集成式直流电源转接馈电装置的研制*

*基金项目：2021年国家电网公司研究开发费项目计划（群创和技术标准）(5211JX210019)资助

作者简介：卢思瑶（1991—），女，江苏泰州人，工程师，从事变电运检工作。

摘要：本文介绍了集成式直流电源转接馈电装置的研制过程，能够实现不同电压等级直流系统合母及蓄电池组电压降压至控母电压；实现电流电压监测；实现将异常信号实时接入后台及就地告警；拥有单一直流馈电屏所没有的降压硅链，从而多一条合闸母线，可接后备电源蓄电池或合闸空开负荷；同时，增加降压硅链强制并联隔离开关，对单母线系统此装置也依然适用。装置分为直流电源监测、降压、告警、指示、电流电压监测及馈电六大模块。在实际推广应用中，极大地提高直流检修人员的工作效率，保障了电网的安全运行。

0   引言

直流系统是变电站的“心脏”，为电力系统的控制回路、信号回路、继电保护、自动装置及照明等提供可靠稳定的不间断电源，它还为断路器的分、合闸提供操作电源，是变电站不可或缺的一部分。由于直流电源在二次系统所处的重要地位，直流系统自身的可靠及安全直接影响到整个系统的安全，尽管直流电源十分稳定可靠，但实际应用中，目前嘉兴110 kV 及以下电压等级的变电站，直流电源系统一般均设置一套，随着运行时间久远，直流电源系统性能下降、可靠性降低，故障频发，影响高压设备可靠供电，使直流系统的故障成为电力系统更大故障的事故隐患。直流系统运行状况的好坏直接关系到变电站二次系统能否正常工作，对电力系统安全稳定运行具有重要影响^[1-5]。

因此，及时对直流电源系统升级改造就显得尤为重要，适时的对老化严重的直流系统进行改造，不但可以提高设备运行的稳定性，也可以节约日常运行维护的人力、物力资源。但是因场地空间受限或控制、装置电缆长度不够等原因，直流充馈电屏无法实现易地更换改造，并且针对用电单位对供电要求较高，全站设备无法满足全部停电要求，改造工程需进行负荷转供，但改造过程中存在整站保护及自动化装置失电引起装置误动甚至瘫痪的风险，因此改造过程中直流电源转接馈电装置的应用就显得尤为重要。

为此，本文对当前变电站直流电源转接馈电装置开展分析研究，通过大量的数据分析以及反复论证，从4个薄弱点着手开展创新应用，从而进一步提高工作效率，精益化管理生产队伍，提高供电服务质量。本文的创新点为：①装置高度集成化、小型化，节省大量组装拆接时间，且能覆盖所有馈线，适用变电站多种改造工况。②加入绝缘监测装置，确保负荷转供期间的安全；此外，加入本地声光告警以及后台告警功能，当改造过程中有任何告警会提醒检修及值班人员及时处理。③装置配有合母充电接口，控母充电接口以及蓄电池接口及保护，三者均可提供电源。④拥有单一直流馈电屏所没有的降压硅链，从而多一条合闸母线，可接后备电源蓄电池或合闸空开负荷。降压硅链可方便拆卸更换，且适用于直流系统各种运行方式，增加了降压硅链强制并联隔离开关，对单母线系统此装置也依然适用。

1   现状分析

近年来，电网规模的迅速扩大，以嘉兴电网为例，2005—2015 年，变电所数量由原先102 座剧增至181 座，增幅比例77.5%；检修工作日益增多，而与此相对应的，检修人员数量变化不大。随着社会经济的发展，对可靠供电提出了更高的要求。

嘉兴地区有些老旧变电站直流系统已运行10多年，设备严重老化，且无备件更换，直流系统改造任务势在必行。根据年度工作计划，新建变电站及老旧变电站直流改造工程日益增多。针对变电站直流系统改造工程的用户需求进行调研，用户及公司提出直流负荷转供11 h（660 min）保证投入的需求，确保用电质量。目前，直流改造缺少必要的直流电源转接装置，所需装置笨重繁杂且重复拆接线导致工作流程复杂，工作效率低下；改造过程中典型电磁继电器绝缘监察装置存在固有缺点，且缺少交流窜入直流系统告警功能；目前的硅链电压自动调压装置都为固定式，在改造过程中对不同电压等级的直流系统不通用。当二极管开路或者损坏时，整个直流系统控制母线都将失电，影响直流系统安全运行。当直流系统为单母线系统时，无法提供正常的控制母线电压；在改造现场或者改造中断后，当系统出现异常时，现场改造人员不能及时发现异常情况。根据现场工作需要设计了一种集成式直流电源转接馈电装置，其具备电源接入、降压、实时报警、馈电、电压电流显示等功能，实现直流改造中负荷转供工作，保障内外顾客实际需求，应用前景广泛。

2   制定方案

从直流电源转接馈电装置的功能入手，确定装置的基本模块。一般而言，变电站直流电源转接馈电装置应具备：①实现不同电压等级直流系统合母及蓄电池组电压降压至控母电压；②直流系统故障报警；③电流电压监测功能；④准确输出直流馈电等功能，基于以上功能，装置应具备降压模块、指示模块和馈电模块。此外，为了更好满足工作安全性，考虑配备直流绝缘检测和告警功能；为了提高工作效率，增加可视化模块，即各种测量仪表，便于对比参数是否一致。

根据直流电源转接馈电装置的实际功能设定，对应的装置应具备直流绝缘检测、降压、告警、指示、电流电压监测以及馈电六大模块，应具有电源接入、降压、实时报警、馈电、电压电流值显示等功能，实现对直流电源的转接工作。

图1 直流电源转接馈电装置模块划分

通过将各个功能模块集成化且一体化实现一次接线、一个装置完成直流电源转接，大幅缩短技改时间，提高了工作效率。

3   方案实施

通过对方案的细化分解，通过对相关参数及优缺点对比分析最终确定细化后方案如图2所示。

图2 方案细化分解图

步骤1 依据目标：①直流绝缘检测装置采样稳定，误差不超过5%；②常规故障点查找时间不超过10 min；③完成直流绝缘检测模块中微机型装置或继电器型装置的选择。进一步选取：①接地电阻值采样误差；②装置重量及价格，选型采购电源模块，查询相关直流绝缘检测装置型号，确保满足要求。

步骤2 依据目标：①降压硅链降压稳压精度不超过2%；②合适的质量和体积，完成降压模块选择，对比固定式及抽拉式确定采用抽拉式降压模块。

步骤3 依据目标：①直流系统异常确定时间不超过10 min；②异常传达准确率。对比就地+ 远程式模式及远程+ 手机通信式，通过现场试验，选择就地+ 远程式模式，确保满足要求。

步骤4 依据目标：①指示灯光源功率小；②绝缘电阻不小于2 MΩ。选型采购LED 指示灯，安装、接线到位并进行调试，确保满足要求。

步骤5 依据目标：①数据读取误差小；②读取时间短。选型采购电流电压测量模块，确保满足要求。

步骤6 依据目标：①开关分断后恢复时间不超过10 min；②机械寿命长；③完成熔断开关和空气开关的选择。进一步选取：①对开关通以5In、10In、50In 的电流，断开时间不大于100 ms；②稳定性高，灭弧性能满足要求；③完成直流空气开关和交流空气开关的选择。选型采购直流馈电模块，确保满足要求。

最终完成以下集成式直流绝缘检测装置，其总原理框图如图3。

图3 集成式直流绝缘检测装置原理框图

4   效果检查

通过装置不同模块间的配合，能够实现不同电压等级直流系统合母及蓄电池组电压降压至控母电压；实现电流电压监测、直流接地监测、交流窜入监测过压、欠压监测等功能，并将异常信号通过硬接点和RS-485 接口接入后台实现实时后台及就地告警；拥有单一直流馈电屏所没有的降压硅链，从而多1 条合闸母线，可接后备电源蓄电池或合闸空开负荷。降压硅链可方便拆卸更换，各个电压等级变电站适应性强，且适用于直流系统各个运行方式，增加了降压硅链强制并联隔离开关，对单母线系统此装置也依然适用；同时，提供蓄电池电压、蓄电池电流、控母电压、总负荷电流监测功能。

图4 装置实物图

1）在安全方面。为保证成果安全、可靠投入使用，对装置的各项数据进行检测，各项数据100% 合格。在多处现场实践应用过程中效果良好，经相关部门认证，该装置在安全、质量、管理、成本等方面均无负面影响。

图5 装置现场使用情况

2） 在效率方面。采用集成式直流电源转接馈电装置后，使得变电站负荷转供时间大大缩短，由1 050 min 缩短至590 min，较使用前节省460 min，效率提升43.8%。

通过编写编制《集成式直流电源转接馈电装置作业指导书》、《集成式直流电源转接馈电装置使用说明书》、对检修人员开展直流装置专项培训、图纸归档等方法进行成果巩固。并通过培训使得技改检修人员熟悉装置使用操作流程，提升工作效率。

目前发明专利已授权：CN110277779B《一种用于临时替代直流屏的供电装置》；实用新型专利已授权：CN212114877U《一种蓄电池的远程监控装置》。集成式直流电源转接馈电装置在变电站直流系统改造效率上的提升，以及技改工作安全性及便捷性的改善，可以在较大范围内代替传统直流改造负荷转供方法；且该装置集成多功能组件于一体，方便、安全、快捷。因此，集成式直流电源转接馈电装置能够适应更多变电站建设工程的需要，应用范围很广，节省大量的人力物力，提升了供电可靠性。

5   结束语

本文研制的集成式直流电源转接馈电装置，其关键技术是公司在以下方面开展创新应用的基础上实现的，包括：对嘉兴电网乃至系统内相关兄弟企业的变电站直流系统改造工作全面调研；对负荷转接工作深度研究，结合实际情况进行技术分析；梳理日常工作过程中存在的断层，通过大量数据分析及反复论证集成化、一体化直流馈电转接装置、绝缘监察装置、硅链电压自动调压装置的薄弱点。

从国内外电力行业的情况来看，本文成果所述集成式直流电源转接馈电装置为国内首台首套，极大地提高了直流系统改造工作效率和安全性。通过变电站充馈电屏的发明原理实现一台装置一次拆接线完成多项电源负荷转接内容，多维智能防护技术确保测试过程中人身、电网、设备安全，改进后的硅链电压自动调压装置及告警系统保证了正常运行时降压及直流故障正确报警等环节的创新性实践。充分融合后改变了以往相对碎片化的改造手段，提升了直流改造工作的安全和效率，在电网安全、供电可靠性、服务地方经济以及推进电网技术及管理发展等方面体现了显著的经济效益。

参考文献：

[1] 国家能源局.中华人民共和国电力行业标准直流电源系统监测技术条件(DL/T1392-2014)[S].

[2] 国家能源局.中华人民共和国电力行业标准直流电流系统用测试设备通用技术条件(DL/T 1397.1—2014)[S].

[ 3 ] 国家能源局.国家能源局关于印发《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的通知[Z].2014.

[4] 国家电网公司.国家电网公司企业标准直流电流系统用测试设备通用技术条件(Q/GDW 1901.2013)[Z].2014.

[5] 陈庆军.直流设备检修[M].北京:中国电力出版社,2010.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年10月期）