论文部分内容阅读
【摘 要】本文结合智能变电站站用交直流电源系统的特点，以减少运行和维护工作量，降低运行维护成本为目标，提出交直流一体化电源系统配置方案，并对一体化电源系统的不同电气接线和系统通信方式、监控范围进行研究。
对通信电源构成进行详细论述，分析DC/DC通信电源可能存在问题，在直流空开脱扣特性和储能元件的应用上，提出相应的改进措施。
针对智能变电站二次系统增加大量过程层设备负荷和网络设备负荷，按照变电站网络结构对应的供电负荷进行详细地分类统计，优化计算，作为主要设备的参数选择依据。
1、一体化电源通信方式
1.1总监控器通信网络方式
当变电站一体化电源设备由于电源模块和馈线开关数量较少，且各电源子系统集中混合组柜，所以通常只设置总监控器。一体化电源监控采用分散测控、集中管理的模式，将各电源智能监控模块分散布置在各电源柜内，各电源智能监控模块与一体化监控装置通信上传相关信息，一体化监控装置通过DL/T860通信标准直接接入自动化系统的MMS网。各电源智能监控模块通过总线方式直接与一体化监控装置通信，系统网络结构简单，见图2-2。站用电源系统所有信息的采集、判断、分析和管理都由一体化监控装置处理，信息量大，一体化监控装置的通信接口数量要求多，系统扩展性较差，故适合于终期规模较小的变电站。
1.2分层监控通信网络方式
220kV及以上电压等级变电站一体化电源设备，由于电源模块和馈线开关数量较多，各电源子系统构成复杂，需要独立组柜，各子系统宜分别设置监控器，对本系统的电源模块进行管理，并负责采集馈线开关状态及表计测量信息；同时设置总监控器与各子系统监控器进行通信，实现对整个一体化电源系统的监测与管理。如果取消各子系监控器的设置，由总监控器直接管理所有电源模块，虽然使整个系统通信简化，但同时造成总监控器处理信息量过大，一旦故障则影响整个系统。
2、一体化电源系统监控范围
一体化电源系统利用通信方式对各子系统进行数据分散采集和集中管理，可在自动化监控后台或集控中心对本站各电源子系统实现远方监控。
一体化电源系统中除交流电源子系统进线开关和联络开关采用框架式开关外，其它开关均为塑壳开关、微型空开和隔离开关，不具有电气操作机构。如果要实现远控，就需要给这些馈线开关或隔离开关加装外部辅助机械装置以及微型马达来实现；这样无疑会大幅增加整个系统的复杂性和投资费用，馈线柜的数量也会增加许多，因此实际工程应用案例极少。另外各电源子系统全部双套配置，重要负荷双回路供电，因此一旦发生站用电源馈线跳闸事故，一般需要检修维护人到现场查明故障原因，才能进一步恢复供电。因而功能中除对进线开关、联络开关进行远方控制外馈线开关以及隔离开关远方控制的必要性不大。
3、站用交流电源切换方式
500kV变电站备用电源自动投切有以下实现方式：
方式三：由进线监控模块实现备用电源自动投切功能。虽然只能实现电气闭锁，但取消自动备投装置，将自动备投功能嵌入交流进线监控模块，由进线监控模块对采集的信息进行分析处理并实现自动投切。本工程推荐采用方案三实现备自投功能，节省独立的备自投装置。
4、DC/DC电源改进措施
目前DC/DC电源变换模块在220kV站开始推广使用，对于整合后通信设备的供电可靠性是否满足要求还存在疑问。传统通信电源接线在馈线短路或过载时，由蓄电池提供短路电流，使馈线开关动作切除故障。DC/DC供电通信电源接线，由于DC/DC短路保护时间很短，可能先于馈线开关跳闸时间，DC/DC短路保护后不再有电流输出，使得馈线开关无法跳闸切除故障，造成一个馈线支路短路故障影响整个母线供电。针对这种情况，目前考虑从以下几个方面进行改进。
4.1直流空开脱扣特性的选择
DC/DC电源系统的各级馈线直流空开如果选型不当，就会造成短路时，开关拒动或越级跳闸，后果比较严重。
4.2储能元件的应用
DC/DC电源系统增设电容元器件，挂接到直流母线上。当系统发生过载或短路时，储能电容可瞬时提供一定的附加电流，从而缓解系统对大冲击电流的需求。电容值的大小应满足当任一馈线开关出口短路时，储能电容提供的附加放电电流大于空开额定脱扣电流的上限值。
4.3电子馈线保护装置的应用
电子馈线保护装置采用大功率开关器件实现回路的无触点开通和关断控制，由硬件电路实现短路瞬时保护功能，由软件电路实现过载短延时保护功能。当电流采样电路检测的回路电流大于3In时，装置的硬件比较电路快速控制开关器件关断，并使开关器件锁存在关断状态；当电流采样电路检测的回路电流大于1.15倍额定电流值时，装置的软件电路自动进入计时和电压监控程序，之后如果输出电压波动维持在40V以上，则计时程序延时10ms后自动输出关断信号；如果输出电压波动下降到40V及以下，则电压监控程序自动终止计时并立即输出关断信号。关断信号可快速控制开关器件关断，并使开关器件锁存在关断状态。通信电源馈线开关采用直流断路器，其具有的热磁保护功能，加上电子馈线保护装置的智能开关控制，可以使通信直流馈线回路的过载或短路故障得到有效的保护，避免DC-DC变换器因输出过载或短路而发生电压跌落的严重事故。在DC/DC出口短路故障时，DC/DC的短路保护将闭锁DC/DC输出。该方案在江苏、上海等地区的220kV、110kV变电站已经有所应用。该方案由许继电源提出，并对电子馈线保护装置申请发明专利，因此具有一定垄断性。
4.4DC/DC备用模块配置原则
增加DC/DC备用模块数量配置，使其能提供足够的电流，以保证馈线开关可靠动作。因而DC/DC電源的备用模块将不再单纯作为工作模块的故障备用，还兼作电源系统的事故备用。国外DC/DC电源系统备用模块配置原则为N+N，即双套冗余。国内《邮电通信电源设备安装设计规范》中也曾规定过当DC/DC工作模块数量N≥3时，备用模块按2块配置。
由于增加储能电容也能起到增大系统冲击电流的效果，出于经济性考虑，故建议DC/DC备用模块配置原则按N+2或N+3确定。在进行直流负荷统计时，DC/DC电源模块宜分别统计，即工作模块纳入经常负荷，备用模块纳入冲击负荷。
5、结论
一体化是变电站交直流电源的发展方向。交直流电源统一设计、监控，实现变电站交直流电源的分散数据采集、控制和集中监控管理，提高站用电源系统的可靠性和安全性；优化设备配置。
对智能变电站一体化电源系统电气接线、系统通信方案进行研究，分析取消通信专用蓄电池后，DC/DC通信电源可能存在的问题，提出相应的改进措施。
参考文献
[1]王凤仁.操作电源DC_UPS一体化装置的设计和应用[J].电源产品应用，2007；4；74-75
[2]吴凤婷.变电站站用交直流一体化电源的解决方案[J].南方电网技术，2011（05）；3；87-89
对通信电源构成进行详细论述，分析DC/DC通信电源可能存在问题，在直流空开脱扣特性和储能元件的应用上，提出相应的改进措施。
针对智能变电站二次系统增加大量过程层设备负荷和网络设备负荷，按照变电站网络结构对应的供电负荷进行详细地分类统计，优化计算，作为主要设备的参数选择依据。
1、一体化电源通信方式
1.1总监控器通信网络方式
当变电站一体化电源设备由于电源模块和馈线开关数量较少，且各电源子系统集中混合组柜，所以通常只设置总监控器。一体化电源监控采用分散测控、集中管理的模式，将各电源智能监控模块分散布置在各电源柜内，各电源智能监控模块与一体化监控装置通信上传相关信息，一体化监控装置通过DL/T860通信标准直接接入自动化系统的MMS网。各电源智能监控模块通过总线方式直接与一体化监控装置通信，系统网络结构简单，见图2-2。站用电源系统所有信息的采集、判断、分析和管理都由一体化监控装置处理，信息量大，一体化监控装置的通信接口数量要求多，系统扩展性较差，故适合于终期规模较小的变电站。
1.2分层监控通信网络方式
220kV及以上电压等级变电站一体化电源设备，由于电源模块和馈线开关数量较多，各电源子系统构成复杂，需要独立组柜，各子系统宜分别设置监控器，对本系统的电源模块进行管理，并负责采集馈线开关状态及表计测量信息；同时设置总监控器与各子系统监控器进行通信，实现对整个一体化电源系统的监测与管理。如果取消各子系监控器的设置，由总监控器直接管理所有电源模块，虽然使整个系统通信简化，但同时造成总监控器处理信息量过大，一旦故障则影响整个系统。
2、一体化电源系统监控范围
一体化电源系统利用通信方式对各子系统进行数据分散采集和集中管理，可在自动化监控后台或集控中心对本站各电源子系统实现远方监控。
一体化电源系统中除交流电源子系统进线开关和联络开关采用框架式开关外，其它开关均为塑壳开关、微型空开和隔离开关，不具有电气操作机构。如果要实现远控，就需要给这些馈线开关或隔离开关加装外部辅助机械装置以及微型马达来实现；这样无疑会大幅增加整个系统的复杂性和投资费用，馈线柜的数量也会增加许多，因此实际工程应用案例极少。另外各电源子系统全部双套配置，重要负荷双回路供电，因此一旦发生站用电源馈线跳闸事故，一般需要检修维护人到现场查明故障原因，才能进一步恢复供电。因而功能中除对进线开关、联络开关进行远方控制外馈线开关以及隔离开关远方控制的必要性不大。
3、站用交流电源切换方式
500kV变电站备用电源自动投切有以下实现方式：
方式三：由进线监控模块实现备用电源自动投切功能。虽然只能实现电气闭锁，但取消自动备投装置，将自动备投功能嵌入交流进线监控模块，由进线监控模块对采集的信息进行分析处理并实现自动投切。本工程推荐采用方案三实现备自投功能，节省独立的备自投装置。
4、DC/DC电源改进措施
目前DC/DC电源变换模块在220kV站开始推广使用，对于整合后通信设备的供电可靠性是否满足要求还存在疑问。传统通信电源接线在馈线短路或过载时，由蓄电池提供短路电流，使馈线开关动作切除故障。DC/DC供电通信电源接线，由于DC/DC短路保护时间很短，可能先于馈线开关跳闸时间，DC/DC短路保护后不再有电流输出，使得馈线开关无法跳闸切除故障，造成一个馈线支路短路故障影响整个母线供电。针对这种情况，目前考虑从以下几个方面进行改进。
4.1直流空开脱扣特性的选择
DC/DC电源系统的各级馈线直流空开如果选型不当，就会造成短路时，开关拒动或越级跳闸，后果比较严重。
4.2储能元件的应用
DC/DC电源系统增设电容元器件，挂接到直流母线上。当系统发生过载或短路时，储能电容可瞬时提供一定的附加电流，从而缓解系统对大冲击电流的需求。电容值的大小应满足当任一馈线开关出口短路时，储能电容提供的附加放电电流大于空开额定脱扣电流的上限值。
4.3电子馈线保护装置的应用
电子馈线保护装置采用大功率开关器件实现回路的无触点开通和关断控制，由硬件电路实现短路瞬时保护功能，由软件电路实现过载短延时保护功能。当电流采样电路检测的回路电流大于3In时，装置的硬件比较电路快速控制开关器件关断，并使开关器件锁存在关断状态；当电流采样电路检测的回路电流大于1.15倍额定电流值时，装置的软件电路自动进入计时和电压监控程序，之后如果输出电压波动维持在40V以上，则计时程序延时10ms后自动输出关断信号；如果输出电压波动下降到40V及以下，则电压监控程序自动终止计时并立即输出关断信号。关断信号可快速控制开关器件关断，并使开关器件锁存在关断状态。通信电源馈线开关采用直流断路器，其具有的热磁保护功能，加上电子馈线保护装置的智能开关控制，可以使通信直流馈线回路的过载或短路故障得到有效的保护，避免DC-DC变换器因输出过载或短路而发生电压跌落的严重事故。在DC/DC出口短路故障时，DC/DC的短路保护将闭锁DC/DC输出。该方案在江苏、上海等地区的220kV、110kV变电站已经有所应用。该方案由许继电源提出，并对电子馈线保护装置申请发明专利，因此具有一定垄断性。
4.4DC/DC备用模块配置原则
增加DC/DC备用模块数量配置，使其能提供足够的电流，以保证馈线开关可靠动作。因而DC/DC電源的备用模块将不再单纯作为工作模块的故障备用，还兼作电源系统的事故备用。国外DC/DC电源系统备用模块配置原则为N+N，即双套冗余。国内《邮电通信电源设备安装设计规范》中也曾规定过当DC/DC工作模块数量N≥3时，备用模块按2块配置。
由于增加储能电容也能起到增大系统冲击电流的效果，出于经济性考虑，故建议DC/DC备用模块配置原则按N+2或N+3确定。在进行直流负荷统计时，DC/DC电源模块宜分别统计，即工作模块纳入经常负荷，备用模块纳入冲击负荷。
5、结论
一体化是变电站交直流电源的发展方向。交直流电源统一设计、监控，实现变电站交直流电源的分散数据采集、控制和集中监控管理，提高站用电源系统的可靠性和安全性；优化设备配置。
对智能变电站一体化电源系统电气接线、系统通信方案进行研究，分析取消通信专用蓄电池后，DC/DC通信电源可能存在的问题，提出相应的改进措施。
参考文献
[1]王凤仁.操作电源DC_UPS一体化装置的设计和应用[J].电源产品应用，2007；4；74-75
[2]吴凤婷.变电站站用交直流一体化电源的解决方案[J].南方电网技术，2011（05）；3；87-89