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所用電屏/交直流屏（110KV變電所工程

近年來(lái)，高中壓開(kāi)關(guān)電器、綜自系統(tǒng)在電力系統(tǒng)受到高度重視，變電站綜合技術(shù)與智能化水平得到了極大的提升。然而，針對(duì)站用電源的技術(shù)研究與產(chǎn)品創(chuàng)新卻相對(duì)滯后，傳統(tǒng)站用電源設(shè)計(jì)方案已難以適應(yīng)新型變電站的發(fā)展需要。

本文針對(duì)傳統(tǒng)站用電源分散設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，闡述了站用交直流一體化電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及其技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)其所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益等方面進(jìn)行了綜合分析。

1、傳統(tǒng)站用電源分散設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

一直以來(lái)，變電站站用電源分為交流電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、UPS不間斷電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)等，各子系統(tǒng)采用分散設(shè)計(jì)，獨(dú)立組屏，設(shè)備由不同的供應(yīng)商生產(chǎn)、安裝、調(diào)試，供電系統(tǒng)也分配不同的專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行管理。站用電源的分散設(shè)計(jì)與管理，存在著諸多問(wèn)題：

1)   站用電源難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理

由不同供應(yīng)商提供的交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)通信規(guī)約一般不兼容，難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)管理，自動(dòng)化程度低。由于沒(méi)有統(tǒng)一的監(jiān)控設(shè)備對(duì)整個(gè)站用電源進(jìn)行管理，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，無(wú)法進(jìn)行站用電源協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、狀態(tài)檢修等深層次開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

2)   可靠性受到影響

  由于站用電源信息不能網(wǎng)絡(luò)共享，針對(duì)故障或告警信息不具備進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)平臺(tái)，不同專(zhuān)業(yè)的巡檢人員分別管理各個(gè)電源子系統(tǒng)，難以進(jìn)行系統(tǒng)分析判斷、及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患。

對(duì)于涉及需站用電源各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)才能解決的問(wèn)題難以統(tǒng)一處理。如：防雷配置，避雷器參數(shù)選擇，安裝位置只有將整個(gè)站用電源交直流系統(tǒng)統(tǒng)一考慮才能解決；由于充電模塊均流對(duì)于直流母線(xiàn)上紋波較敏感，需要對(duì)母線(xiàn)所接負(fù)荷，如逆變電源等反灌電流進(jìn)行統(tǒng)一治理等。

3)   經(jīng)濟(jì)性較差

  由不同供應(yīng)商分別設(shè)計(jì)各個(gè)子系統(tǒng)，資源不能綜合考慮，造成配置重復(fù)，一次性投資顯著增加。如：直流電源，UPS不間斷電源、通訊電源分別配置獨(dú)立的蓄電池，浪費(fèi)用嚴(yán)重；交流系統(tǒng)配置電源自動(dòng)切換設(shè)備，充電模塊前又重復(fù)配置，既浪費(fèi)又使設(shè)備之間難于協(xié)調(diào)運(yùn)行。

4)   長(zhǎng)期維護(hù)不方便，增加成本

各個(gè)供應(yīng)商由于利益差異使安裝、服務(wù)協(xié)調(diào)困難，站用電源一旦出現(xiàn)故障需向多個(gè)廠(chǎng)家進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，造成溝通困難與效率低下。

現(xiàn)有變電站站用電源分配不同專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行管理：交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)由變電人員進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)，UPS由自動(dòng)化人員進(jìn)行維護(hù)，通信電源由通信人員維護(hù)。人力資源不能總體調(diào)配，通信電源、UPS等也沒(méi)有納入變電嚴(yán)格的巡檢范圍，可靠性得不到保障。

2、交直一體化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及特點(diǎn)

  通過(guò)分析與研究傳統(tǒng)站用電源分散設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，針對(duì)性提出了站用交直流一體化的設(shè)計(jì)思路，以實(shí)現(xiàn)：第一、建立站用電源統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)智能平臺(tái)；第二、消除站用電源隱患；第三、提高站用電源管理水平；第四、進(jìn)行深層次開(kāi)發(fā)，提高站用電源安全與智能化水平。

1)   交直流一體電源系統(tǒng)的定義

  站用交直流一體化電源系統(tǒng)是指：將站用交流電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、逆變電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、監(jiān)控、生產(chǎn)、調(diào)試、服務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信、設(shè)計(jì)優(yōu)化、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)站用電源安全化、網(wǎng)絡(luò)智能化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)站用電源交鑰匙工程，實(shí)現(xiàn)效益最大化目標(biāo)。

智能站用電源交直流一體化系統(tǒng)包括：智能交流電源子系統(tǒng)、智能直流電源子系統(tǒng)、智能逆變電源子系統(tǒng)、智能通信電源子系統(tǒng)、一體化監(jiān)控子系統(tǒng)。

2)   主要技術(shù)特征

  站用交直流一體化電源系并不是對(duì)交流、直流電源系統(tǒng)的簡(jiǎn)單混裝，其主要技術(shù)特征表現(xiàn)在：

(1)       網(wǎng)絡(luò)智能化設(shè)計(jì)：通過(guò)一體化監(jiān)控器對(duì)站用交流電源、直流電源、逆變電源、通信電源進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，建立統(tǒng)一的信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化。支持61850通訊規(guī)約。

(2)       設(shè)計(jì)優(yōu)化：A、取消充電模塊前的交流自動(dòng)切換回路；B、取消原直流系統(tǒng)對(duì)交流部分的數(shù)據(jù)采集（配電監(jiān)控）；C、統(tǒng)一進(jìn)行波形優(yōu)化處理，針對(duì)逆變電源反灌電流影響充電模塊均流進(jìn)行抑制等；D、統(tǒng)一進(jìn)行防雷配置；

(3)       對(duì)交流電源部份進(jìn)行安全、智能化設(shè)計(jì)：A、進(jìn)線(xiàn)采用ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)化開(kāi)關(guān)、實(shí)現(xiàn)電氣與機(jī)械雙閉鎖；B、饋線(xiàn)采用固定插拔式安裝、無(wú)打孔母線(xiàn)技術(shù)；C、集中進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“四遙”功能等。

(4)       優(yōu)化蓄電池配置：A、可取消UPS，使用逆變器直接掛于直流母線(xiàn)代替；B、取消通信蓄電池組及充電設(shè)備，使用DC/DC變換器直接掛于直流母線(xiàn)代替。

(5)       系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：根據(jù)交流進(jìn)線(xiàn)運(yùn)行方式，自動(dòng)調(diào)整直流運(yùn)行，達(dá)到最佳方式運(yùn)行。

(6)       二次配電管理：對(duì)二次配電進(jìn)行統(tǒng)一管理，如照明、風(fēng)機(jī)、空調(diào)、水泵、門(mén)禁等站用非主控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一智能化管理。

(7)       建立專(zhuān)家智能管理系統(tǒng)：固定數(shù)據(jù)庫(kù)+實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)+專(zhuān)家智能管理。

(8)       深層次開(kāi)發(fā)：一體化信息共享平臺(tái)，為站用電源的深層開(kāi)發(fā)提供了可能，可根據(jù)客戶(hù)的需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

3)   交直流一體化電源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

(1)實(shí)現(xiàn)站用電源網(wǎng)絡(luò)化、智能化，一體化程度更高

實(shí)現(xiàn)在一個(gè)平臺(tái)上對(duì)整個(gè)電站電源的交與直流系統(tǒng)、逆變電源系統(tǒng)、通信進(jìn)行監(jiān)控，解決由不同供應(yīng)商提供的各獨(dú)立電源通信規(guī)約兼容等問(wèn)題，提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度。

A、各子系統(tǒng)智能設(shè)備通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)接入一體化監(jiān)控器，一體化監(jiān)控器1個(gè)通信口、一種規(guī)約接入綜自/調(diào)度系統(tǒng)；

B、可以在一個(gè)位置實(shí)時(shí)查看各子系統(tǒng)的電量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、事件信息等，可修改系統(tǒng)參數(shù)、運(yùn)行方式、遙控開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)站用電源“四遙”功能；

C、統(tǒng)一的信息共享平臺(tái)，可以提高站用電源綜合自動(dòng)化應(yīng)用水平，進(jìn)行站用電源協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、狀態(tài)檢修等深層次開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

(2)站用電源更加安全可靠

一次、二次設(shè)備均采用成熟可靠技術(shù)，其本身沒(méi)有任何技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)一體設(shè)計(jì)可以有效避免站用電源的安全隱患。

A、蓄電池一體化設(shè)計(jì)，避免了UPS蓄電池與通信電源蓄電池維護(hù)不精細(xì)、損壞不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

B、可以對(duì)站用電源故障進(jìn)行綜合分析，及時(shí)發(fā)潛在問(wèn)題；

C、可以實(shí)現(xiàn)對(duì)站用電源共性隱患進(jìn)行統(tǒng)一處理，如：統(tǒng)一防雷配置、統(tǒng)一波形優(yōu)化處理等。

(3)提高站用電源管理水平

一體化電源便于集中管理全站電源系統(tǒng)，提供站用電源的整體管理水平。由一組維護(hù)人員同時(shí)管理、維護(hù)全站電源，便于統(tǒng)一調(diào)配人力資源；將通信電源、UPS等納入變電的巡檢范圍，便于對(duì)信息的進(jìn)行綜合分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患。

(4)實(shí)行生產(chǎn)廠(chǎng)家“交鑰匙工程”

由一家廠(chǎng)家提供所有電源的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、服務(wù)，一攬子解決所有站用電源問(wèn)題，可以減少采購(gòu)、協(xié)調(diào)、溝通成本。

3、一體化電源針對(duì)數(shù)字化變電站的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

1) 實(shí)現(xiàn)站用電源模塊化、數(shù)字化

(1)所有開(kāi)關(guān)智能模塊化，對(duì)外無(wú)二次接線(xiàn)、只有通訊線(xiàn)

所謂開(kāi)關(guān)智能模塊化是指，將開(kāi)關(guān)及傳感器、智能電路板集成在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，全部二次接線(xiàn)全部在機(jī)箱內(nèi)完成，對(duì)外只有通信接口的設(shè)計(jì)模塊。

對(duì)集中功能分散化，使模塊之間、屏柜之間無(wú)二次聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。如，絕緣檢測(cè)饋線(xiàn)漏電流檢測(cè)分散到直流饋線(xiàn)模塊實(shí)現(xiàn)，蓄電池電壓采集分散到電壓采集模塊分散實(shí)現(xiàn)。將各個(gè)模塊進(jìn)行積木式組合即可形成一整套設(shè)備，可大大縮短供貨周期；相同參數(shù)模塊可以互換，檢修維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化。

一體化電源可以分為以下模塊：交流進(jìn)線(xiàn)模塊、交流饋線(xiàn)模塊、充電模塊、降壓模塊、逆變電源模塊（代替UPS）、通信DC/DC模塊（直接掛于直流母線(xiàn)）；直流饋線(xiàn)模塊、站用電源一體化監(jiān)控模塊等。

(2)開(kāi)放式系統(tǒng)

一體化監(jiān)控模塊通過(guò)光纖媒介、IEC61850規(guī)約與外界進(jìn)行信息互換。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備之間，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備和系統(tǒng)外設(shè)備能進(jìn)行信息互換，執(zhí)行特定功能。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可象瀏覽網(wǎng)頁(yè)一樣查看站用電源所有數(shù)據(jù)。

2) 程序化電源開(kāi)發(fā)運(yùn)用

 (1)一體化運(yùn)行的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)

對(duì)站用電源負(fù)荷開(kāi)關(guān)依據(jù)負(fù)荷之間一定條件、一定邏輯進(jìn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。如，根據(jù)交流進(jìn)線(xiàn)運(yùn)行方式，自動(dòng)調(diào)整直流運(yùn)行，達(dá)到最佳方式運(yùn)行。

(2)實(shí)現(xiàn)站用輔助設(shè)備系統(tǒng)智能化管理

變電站輔助設(shè)備是指變電站照明、配電、空調(diào)、風(fēng)機(jī)、消防、門(mén)禁、周界保護(hù)系統(tǒng)+生活水泵等系統(tǒng)設(shè)備的統(tǒng)稱(chēng)。智能終端就地和輔助設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)上行下達(dá)信息數(shù)字化傳輸，根據(jù)程序化操作方案采集相應(yīng)輔助設(shè)備信息，作為動(dòng)作條件，產(chǎn)生程序化動(dòng)作。

應(yīng)用舉例1：在小室內(nèi)安裝溫度監(jiān)測(cè)裝置，將采集的溫度信息利用通信上傳到一體化監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊根據(jù)溫度設(shè)定自動(dòng)啟/停風(fēng)機(jī)電源開(kāi)關(guān)，避免長(zhǎng)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)。

舉例2：周界報(bào)警發(fā)現(xiàn)非法進(jìn)入，其信息傳到一體化監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊立即啟動(dòng)照明系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，并協(xié)調(diào)立即啟動(dòng)攝像系統(tǒng)。

交直流一體化電源在設(shè)計(jì)上充分體現(xiàn)了電力系統(tǒng)所倡導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保理念，具體良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4、經(jīng)濟(jì)性分析

(1)減少重復(fù)配置，降低一次性投資：取消通信蓄電池和UPS蓄電池；取消充電模塊前的交流自動(dòng)切換回路；取消原直流系統(tǒng)對(duì)交流部分的數(shù)據(jù)采集（配電監(jiān)控）等。

(2)降低長(zhǎng)期維護(hù)成本：由一組維護(hù)人員替換原來(lái)四組維護(hù)人員，可大大減少人力成本支出；可減少采購(gòu)、協(xié)調(diào)管理等成本。

以2回交流進(jìn)線(xiàn)＋2組充電模塊＋2組蓄電池（300A）的系統(tǒng)為例，分析對(duì)比如下：

綜合上述所述，交直流一體化電源可節(jié)約一次性投資約6.90萬(wàn)元，節(jié)約維護(hù)人員薪資約90萬(wàn)元；其安全與智能化的設(shè)計(jì)所帶來(lái)隱性節(jié)約與社會(huì)效益，難以量化計(jì)算。

5、技術(shù)節(jié)能性分析

(1)對(duì)饋線(xiàn)智能控制，可減少電能浪費(fèi)

一體化電源實(shí)現(xiàn)了對(duì)每路饋線(xiàn)進(jìn)行有條件控制，可對(duì)小室風(fēng)機(jī)負(fù)荷設(shè)定根據(jù)溫度自動(dòng)啟動(dòng)，防止長(zhǎng)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)等不必要的電能浪費(fèi)，同時(shí)也提高了設(shè)備使用壽命。目前，110KV及以下變電站基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班，結(jié)合遙視系統(tǒng)可不需人到現(xiàn)場(chǎng)就能實(shí)現(xiàn)設(shè)備巡視。而遙視系統(tǒng)需要照明系統(tǒng)配合完成，在人不需查看時(shí)，照明燈是可以不用開(kāi)啟的，因此防止長(zhǎng)明燈等不必要的電能浪費(fèi)就可節(jié)約電能。

(2)使用有源逆變器將蓄電池放電電流回饋電網(wǎng)

以一般110KV變電站為例：配置2V，300AH閥控式鉛酸蓄電池104只。在核對(duì)蓄電池組容量試驗(yàn)中，放電電流為1C~2C，如果取1.5C=450A，放電試驗(yàn)時(shí)間按1H計(jì)算。則放電電流回饋電網(wǎng)可節(jié)電450A*220V*1H=99KWH。更重要的是使用有源逆變器將蓄電池放電電流回饋電網(wǎng)避免了放電負(fù)載發(fā)熱燃燒等危險(xiǎn)。

(3)采用高頻式電源變換器達(dá)到節(jié)能效果

為了提高電能利用率，站用電源一體化系統(tǒng)擴(kuò)大了一次電能經(jīng)電量變換器優(yōu)化功率因數(shù)后輸出帶載的比例，如：事故照明負(fù)荷經(jīng)專(zhuān)用逆變輸出，通信電源由DC/DC掛于直流母線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，也可按用戶(hù)要求提供大負(fù)荷電量變換器優(yōu)化功率因數(shù)后輸出帶載，達(dá)到節(jié)能效果。

6 、技術(shù)環(huán)保性分析

(1)鉛酸蓄電池的環(huán)保問(wèn)題

現(xiàn)行各類(lèi)鉛酸蓄電池產(chǎn)品，通常在使用期限內(nèi)，逐漸就會(huì)出現(xiàn)充電困難、容量降低、自放電嚴(yán)重而導(dǎo)致失效報(bào)廢。上述問(wèn)題的產(chǎn)生原因最終可歸結(jié)為，因?yàn)闃O板和電解液之間的反復(fù)充放電而產(chǎn)生的“不可逆的硫化”現(xiàn)象，當(dāng)這種現(xiàn)象積累到一定程度，便會(huì)導(dǎo)致蓄電池的極板被硫化物覆蓋，失去活性而無(wú)法使用。目前，對(duì)于廢舊電池的處理一般采取固化填埋的方式。該方式雖然能夠有效防止污染擴(kuò)散，但是電池所含的鉛、汞等材料依然是個(gè)環(huán)保隱患。此外，為固化填埋而建設(shè)的工業(yè)固體廢物處置場(chǎng)，其建設(shè)費(fèi)用不菲。

綜上分析：對(duì)于鉛酸蓄電池環(huán)保問(wèn)題，減少其用量是最好的解決辦法。

(2)取消通信蓄電池組對(duì)環(huán)保的貢獻(xiàn)

以1個(gè)110KV變電站為例：常規(guī)設(shè)計(jì)通信蓄電池組2組，每組需要2V 100AH鉛酸蓄電池24只，2組共需48只。即站用電源一體化取消通信蓄電池組使用DC/DC變換器直接掛于直流母線(xiàn)代替，可節(jié)約48只2V 100AH鉛酸蓄電池使用量。

截至2003年末，全國(guó)約有110kV變電站5900余座，66kV/35kV變電站有5700余座。另有數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)110KV以下、35KV以上的終端變電站有18000余座。如果110kV及以下變電站均實(shí)現(xiàn)取消通信蓄電池組，則可節(jié)約2V 100AH鉛酸蓄電池（0.59萬(wàn)+0.57萬(wàn)+1.8萬(wàn)）*48=2.96萬(wàn)*48=142.08萬(wàn)只。

(3)取消UPS蓄電池對(duì)環(huán)保的貢獻(xiàn)

以1個(gè)110KV變電站為例：常規(guī)設(shè)計(jì)1KVA 放電2小時(shí)UPS蓄電池，每臺(tái)UPS需要12V 7AH鉛酸蓄電池18只。

如果110kV及以下變電站均實(shí)現(xiàn)取消UPS蓄電池，則可節(jié)約12V 7AH鉛酸蓄電池2.96萬(wàn)*18=53.28萬(wàn)只。