智能高頻開關電源在變電站直流系統改造中應用

1 直流系統改造的目的和必要性

　　變電站內的繼電保護、自動裝置、信號裝置、事故照明和電氣設備的遠距離操作，一般采取直流電源，所以直流電源的輸出質量及可靠性直接關系到變電站的安全運行和平穩供電。變電站的直流系統被人們稱為變電站的“心臟”，可見它在變電站中是多么的重要。煤氣化公司的供電系統始建于20世紀80年代初，因受當時技術條件的限制，陸續建起的變電站直流系統設備有的為硅整流電容補償直流電源，有的為帶有鉛酸蓄電池的KGCA-50／98～360、KGCFA-75／200～360型硅整流直流電源，有的為BZGN-20／220型鎘鎳電池直流屏。部分投運較早、運行時間較長的變電站直流設備老化嚴重，給變電站的安全、可靠運行帶來了嚴重的威脅。如某35 kV變電站就曾因直流系統故障，造成越級跳閘，導致全站失電的惡性事故。其它各站雖未發生大的事故，總因直流系統經常發生問題，缺陷較多，有的缺陷無法處理，致使直流系統長期處于“帶病”運行狀態，導致給用戶無法正常供電。

　　隨著電力工業的迅速發展，為提高電網的供電質量，使電網安全、經濟運行，并實現電力系統的自動化，從而對電力控制系統的關鍵設備一控制電源的要求也越來越高。而原來的直流設備均采取傳統的相控電源，效率低、紋波系數大，在電磁輻射、熱輻射、噪聲等方面都不盡人意。另外，監控系統不完善，采取1+1備份方式，對二次電路越來越先進的儀器儀表、控制、自動化設備很難滿足其技術要求。此外由于相控電源浮充電壓易波動，會出現蓄電池脈動充放電現象，對免維護蓄電池損害極大，影響電池壽命。加之其它設備改造和新設備的投入，原來的相控電源已遠遠不能滿足中原油田電力系統的需要，急需進行改造更換，才能保證電氣設備的安全運行和平穩供電。而智能高頻開關電源由于其體積小，重量輕，技術指標優越，模塊化設計，N+1熱備份方式，便于“四遙”等優點，已在諸多領域得到廣泛應用。為了使煤氣化供電設備達到同行業先進水平的目標，根據系統實際情況，在近幾年的變電站改造中直流系統設備采用目前先進的智能高頻開關電源系統。

2 智能高頻開關電源系統的性能特點

　　為了保證智能高頻開關電源系統的質量，我們組織了多名技術人員對多個生產廠家進行了考察，了解廠家的生產工藝、規模和實驗測試手段等情況，經過“貨比三家”后，技術改造決定使用GZDW－200／220型操作電源。它是專為電力系統研制開發的新型“四遙”高頻開關電源，采取高頻軟開關技術，模塊化設計，輸出標稱電壓為220 V，配有標準RS-232接口，易于與自動化系統對接，適用于各類變電站、發電廠和水電站使用。此設備有下列性能特點：

　　(1)模塊化設計，N+1熱備，可平滑擴容。
　　(2)監控功能完善，高智能化，采取大屏幕液晶漢字顯示，聲光告警。
　　(3)監控系統配有標準RS-232接口，方便接入自動化系統，實施“四遙”及無人值守。
　　(4)對蓄電池自動管理及自動維護保養，實時監測蓄電池組的端電壓，充、放電電流，自動控制均、浮充以及定期維護性均充。
　　(5)具有電池溫度補償功能。
　　(6)模塊可帶電插拔，更換安全方便。
　　(7)降壓方式采取新型高頻軟開關無級雙向調壓，摒棄傳統硅堆降壓方式，輸出電壓精度高，動態響應速度快。
　　(8)采用最新軟開關電源技術，采用進口器件。

3 智能高頻開關電源系統的組成及各部分作用

　　智能高頻開關電源系統由交流配電，絕緣檢測，監控模塊、整流模塊、調壓模塊，直流饋電等組成。系統工作原理框圖如圖1所示。

　　交流配電為系統提供三相交流電源，監測三相電壓、電流及接觸器狀態；判斷交流輸入是否滿足系統要求，在交流輸人出現過壓、欠壓、不平衡時自動切斷有故障的一路，并切換到另一路供電，系統發出聲光告警。裝有每相通流量40 kA、響應速度為25 μs的三相避雷器，能有效地防止雷擊對設備造成的損壞。

　　絕緣監測采用進口非接觸式直流微電流傳感器，利用正負母線對地的接地電阻產生的漏電流，來測量母線對地的接地電阻大小，從而判斷母線的接地故障。這一技術無須在母線上疊加任何信號，對直流母線供電不會有任何不良影響，徹底根除由直流母線對地電容所引起的誤判和漏判，對于微機接地監測技術是一重要突破。

　　監控模塊是整個直流系統的控制、管理核心，其主要任務是對系統中各功能單元和蓄電池進行長期自動監測，獲取系統中的各種運行參數和狀態，根據測量數據及運行狀態實時進行處理，并以此為依據對系統進行控制，實現電源系統的全自動精確管理，從而提高電源系統的可靠性，保證其工作的連續性、安全性和可靠性。具有 “遙測、遙信、遙控、遙調”四遙功能，配有標準RS-232接口，方便納入電站自動化系統。

　　整流模塊為合閘母線、控制母線提供正常的負荷電流，本身具有LCD漢字顯示、操作鍵盤，模塊工作狀態和工作參數一目了然，可以帶電插拔，具有軟件較準，自主均流、ZVS軟開關技術。

　　調壓模塊無論合閘母線電壓如何變化，輸出電壓都被穩定控制在220(1土0．5％)V，具有帶電拔插技術、軟開關技術和雙向調壓特性。

　　直流饋電設有控制輸出、合閘輸出、電池輸入、閃光、事故照明、48 V電源輸出等。控制母線有三種途徑供電，確保控制母線供電安全可靠。配有智能直流監控單元，可測量母線電壓、電流及開關狀態等。

　　電池巡檢儀對電池電壓進行實時監測，將信息及時反饋到監控模塊。

　　蓄電池全密閉、免維護、無污染、無腐蝕，任何方向可放置使用，使用溫度范圍寬(-40℃～60℃)；深放電至零伏，24 h內充電可恢復；可大電流放電，起動電流大，自放電率極低，具有安全防爆排氣系統，是理想的操作、控制不問斷電源。■