摘要：近年来，随着电力行业的快速发展，变电站逐渐朝着智能化的方向发展。本文介绍了交直流一体化电源的系统构成，及在智能变电站中的应用情况，论述了常规变电站中电源系统存在的问题，总结了一体化电源设计存在的优势，并对其在新建变电站及改造变电站中的推广应用做出了展望。
关键词：变电站；交直流；一体化电源；应用；发展
前言
变电站低压交直流系统为全站提供生产生活、倒闸操作、保护装置运行、通信等装置的工作电源，此外还给事故状态下的照明系统提供工作电源，是变电站安全稳定运行的重要保障。为了保证变电站正常运行所需的交流、直流电源，不同电压等级的变电站通常采用不同的系统设计，以满足供电可靠性和保护装置运行的要求。500kV变电站和重要的220kV变电站通常采取双路交流电源，三组蓄电池三充电机的配置，提高设备的冗余度，保证交直流系统的可靠性。常规220kV与110kV变电一般采取变压器低压侧两路交流电源，两组蓄电池双充电机配置，交直流系统采用自动互投方式或者分段开关运行方式，能够满足大部分变电站要求。早期35kV变电站交直流系统接线方式常为双电源，交直流均为Ⅰ段，比较简单、灵活，满足不同的现场需求。
1变电站常见的交直流系统
由于变电站现场运行条件复杂多样，不同厂家有不同设计思路，且变电站经过扩建、技改等工程之后，常常形成了特殊的接线方式。这些方式有别于典型的交直流系统，需要特别给予注意，以保证运行维护以及日常倒闸操作的正确、安全。
1.1一种直流系统接线方式分析
变电站直流系统取自两段交流母线的两路馈线，由两组或三组充电机整流至两段直流母线。正常运行时，充电机输出开关或者把手打至“充电机至母线”，充电机的“充电机至蓄电池”开关断开，蓄电池开关“蓄电池至母线”合上，保持浮充电状态，直流系统分段开关在分位。
1.2 110kV与35kV变电站低压交直流系统接线方式
110kV与35kV系统接线方式灵活，供电区域较小，检修停电操作方便，因此35kV变电站交直流系统配置较为简化，通常为两路交流进线经自动投切装置（ATS）出一段交流母线，典型设计双电源一段交流母线接线方式。正常运行时由一组进线工作即可保证全站交直流用电。两路进线通常选自变电站低压两段母线站用变，也可一路选自站用电，一路选自外接临时电源。一些变电站为了简化充放电操作，单独设置了充电机至蓄电池充电开关或者把手，这样即使在蓄电池进行充电实验时，依然可以保证该段蓄电池所接母线可以带部分负荷，减轻另外一条直流母线的供电压力，也使蓄电池可以直接用充电机进行浮充电。为避免由于元件及线路参数原因形成直流环路，在蓄电池至母线的接线上串接了二极管，使蓄电池可以向母线供电，而母线却不能向蓄电池浮充电。
1.3常见35kV变电站站用电接线方式
早期35kV变电站通常只有一段380V交流母线即可保证全站的正常供电。对于10kV母线分段的35kV变电站，允许每段母线分别接一台站变，分列运行带全站站用负荷。但是由于早期35kV变电站所带负荷通常采用了10kV环网，局部35kV变电站的停电并不影响电力供应，因此存在着全站停电并且失去站用电的情况。为解决上述问题，在最新的直流系统设计中，低压交流侧均为双电源供电模式，直流系统采取辐射状供电方式，不允许环网供电，很好的提高了供电可靠性，确保站用交直流系统稳定运行。
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随着智能变电站的普及，站用电交直流系统由过去的分块组成发展为交直流一体化系统，将380V低压交流电源、220V直流电源、48V通信电源、UPS电源及事故照明电源集成一体，减少了设备，增加了监测技术，能够实时报出运行故障，并与后台机进行通信，发故障告警信号。交直流一体化系统通过直流馈线柜出线直接直流变换，不需要48V蓄电池故障情况下供电，大大减少了运维人员的维护量和操作量，保证了供电的可靠性。
交直流一体化电源系统具有以下特点：(1)有灵活的运行方式，可以适应不同现场需求，尤其是满足无人值班运行要求；(2)监视、测控功能完善，装置监测开关位置、ATS位置等遥信量，及进线电压、母线电压与电流、频率、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因数等遥测量，并上传后台管理机；(3)配置零序、过流和电压保护，在发生故障时能自动判断闭锁ATS动作，避免故障扩大。交直流一体化电源系统核心部件为它的智能控制单元，控制单元配置了显示屏，集成了开关控制、模块监视和信息采集功能，巡视过程中必须加以巡视，及时发现控制单元故障，避免装置误动作或者拒动。
2一体化电源的优点
(1)交流一体化电源系统中，将“UPS蓄电池+操作蓄电池组+通信蓄电池组”合并为一体进行配置，减少了蓄电池组配置组数，相关蓄电池室可以取消，简化了基建设计，同时解决了UPS电池和通信电池组的日常维护和管理问题。(2)交流一体化电源系统采用模块化设计，解决了站用电源施工二次线多、跨屏二次电缆多问题，开关智能模块化，可监测开关位置、事故跳闸告警、负荷电流、泄露电流等，电源监测不在有盲点。(3)交直流一体化电源系统建立了统一站用电源管理平台，解决了站用电源信息共享问题，采用IEC61850实现与变电站自动化系统的接口。
3绝缘监测装置
3.1直流系统接地故障的原因
(1)由于施工工艺不完善，没有对直流电路的二次电缆落线进行必要的绝缘处理，使得带电部位接触柜体而接地。(2)没有对设备进行必要的防潮处理，例如降雨期间设备端子箱及机构箱受潮甚至积水，使得辅助接点受潮降低了二次回路的绝缘能力，引发接地。(3)设备的某些部分操作频繁，致使直流二次电缆的绝缘部分出现损坏，这样一来，直流电源能够与金属设备接触而造成接地。(4)随着时间的推移，直流设备的使用年限增加，其绝缘逐渐老化，带来接地风险。
3.2绝缘监测技术
首先，用于测量直流绝缘电阻这一缓变参数的时间短，在具体的测量当中，假定绝缘电阻值不变。此时，在确保继电器闭合的情况下，注入信号后产生电路不工作。对电阻电压进行采样可得到直流系统正负母线在对地绝缘电阻上的电压。进行绝缘监测的时间短，因此，认为每次监测时，直流系统的总电压保持不变。此外，在计算绝缘电阻值的过程当中，需要先计算值低的绝缘电阻，并使用分压比来计算另一个值高的绝缘电阻来保证检测的准确性。断开负端继电器，向正端注入电路信号，此时，在升压变压器两端便会产生一接近直流电压的信号。该信号值不确定，实验表明，只有确保反激变换器的电压高于直流系统电压才能确保信号的稳定性。由于实验当中，反激变换器的电压低于直流系统电压，因此，需要注入信号以产生电路输出，并根据不同的使用工况对信号的占空比进行调整
结束语
随着电网智能化进程的逐步推进，新一轮老旧变电站的升级改造项目逐渐开展，将有更多的新老变电站采用交直流一体化电源系统，这无疑将变电站二次系统的自动化水平得到有效提高，使得电网的安全稳定运行得到更加有力的保证。交直流一体化电源将在国家电网公司实现“坚强智能电网”目标的进程中，发挥巨大作用。
参考文献
[1]张宏伟.智能变电站交直流一体化电源系统的研究与应用[J].科学中国人,2015(30).
[2]雷成墙,杨茗程.交直流一体化电源在变电站中的应用[J].科学与财富,2016(11).
论文作者:夏志兵
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
标签：变电站论文; 母线论文; 系统论文; 蓄电池论文; 交直流论文; 电源论文; 电压论文; 《电力设备》2017年第6期论文;