難以維護(hù):老式的直流屏,其屏的正面不采用活動(dòng)門的形式,這樣裝于屏面上的儀表、信號(hào)等設(shè)備往往損壞后不能更換。

3)絕緣監(jiān)察裝置動(dòng)作靈敏度低:老式直流系統(tǒng)采用電磁式絕緣監(jiān)察裝置反映直流系統(tǒng)的接地狀況,該裝置能正確反映單極明顯接地現(xiàn)象,但無法反映出正確的接地回路。

4)電壓調(diào)節(jié)使用手動(dòng)方式:調(diào)節(jié)不平滑。

5)無法提供數(shù)據(jù)通訊接口與微機(jī)進(jìn)行聯(lián)接。

1.2 直流系統(tǒng)的發(fā)展情況

隨著變電所越來越多的采用無人值守或少人值守的方式,直流系統(tǒng)也向著免維護(hù)、全自動(dòng)的方向發(fā)展,對(duì)直流系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠要求也越來越高。對(duì)舊式直流系統(tǒng)的改造勢(shì)在必行。目前,常用的有GZDWK系列電力操作電源,廣泛地應(yīng)用于發(fā)電廠、水電站各類變電站和其他需要直流供電的場合中。

GZDWK系列電力操作電源具有以下特點(diǎn):

1)多種容量充電模塊選擇實(shí)現(xiàn)一定容量配置的最優(yōu)性能價(jià)格比;

2)110 V/220 V電壓輸出,方便系統(tǒng)的配置選型;

3)充電模塊統(tǒng)一接口方式,設(shè)計(jì)簡單,通用性強(qiáng);

4)具有輸出電壓和電流平滑調(diào)節(jié)的功能;

5)充電模塊智能控制,提供數(shù)據(jù)通訊接口;

6)充電模塊硬件低差自主均流,保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行;

7)分散多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的簡單可靠;

8)模塊化結(jié)構(gòu),組屏簡單,配置靈活。

2 直流系統(tǒng)的改造情況

鑒于本公司直流系統(tǒng)的現(xiàn)狀,在2008年對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行了改造,主要采用了 HD22010-3系列充電模塊,由三相無源 PFC和DC/DC 2個(gè)功率部分組成在兩功率部分之外還有輔助電源以及輸入、輸出檢測(cè)保護(hù)電路。圖3為主要原理圖。

圖3 HD22010-3充電模塊原理圖

前級(jí)三相無源 PFC電路由輸入 EMI和無源PFC組成,用以實(shí)現(xiàn)交流輸入的整流濾波和輸入電流的校正,使輸入電路的功率因素大于0.92,以滿足DL/T781-2001中三相諧波標(biāo)準(zhǔn)。

后級(jí)的DC/DC電路由DC/DC變換器及其控制電路、整流濾波、輸出 EMI等部分組成,用以實(shí)現(xiàn)將前級(jí)整流電壓轉(zhuǎn)換成電力操作系統(tǒng)要求的穩(wěn)定的直流電壓輸出。

輔助電源在輸入無源PFC之后,DC/DC變換器之前,利用三相無源 PFC的直流輸出,產(chǎn)生控制電路所需的各路電源。

輸入檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)輸入過欠壓、缺相等檢測(cè)。DC/DC的檢測(cè)保護(hù)電路包括輸出電壓電流的檢測(cè),散熱器溫度的檢測(cè)等,所有這些信號(hào)用以DC/DC的控制和保護(hù)。

3 具體改造過程

110 kV變電站負(fù)荷較大、運(yùn)行重要,由于生產(chǎn)的連續(xù)性,難以全站停電進(jìn)行改造。因此,直流系統(tǒng)改造只能帶電進(jìn)行,但帶電改造在新老直流裝置更換過程中,可能會(huì)使直流電源不可靠,造成系統(tǒng)事故(見圖4),故制訂了一個(gè)簡單、可靠的不停電更換直流裝置的方案,采用臨時(shí)過渡裝置進(jìn)行了不停電更換。

3.1 直流裝置更換的方法

為使直流系統(tǒng)在改造安裝整個(gè)過程中不中斷停電,具體施工方法如下:

圖4 現(xiàn)場控制柜布置圖

1)將原直流屏所有交直流進(jìn)出線電纜名稱、極性核對(duì)后做標(biāo)記,并確定與盤面位置是否對(duì)應(yīng)。

2)將臨時(shí)過渡裝置(圖5)安裝于合閘控制屏中,在控制屏下端安裝5組200 ARTO,將電池組電源移至此屏,調(diào)試、檢查電壓表指示。

3)將臨時(shí)過渡裝置的電壓調(diào)至與系統(tǒng)目前使用控制電壓相符合,帶電接入原控制柜內(nèi)的控制母線,檢查電壓表計(jì)指示,并由主充機(jī)對(duì)電瓶進(jìn)行充電。將各高壓室控制(合閘)母線環(huán)形聯(lián)接后,拆除一組后包好,移至控制屏新裝 RTO校對(duì)相位后送電。再用同樣方法移另一組。合閘電源可以在系統(tǒng)不操作時(shí)停電后移至新回路

4)拆除110 kV站東側(cè)浮充機(jī)柜、控制電源柜和部分直流屏,在原基礎(chǔ)上安裝4塊二組直流屏,新屏上全部輸出直流電源,小開關(guān)均在斷開位置,恢復(fù)原直流屏負(fù)荷電纜接線,調(diào)試整套新直流系統(tǒng),參數(shù)校準(zhǔn)正確,模擬試驗(yàn)運(yùn)行正常,控制合閘輸出電壓數(shù)據(jù)正常。在直流系統(tǒng)屏后側(cè)安裝電池組,組裝檢測(cè)正常后,將電池組與新直流屏對(duì)接,充放電正常后,合閘、控制母線倒至新直流屏。

5)將110 kV站Ⅱ段正環(huán)備用電源由舊直流屏拆下,包扎好頭,移接至新直流屏,校準(zhǔn)極性正確后由新直流屏供電,投入運(yùn)行;拆下Ⅰ段正環(huán)電源,包扎好頭,移接至新直流屏,校準(zhǔn)相極正確后,由新直流屏供電。

6)其它各高壓室控制、合閘回路均由此法辦理。

7)將全部控制、合閘回路倒至新控制屏后,舊屏拆除。

3.3 改造注意事項(xiàng)

直流系統(tǒng)改造是在不停電的情況下進(jìn)行的,所以在整個(gè)改造過程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn):

1)事先熟悉現(xiàn)場直流系統(tǒng)設(shè)備實(shí)際接線圖紙、負(fù)荷電纜出線走向,核實(shí)原直流接線合閘正母線與控制母線是否共用(是正極還是負(fù)極共用),準(zhǔn)備工具及臨時(shí)過渡裝置,了解工作地點(diǎn)與其他設(shè)備運(yùn)行有無相互聯(lián)系。

2)工作前一天檢查老蓄電池容量,進(jìn)行一次均衡充電。

3)臨時(shí)接線時(shí)考慮引線截面,各連接頭接觸良好、牢固。

4)注意調(diào)整控制母線電壓、臨時(shí)接線電壓表計(jì)指示。

5)更換直流接線時(shí),應(yīng)急重考慮安全措施(帶電電纜線拆除后臨時(shí)用絕緣帶包扎),防止直流短路、接地、中斷直流電源。

4 改造后各項(xiàng)功能分析

4.1 保護(hù)功能

1)輸入過/欠壓保護(hù):模塊具有輸入過/欠壓保護(hù)功能。當(dāng)輸入電壓小于313±10 Vac或者大于485±10 Vac,模塊保護(hù),無直流輸出,保護(hù)指示燈(黃色)亮。電壓恢復(fù)到335±10～460±15 Vac之間后,模塊自動(dòng)恢復(fù)工作。

2)輸出過壓保護(hù)/欠壓告警:模塊具有輸出過壓保護(hù)欠壓告警功能。當(dāng)輸出電壓大于293±6 Vdc時(shí),模塊保護(hù),無直流輸出,保護(hù)指示燈(黃色)亮。模塊不能自動(dòng)恢復(fù),必須將模塊斷電后重新上電;當(dāng)輸出電壓小于198±1 Vdc時(shí),模塊告警,有直流輸出,保護(hù)指示燈(黃色)亮。電壓恢復(fù)后,模塊輸出欠壓告警消失。

3)短路回縮:模塊具有短路回縮功能。當(dāng)模塊輸出短路時(shí),輸出電流不大于40%額定電流。短路因素排除后,模塊自動(dòng)恢復(fù)正常輸出。

4)缺相保護(hù):模塊具有缺相保護(hù)功能。當(dāng)輸入缺相時(shí),模塊限功率可半載輸出。在輸出電壓為260 V時(shí)輸出5 A電流。

5)過溫保護(hù):模塊的進(jìn)風(fēng)口被堵住或環(huán)境溫度過高導(dǎo)致模塊內(nèi)部的溫度超過設(shè)定值時(shí),模塊會(huì)過溫保護(hù),模塊面板的保護(hù)指示燈(黃色)亮,模塊無電壓輸出。當(dāng)異常條件清除、模塊內(nèi)部的溫度恢復(fù)正常后,模塊將自動(dòng)恢復(fù)為正常工作。

6)原邊過流保護(hù):異常狀態(tài)下模塊整流側(cè)出現(xiàn)過流,模塊保護(hù)。模塊不能自動(dòng)恢復(fù),必須將模塊斷電后重新上電。

4.2 其它功能

1)故障顯示:模塊告警信息以故障代碼的形式在LED上實(shí)時(shí)的閃爍顯示。

2)通信功能:模塊可以RS485方式與上位機(jī)通信。將模塊輸出電壓和電流、模塊保護(hù)和告警信息發(fā)送給上位機(jī),接受并執(zhí)行上位機(jī)下發(fā)的控制命令。

5 改造后的效果

1)采用了LED顯示面板,直接顯示模塊的電壓、電流或告警信息。

2)通過手動(dòng)調(diào)壓按鈕,從而來調(diào)整模塊在手動(dòng)狀態(tài)下的輸出電壓。按一下左邊按鈕輸出電壓降低1 V,按一下右邊按鈕輸出電壓升高0.5 V。

3)通過撥碼開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的控制方式為自動(dòng)控制還是手動(dòng)控制。在自動(dòng)控制方式下,模塊的輸出電壓、限流點(diǎn)、開關(guān)機(jī)均由監(jiān)控模塊進(jìn)行控制,人工無法進(jìn)行干預(yù)。如果模塊連接到合閘母線上對(duì)電池進(jìn)行充電,一般應(yīng)設(shè)置為自動(dòng)控制方式。在手動(dòng)控制方式下,模塊的輸出電壓由上述介紹的手動(dòng)調(diào)壓按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4)通過面板上的指示燈來顯示進(jìn)行模塊告警。主要通過電源指示燈(綠色)滅、保護(hù)指示燈(黃色)亮、故障指示燈(紅色)亮這3個(gè)指示燈來顯示故障原因。

5)完成兩路交流輸入電壓的采樣,每路輸出一路可以調(diào)節(jié)的交流采樣信號(hào)和一路固定的交流電壓的采樣信號(hào)。

6)經(jīng)過改造后,經(jīng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)蓄電池組放電容量充足,池電壓均衡,電壓平穩(wěn),使蓄電池組充電電流分辨率大大提高,更便于運(yùn)行人員監(jiān)視。

6 小 結(jié)

不停電對(duì)110 kV站直流系統(tǒng)進(jìn)行更新改造的方法,是在進(jìn)行充分論證和準(zhǔn)備后進(jìn)行的,實(shí)踐證明改造的方法是合理的,這為以后直流系統(tǒng)的改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

TM 721.1

:B

:1005-8370(2011)01-35-04

2010-07-27

李梅麗(1973—),1994年畢業(yè)于湘潭機(jī)電高等?？茖W(xué)校電機(jī)制造,工程師。青島堿業(yè)股份有限公司電氣車間,主要從事電氣管理工作。