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        探究智能變電站交直流一體化電源的設計

        2018-01-01 00:00:00謝牡芳
        大科技·D版 2018年4期

        摘 要:本文首先介紹交直流一體化電源系統(tǒng)的應用特點,提出對實際直流負荷進行分類統(tǒng)計,并根據計算結果合理選擇相應設備參數(shù)的方案。通過對通用設計方案中直流負荷進行分類統(tǒng)計和計算,得出蓄電池組、UPS電源、高頻充電模塊等主要設備的額定容量和額定電流值。為智能變電站交直流一體化電源的設計提供參考。

        關鍵詞:智能變電站;交直流一體化電源系統(tǒng);電纜截面積;饋線開關

        中圖分類號:TM63 文獻標識碼:A 文章編號:1004-7344(2018)12-0035-02

        引 言

        交直流電源系統(tǒng)是變電站一、二次設備可靠運行的重要保障,主要包括ATS、蓄電池組、直流充電機屏、直流饋線屏、通信電源DC/DC模塊、UPS等主要設備。自2017年開始,國家電網公司在系統(tǒng)內全面推廣智能變電站模塊化建設,相繼制定并頒布了110(66)kV智能變電模塊化建設(2015年版)、35~10kV智能變電站模塊化建設施工圖設計(2016年版)2份重要的通用設計方案,要求在基建工程中嚴格執(zhí)行。

        1 交直流一體化電源系統(tǒng)的特點

        (1)通過科學地應用直流電源系統(tǒng)、交流電源系統(tǒng)、UPS電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)、科學的一體化設計方案,可以對于智能化、無人值守變電站的情況進行一體化配置與一體化監(jiān)控。

        (2)智能化與模塊化的應用模式可以使智能化、無人值守變電站電源功能分散化,建立起有效的智能電源硬件平臺應用模式,不需要模塊進行二次接線,不需要進行跨屏二次電纜的建設。

        (3)一體化監(jiān)控單元展示智能化、無人值守變電站的運行情況以及有關的數(shù)據信息,并且可以顯示在遠方控制中心,最終使得智能化、無人值守變電站發(fā)展成為開放性的整體系統(tǒng)。

        2 交直流一體化電源系統(tǒng)優(yōu)化設計方案

        2.1 直流系統(tǒng)

        (1)應用具有并聯(lián)特性的智能電池組件和閥控式鉛酸蓄電池進行直流電源的科學設計,以最小的投資獲得最大的應用效果。

        (2)對二次設備內中的部件與設備進行科學維護。如:設計兩套獨立直流電源系統(tǒng),使得220V直流通過隔離后可以變換為48V,最終為通信負荷提供電源上的保障。

        (3)采用模塊化構造的交流不停電電源系統(tǒng),雙主機冗余配置,保障其具有2h滿負荷放電時間、8kVA的容量。

        2.2 交流系統(tǒng)

        應用雙電源智能化自動切換開關,可以有效地對交流電源線路進行控制與監(jiān)測。這種開關不僅可以對交流電源線路進行電氣閉鎖,還可以進行機械閉鎖,從根本上保障電源的安全切換。另外,應用雙電源智能化自動切換開關還可以對變電站中的集控中心和監(jiān)控系統(tǒng)進行遠端切換。事實表明,這種應用方式有利于變電站事故處理與倒閘操作,全面提高了交流電源進線的可靠性,最終提升了交直流一體化電源系統(tǒng)的應用質量和水平。

        2.3 進行一體化模塊化電源組屏

        交直流一體化電源系統(tǒng)外觀如圖1所示。應用的主要部件有:并聯(lián)智能電池組件饋線柜、事故照明逆變電源柜、交流站用電源、通信電源、智能化一體化交直流電源監(jiān)控系統(tǒng)等。設計方案:應用智能化一體化交直流電源監(jiān)控系統(tǒng)與通信電源等實現(xiàn)電源整體系統(tǒng)的報警、數(shù)據信息的遠程遙控操作、運行數(shù)據和信息的記錄與保存,各子系統(tǒng)與總控制器進行科學的通信連接,最終使電源監(jiān)控系統(tǒng)更好滿足變電站的應用要求??梢詫⒉⒙?lián)智能電池組件柜的每6個面組成一個模塊,把一次交流電源柜組成一個模塊,將事故照明逆變電源柜、交流站用電源柜組成一個模塊。

        3 案例分析

        某智能變電站根據國家電網公司模塊化通用設計方案(2015年版)中110-A3-3方案建設。具體規(guī)模為:主變壓器本期2臺50MVA,終期3臺;110kV本期2回進線,內橋接線,終期3回,擴大內橋接線;10kV本期出線24回、電容器組4回、接地變2回,單母三分段接線,終期出線36回、電容器組6回、接地變3回,單母四分段接線。

        4 直流負荷統(tǒng)計

        根據通用設計方案,智能變電站配置交直流一體化電源系統(tǒng),取消UPS電源、通信電源的獨立蓄電池組,所以直流負荷統(tǒng)計應包含全站直流經常性負荷、UPS電源負荷和通信用DC/DC負荷。

        4.1 UPS電源負荷統(tǒng)計

        根據《電力用直流和交流一體化不間斷電源設備》(DL/T1074-2007)和變電站實際運行要求,該工程UPS負荷統(tǒng)計情況如表1所示。

        UPS計算容量:

        S =K ×K ×K ×K (1)

        式中:Ki為動態(tài)穩(wěn)定系數(shù),取1.1;Kd為直流電壓下降系數(shù),取1.1;Kt為溫度補償系數(shù),取1.05;Ka為設計預度系數(shù),取1.05;P 為全部負載計算功率,kW;cos?準為負載功率因數(shù),取0.8。

        將上述負荷統(tǒng)計結果,代入式(1)可得出Sc=6.1kW,根據國家電網公司物資采購標準,UPS容量選取7.5kVA。

        4.2 直流電源負荷統(tǒng)計

        4.2.1 統(tǒng)計原則

        (1)保護測控裝置功耗不超過50W/臺,斷路器分合閘線圈電流不超過2.5A/臺;

        (2)交換機滿載時整機功耗應不大于(10+1×電口數(shù)量+2×光口數(shù)量)W,本站按照平均40W/臺進行統(tǒng)計;

        (3)高壓斷路器跳閘的沖擊負荷考慮低周減載動作時切除低壓側某一段母線出線的情況;

        (4)全站電氣負荷及通信負荷均按2h事故放電時間計算。

        4.2.2 統(tǒng)計結果

        與常規(guī)綜自站相比,智能變電站直流經常性負荷主要增加了智能終端、合并單元設備,站控層設備及全站交換機數(shù)量也有所增加,直流經常性負荷共約15A。

        5 直流電源系統(tǒng)設計

        5.1 蓄電池組設計

        5.1.1 基本參數(shù)選擇

        本站直流系統(tǒng)額定電壓為220V,蓄電池組為閥控式密封鉛酸蓄電池,單體浮充電壓選用2.23V可計算出蓄電池數(shù)量為104只,放電終止電壓為1.85V。

        5.1.2 容量選擇

        本站直流負荷在事故放電期間,分為初期負荷(1min)和持續(xù)負荷(2h)2個階段。根據蓄電池容量簡化計算法:

        初期沖擊容量:

        C =K (2)

        第一階段計算容量:

        C =K (3)

        隨機負荷計算容量:

        C =K (4)

        式(2)~(4)中:Kk為可靠系數(shù),取1.4;Ich0為初期沖擊放電電流,I1為持續(xù)放電電流,Ir為隨機負荷電流;Kch0,Kch1,Kcr分別為放電時間1min,119min及5s時對應的容量系數(shù),根據閥控式密封鉛酸蓄電池(單體2V)的容量換算系數(shù)表,按照放電終止電壓、持續(xù)放電時間查表得Kch0=1.24,Kch1=0.34,Kcr=1.34。代入式(2)~(4)可得Kch0=79.47Ah,Kch1=191.2Ah,Cr=1.87Ah;取Kch0與K 的較大值,因此蓄電池組容量選取200Ah。

        6 直流斷路器設計

        該工程交直流電源系統(tǒng)采用集中輻射形供電,網絡接線方式如圖2所示。

        圖1中F1為蓄電池出口熔斷器;S2為直流饋線柜內出線斷路器,選用C型脫扣直流斷路器;S3為保護測控屏、智能匯控柜等終端負荷的電源空開,選用B型脫扣直流斷路器。S3額定電流根據負荷電流實際大小,可選2A,4A,6A等不同的額定電流,最大不超過10A。S2的額定電流選擇除了應滿足額定負荷的需求,同時還應滿足上下級選擇性的配合要求。

        實際上,直流饋線回路負荷一般很小,因此設計中主要考慮饋線開關的選擇性配合問題。根據3.3節(jié)ΔUP計算值,按照“A.5-1集中輻射型系統(tǒng)保護電器選擇性配合表”的推薦值并結合國家電網直流電源物資采購標準進行簡要選擇,結果如表2所示。

        F1額定電流按式(5)、(6)計算:

        In≥5.5I10(5)

        In≥2In,max(6)

        上式中:I10=20A為蓄電池組10h放電電流,In,max為饋線屏斷路器S2中額定值最大值。

        直流充電機容量計算:蓄電池浮充電流20A+直流經常性負荷15A=35A,根據N+1配置原則,充電機模塊應配3臺20A.

        7 DC/DC模塊設計

        根據通信專業(yè)提資:通信設備負荷2.5kW,DC/DC模塊額定電壓為2500/48V。計算可得模塊輸出電流52A,根據N+1原則,通信電源模塊額定電流選擇(3+1)×20A。

        8 結 語

        本文通過案例對智能變電站內直流負荷進行分類統(tǒng)計與計算,該工程直流電源系統(tǒng)配置為:蓄電池組200Ah,2V,104節(jié);220V充電機3X20A;UPS電源7.5kVA;通信電源DC/DC模塊額定電流選擇4×20A。與國網通用設計方案模塊化建設施工圖設計(2016)相比,在UPS電源容量等方面進行設計優(yōu)化,這有利于提高變電站電源系統(tǒng)應用質量與水平。

        參考文獻

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        [2]程利娟.交直流一體化電源系統(tǒng)優(yōu)化設計[J].低碳世界,2016(18):21~22.

        [3]苗 梅.智能變電站站用電源系統(tǒng)的設計及應用[D].北京:華北電力大學,2011.

        收稿日期:2018-3-24

        作者簡介:謝牡芳(1981-),女,電氣助理工程師,大專,任珠海泰坦科技股份有限公司設計主管。

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