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1、一种110kV站新型直流后备电源系统应用研究引言 发电厂和变电站中，直流控制负荷包括电气和热工系统的控制、信号、保护、自动装置以及某些执行机构，这些都是保证发电厂和变电站正常、安全运行的极为重要的负荷。直流控制电源，除为直流控制负荷供电外，还为一些动力负荷供电，例如大合闸电流的电磁操动机构、事故照明装置等。可见，直流控制电源系统兼有直流保安电源的功能，其工作的可靠性是极为重要的1。常规的直流系统由蓄电池、充电装置、直流母线、绝缘监察装置、电压监察装置、闪光装置、负荷等组成。110kV及以下变电站宜装设1组蓄电池2。国家电网宁波地区部分110kV变电站的直流系统只有一套，配一组蓄电池组此110k
2、V变电站站用直流系统的核心蓄电池组是由52/104节2V单体电池串联组成，形成系统存在以下隐患： （1）蓄电池组正常运行时处于浮充状态，虽然可以监测到单体蓄电池的电压，却无法准确监测到单体电池内部质量问题，蓄电池组中一旦单个蓄电池出现故障，整组蓄电池将无法向负载供电4。 （2）蓄电池组中单节电池出现故障，无法在线更换维护单体电池。 （3）蓄电池组中的单节蓄电池需要同一厂家，同一批次的蓄电池串联，不同电池无法在串联蓄电池直流系统中混合使用。 随着无人值守变电站的普及以及变电站系统自动化程度的提高，对直流系统运行可靠性提出了更高要求，对于110kV变电站也可装设2组蓄电池2，如果在改造站点增加一套
3、串联蓄电池组的话，系统看似有冗余增加可靠性，但是仍然摆脱不了串联结构直流系统的上述缺点，而且增加了蓄电池组还需要增加相应的充电及监测装置，还存在增加设备占地面积等问题，会造成性价比不高。 文章在采用并联智能电池模块，利用模块与蓄电池组合后配置成并联智能直流电源系统，由于系统是多模块并联放置于常规柜体，根据直流系统负荷大小选择模块数量及电池容量，组成所需要直流系统作为后备电源，并应用于某110kV站来提高直流系运行可靠性。 1 并联智能直流系统的原理介绍 并联智能直流电源系统由多个并联智能电池组件组成，每个模块独立配置1节12V电池，每个模块之间的蓄电池是相互独立的，相互间无直接的影响。系统结构
4、图如图1所示。 并联智能电池组件是此系统的关键部件，该组件是通过将12V蓄电池与匹配的AC/DC充电变换电路、DC/DC变换电路等部件组合设计为“并联智能电池组件”，并通过多只组件高压输出并联，组成满足实际需要的并联智能直流电源系统，取代变电站传统设计中的充电模块、蓄电池组、蓄电池巡检设备配置。每个并联智能电池组件内有CPU智能电路对组件内的AC/DC电路、DC/DC变换器进行监测和控制，精确控制电池组件工作在其对应状态下，并与整个系统的监控器进行通信，接受系统的指令。 单个并联智能电池组件内部基本原理如图2所示。 并联智能组件装置交流输入为市电AC220V，经过AC/DC稳压输出后，分别经两
5、个DC/DC输出两路直流电源，一路DC/DC直接输出DC220V/110V给负载供电，另一路DC/DC输出12V，给12V蓄电池充电用， 蓄电池经另一路升压DC/DC输出与AC/DC的输出并联，在交流停电时，向负载不间断供电。 并联智能电池组件高压输出电压包括220VDC/110VDC，具有阶梯限流特性，短时一分钟可以输出2.5倍额定电流，达到1100W，长期可维持1.1倍的额定输出3。智能电池组件在组成系统时具备自动均流功能，智能电池组件采样最大值均流模式，均流电路调节输出电压能力小于0.5V。每个组件长期最大输出500W。智能电池组件具备完善的保护功能，包括输入过欠压保护，输出过欠压保护，
6、充电过压保护，电池欠压保护功能，输出过流保护 ，输出短路保护，模块过温保护，电池反接保护，电池过温保护等功能。每个组件均有RS485通讯接口，具备与上位机的通讯功能。 2 并联智能直流电源系统在浙江某110kV变电站作为后备电源应用方案介绍 并联智能直流系统可以作为110kV变电站单独的主供直流电源系统运行，亦可作为原来站用电源后备电源运行，给站内二次负荷供电。正常情况下，常规直流系统的母线电压是以浮充电压运行，浮充电压值通常为DC234V/DC117V，并联智能直流电源系统的输出为稳定的DC220V/DC110V，并联智能直流后备电源系统的母线可通过联络开关与站内原来系统的合闸母线相连，在常
7、规系统母线电压低于并联智能直流后备电源系统母线电压时，并联智能直流后备电源开始承担负载，实现整个系统的不间断供电。并联智能直流后备电源系统的设计步骤如图3所示。 并联智能直流后备电源系统与常规直流系统不同，由于电源组件输出直接挂在直流母线上，而蓄电池直接连接在模块上，在直流母线上。因此计算电源组件数量时，无需考虑蓄电池组浮充和均充要求，只需按各系统事故负荷来计算。由于电源组件具备短时输出最大功率功能（60s内输出2.5倍额定功率），因此对于冲击负荷，计算电源组件数量时可不予考虑，仅核算即可。并联智能电池组件的数量应满足正常工作时的经常性负荷、满足事故状态下事故负荷和冲击负荷的需要。组件数量按N+1原则（N6时）或N+2（N7时）或N80%（N7）冗余配置，取两者中最严苛的情况。