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智能高頻開關(guān)電源在變電站直流系統(tǒng)改造中應(yīng)用

2019-11-03 09:57:57
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供稿:網(wǎng)友
李 明 娣 , 張 希 峰 , 張 文 廣 , 田 海 霞

(中 原 油 田 供 電 管 理 處 , 河 南 濮 陽 457001)


  摘 要 : 分 析 了 建 站 較 早 的 變 電 站 直 流 系 統(tǒng) 改 造 的 必 要 性 和 改 造 后 所 取 得 的 效 果 , 介 紹 了 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 系 統(tǒng) 的 性 能 特 點 及 其 各 部 分 的 作 用 和 在 改 造 過 程 中 的 改 進 情 況 。

  關(guān) 鍵 詞 : 變 電 站 ; 直 流 系 統(tǒng) ; 改 造 ; 開 關(guān) 電 源

1 直 流 系 統(tǒng) 改 造 的 目 的 和 必 要 性

  變 電 站 內(nèi) 的 繼 電 保 護 、 自 動 裝 置 、 信 號 裝 置 、 事 故 照 明 和 電 氣 設(shè) 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(zhì) 量 及 可 靠 性 直 接 關(guān) 系 到 變 電 站 的 安 全 運 行 和 平 穩(wěn) 供 電 。 變 電 站 的 直 流 系 統(tǒng) 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 。 中 原 油 田 的 電 力 系 統(tǒng) 始 建 于 上 世 紀(jì) 70年 代 末 , 因 受 當(dāng) 時 技 術(shù) 條 件 的 限 制 , 陸 續(xù) 建 起 的 變 電 站 直 流 系 統(tǒng) 設(shè) 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(shè) 備 老 化 嚴(yán) 重 , 給 變 電 站 的 安 全 、 可 靠 運 行 帶 來 了 嚴(yán) 重 的 威 脅 。 如 某 110kV變 電 站 就 曾 因 直 流 系 統(tǒng) 故 障 , 造 成 越 級 跳 閘 , 導(dǎo) 致 全 站 失 電 的 惡 性 事 故 。 其 它 各 站 雖 未 發(fā) 生 大 的 事 故 , 總 因 直 流 系 統(tǒng) 經(jīng) 常 發(fā) 生 問 題 , 缺 陷 較 多 , 有 的 缺 陷 無 法 處 理 , 致 使 直 流 系 統(tǒng) 長 期 處 于 “ 帶 病 ” 運 行 狀 態(tài) , 導(dǎo) 致 給 用 戶 無 法 正 常 供 電 。

  隨 著 電 力 工 業(yè) 的 迅 速 發(fā) 展 , 為 提 高 電 網(wǎng) 的 供 電 質(zhì) 量 , 使 電 網(wǎng) 安 全 、 經(jīng) 濟 運 行 , 并 實 現(xiàn) 電 力 系 統(tǒng) 的 自 動 化 , 從 而 對 電 力 控 制 系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 設(shè) 備 — 控 制 電 源 的 要 求 也 越 來 越 高 。 而 原 來 的 直 流 設(shè) 備 均 采 取 傳 統(tǒng) 的 相 控 電 源 , 效 率 低 、 紋 波 系 數(shù) 大 , 在 電 磁 輻 射 、 熱 輻 射 、 噪 聲 等 方 面 都 不 盡 人 意 。 另 外 , 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 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(shè) 備 很 難 滿 足 其 技 術(shù) 要 求 。 此 外 由 于 相 控 電 源 浮 充 電 壓 易 波 動 , 會 出 現(xiàn) 蓄 電 池 脈 動 充 放 電 現(xiàn) 象 , 對 免 維 護 蓄 電 池 損 害 極 大 , 影 響 電 池 壽 命 。 加 之 其 它 設(shè) 備 改 造 和 新 設(shè) 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(tǒng) 的 需 要 , 急 需 進 行 改 造 更 換 , 才 能 保 證 電 氣 設(shè) 備 的 安 全 運 行 和 平 穩(wěn) 供 電 。 而 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 由 于 其 體 積 小 , 重 量 輕 , 技 術(shù) 指 標(biāo) 優(yōu) 越 , 模 塊 化 設(shè) 計 , N+ 1熱 備 份 方 式 , 便 于 “ 四 遙 ” 等 優(yōu) 點 , 已 在 諸 多 領(lǐng) 域 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 。 上 世 紀(jì) 90年 代 以 后 , 國 外 先 進 工 業(yè) 國 家 新 建 或 改 造 電 廠 和 變 電 站 已 全 部 采 用 高 頻 開 關(guān) 電 源 , 其 蓄 電 池 亦 全 部 采 用 免 維 護 蓄 電 池 。 為 了 實 現(xiàn) 中 原 油 田 電 網(wǎng) 設(shè) 備 達 到 同 行 業(yè) 先 進 水 平 的 目 標(biāo) , 根 據(jù) 電 網(wǎng) 實 際 情 況 , 直 流 系 統(tǒng) 設(shè) 備 改 造 采 用 目 前 先 進 的 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 系 統(tǒng) 。

2 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 系 統(tǒng) 的 性 能 特 點

  為 了 保 證 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 系 統(tǒng) 的 質(zhì) 量 , 我 們 組 織 了 多 名 技 術(shù) 人 員 對 多 個 生 產(chǎn) 廠 家 進 行 了 考 察 , 了 解 廠 家 的 生 產(chǎn) 工 藝 、 規(guī) 模 和 實 驗 測 試 手 段 等 情 況 , 經(jīng) 過 “ 貨 比 三 家 ” 后 , 技 術(shù) 改 造 決 定 使 用 GZDW— 200/220型 操 作 電 源 。 它 是 專 為 電 力 系 統(tǒng) 研 制 開 發(fā) 的 新 型 “ 四 遙 ” 高 頻 開 關(guān) 電 源 , 采 取 高 頻 軟 開 關(guān) 技 術(shù) , 模 塊 化 設(shè) 計 , 輸 出 標(biāo) 稱 電 壓 為 220V, 配 有 標(biāo) 準(zhǔn) RS 232接 口 , 易 于 與 自 動 化 系 統(tǒng) 對 接 , 適 用 于 各 類 變 電 站 、 發(fā) 電 廠 和 水 電 站 使 用 。 此 設(shè) 備 有 下 列 性 能 特 點 :

  1) 模 塊 化 設(shè) 計 , N+ 1熱 備 , 可 平 滑 擴 容 。

  2) 監(jiān) 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(jiān) 控 系 統(tǒng) 配 有 標(biāo) 準(zhǔn) RS 232接 口 , 方 便 接 入 自 動 化 系 統(tǒng) , 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(yǎng) , 實 時 監(jiān) 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(guān) 無 級 雙 向 調(diào) 壓 , 摒 棄 傳 統(tǒng) 硅 堆 降 壓 方 式 , 輸 出 電 壓 精 度 高 , 動 態(tài) 響 應(yīng) 速 度 快 。

  8) 采 用 最 新 軟 開 關(guān) 電 源 技 術(shù) , 采 用 進 口 器 件 。

3 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 系 統(tǒng) 的 組 成 及 各 部 分 作 用

  智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 系 統(tǒng) 由 交 流 配 電 , 絕 緣 檢 測 , 監(jiān) 控 模 塊 、 整 流 模 塊 、 調(diào) 壓 模 塊 , 直 流 饋 電 等 組 成 。 系 統(tǒng) 工 作 原 理 框 圖 如 圖 1所 示 。



  交 流 配 電 為 系 統(tǒng) 提 供 三 相 交 流 電 源 , 監(jiān) 測 三 相 電 壓 、 電 流 及 接 觸 器 狀 態(tài) ; 判 斷 交 流 輸 入 是 否 滿 足 系 統(tǒng) 要 求 , 在 交 流 輸 入 出 現(xiàn) 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(tǒng) 發(fā) 出 聲 光 告 警 。 裝 有 每 相 通 流 量 40kA、 響 應(yīng) 速 度 為 25μ s的 三 相 避 雷 器 , 能 有 效 地 防 止 雷 擊 對 設(shè) 備 造 成 的 損 壞 。

  絕 緣 監(jiān) 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(chǎn) 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(shù) 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(jiān) 測 技 術(shù) 是 一 重 要 突 破 。

  監(jiān) 控 模 塊 是 整 個 直 流 系 統(tǒng) 的 控 制 、 管 理 核 心 , 其 主 要 任 務(wù) 是 對 系 統(tǒng) 中 各 功 能 單 元 和 蓄 電 池 進 行 長 期 自 動 監(jiān) 測 , 獲 取 系 統(tǒng) 中 的 各 種 運 行 參 數(shù) 和 狀 態(tài) , 根 據(jù) 測 量 數(shù) 據(jù) 及 運 行 狀 態(tài) 實 時 進 行 處 理 , 并 以 此 為 依 據(jù) 對 系 統(tǒng) 進 行 控 制 , 實 現(xiàn) 電 源 系 統(tǒng) 的 全 自 動 精 確 管 理 , 從 而 提 高 電 源 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 , 保 證 其 工 作 的 連 續(xù) 性 、 安 全 性 和 可 靠 性 。 具 有 “ 遙 測 、 遙 信 、 遙 控 、 遙 調(diào) ” 四 遙 功 能 , 配 有 標(biāo) 準(zhǔn) RS 232接 口 , 方 便 納 入 電 站 自 動 化 系 統(tǒng) 。

  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(tài) 和 工 作 參 數(shù) 一 目 了 然 , 可 以 帶 電 插 拔 , 具 有 軟 件 較 準(zhǔn) , 自 主 均 流 、 ZVS軟 開 關(guān) 技 術(shù) 。

  調(diào) 壓 模 塊 無 論 合 閘 母 線 電 壓 如 何 變 化 , 輸 出 電 壓 都 被 穩(wěn) 定 控 制 在 220( 1± 0.5% ) V, 具 有 帶 電 拔 插 技 術(shù) 、 軟 開 關(guān) 技 術(shù) 和 雙 向 調(diào) 壓 特 性 。

  直 流 饋 電 設(shè) 有 控 制 輸 出 、 合 閘 輸 出 、 電 池 輸 入 、 閃 光 、 事 故 照 明 、 48V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(jiān) 控 單 元 , 可 測 量 母 線 電 壓 、 電 流 及 開 關(guān) 狀 態(tài) 等 。

  電 池 巡 檢 儀 對 電 池 電 壓 進 行 實 時 監(jiān) 測 , 將 信 息 及 時 反 饋 到 監(jiān) 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 , 24h內(nèi) 充 電 可 恢 復(fù) ; 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(tǒng) , 是 理 想 的 操 作 、 控 制 不 間 斷 電 源 。

4 直 流 系 統(tǒng) 設(shè) 備 改 造 中 改 進 的 問 題

  1) 改 進 了 新 設(shè) 備 直 流 饋 出 線 部 分 的 不 合 理 布 置 。 為 節(jié) 省 投 資 , 我 們 利 用 原 來 直 流 系 統(tǒng) 的 控 制 、 信 號 及 合 閘 電 路 的 出 線 , 但 與 新 設(shè) 備 饋 出 線 的 位 置 及 大 小 都 不 相 適 應(yīng) , 為 此 , 我 們 對 新 設(shè) 備 直 流 饋 出 線 部 分 按現(xiàn) 場 實 際 情 況 進 行 了 改 造 , 使 安 裝 更 加 容 易 , 布 線 更 為 合 理 , 運 行 更 加 可 靠 。

  2) 添 加 了 蓄 電 池 的 放 電 電 路 。

  3) 結(jié) 合 中 原 油 田 電 網(wǎng) 實 際 , 對 設(shè) 備 出 廠 時 參 數(shù) 設(shè) 置 的 不 適 應(yīng) 之 處 進 行 了 改 變 , 保 證 設(shè) 備 運 行 后 更 加 可 靠 。

  4) 對 閃 光 繼 電 器 等 電 氣 元 件 安 裝 位 置 進 行 了 調(diào) 整 。 原 元 件 安 裝 位 置 不 盡 合 理 , 損 壞 后 不 便 維 護 、 更 換 , 改 造 后 的 位 置 便 于 維 護 , 省 時 省 力 。  5) 對 模 塊 監(jiān) 控 單 元 、 直 流 監(jiān) 控 單 元 、 交 流 監(jiān) 控 單 元 進 行 了 改 進 , 增 加 了 防 護 蓋 以 防 短 路 、 灰 塵 進 入 等 。

5 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 情 況

  改 造 后 的 直 流 系 統(tǒng) 設(shè) 備 經(jīng) 過 兩 年 來 的 運 行 , 技 術(shù) 指 標(biāo) 合 理 , 各 項 參 數(shù) 顯 示 正 確 , 操 作 方 便 、 直 觀 , 自 動 化 程 度 高 , 維 護 工 作 量 大 幅 度 減 少 , 設(shè) 備 保 護 功 能 齊 全 , 能 可 靠 動 作 。 反 映 故 障 及 時 且 準(zhǔn) 確 無 誤 , 對 電 池 能 自 動 管 理 無 須 專 人 維 護 , 設(shè) 備 運 行 穩(wěn) 定 可 靠 , 從 未 發(fā) 生 影 響 正 常 供 電 的 現(xiàn) 象 。

  改 造 后 的 直 流 系 統(tǒng) 與 原 來 的 直 流 系 統(tǒng) 相 比 較 , 性 能 穩(wěn) 定 , 精 度 高 , 安 全 、 可 靠 , 保 證 了 油 田 的 油 氣 生 產(chǎn) , 居 民 生 活 及 醫(yī) 院 、 道 路 等 的 用 電 , 降 低 了 噪 音 , 改 善 了 值 班 人 員 的 工 作 環(huán) 境 , 確 保 了 變 電 設(shè) 備 安 全 可 靠 運 行 , 產(chǎn) 生 了 明 顯 的 經(jīng) 濟 效 益 和 社 會 效 益 , 主 要 體 現(xiàn) 在 以 下 幾 個 方 面 :

  1) 原 來 的 相 控 電 源 紋 波 系 數(shù) 大 , 其 輸 出 含 有 的 交 流 成 份 較 大 。 尤 其 是 趙 村 變 電 所 最 為 明 顯 , 交 流 成 份 含 量 更 高 , 對 二 次 設(shè) 備 影 響 最 大 , 造 成 二 次 設(shè) 備 誤 動 、 損 壞 、 甚 至 有 的 設(shè) 備 無 法 正 常 工 作 。 而 改 造 后 的 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 紋 波 系 數(shù) 很 小 , 輸 出 特 別 穩(wěn) 定 。

  2) 原 來 的 相 控 電 源 采 用 硅 堆 調(diào) 壓 , 硅 降 壓 響 應(yīng) 速 度 慢 , 反 應(yīng) 時 間 為 幾 十 毫 秒 , 輸 入 電 壓 突 變 時 在 輸 出 上 會 產(chǎn) 生 很 大 的 沖 擊 , 因 沖 擊 不 穩(wěn) 定 而 易 燒 壞 二 次 設(shè) 備 。 而 改 造 后 的 高 頻 開 關(guān) 電 源 采 用 無 級 調(diào) 壓 方 式 , 響 應(yīng) 速 度 快 , 輸 入 電 壓 突 變 時 , 模 塊 在 200μ s內(nèi) 調(diào) 整 完 成 , 過 沖 小 于 5% 。

  3) 原 來 的 相 控 電 源 充 電 機 、 浮 充 機 等 噪 音 較 大 , 且 無 降 溫 措 施 , 有 的 變 電 站 浮 充 機 發(fā) 熱 嚴(yán) 重 。 而 改 造 后 的 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 噪 音 小 , 模 塊 采 用 優(yōu) 質(zhì) 風(fēng) 機 降 溫 , 保 證 了 模 塊 元 器 件 正 常 工 作 , 使 值 班 人 員 的 工 作 環(huán) 境 大 大 改 善 。

  4) 原 來 用 的 是 鉛 酸 電 池 或 鎘 鎳 電 池 , 既 需 要 專 門 設(shè) 置 蓄 電 池 工 進 行 維 護 、 保 養(yǎng) , 還 需 要 配 備 維 護 電 池 用 的 有 關(guān) 容 器 、 儀 表 、 原 料 、 蒸 餾 鍋 、 蒸 餾 水 等 。 而 改 造 后 用 的 是 美 國 “ 理 士 ” 免 維 護 電 池 , 平 時 不 需 要 進 行 一 系 列 的 維 護 工 作 , 減 少 了 人 力 物 力 。

  5) 原 來 的 相 控 電 源 功 率 因 數(shù) 低 , 一 般 在 0.7以 下 , 效 率 在 60% 左 右 , 而 改 造 后 的 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 功 率 因 數(shù) 達 0.9以 上 , 效 率 高 達 94% 以 上 。

  6) 原 來 的 相 控 電 源 經(jīng) 常 出 現(xiàn) 故 障 , 有 時 因 無 法 操 作 送 電 而 造 成 原 油 生 產(chǎn) 損 失 , 如 1997年 9月 23日 某 110kV變 電 所 因 直 流 系 統(tǒng) 故 障 造 成 越 級 跳 閘 , 全 站 失 電 , 燒 毀 35kV線 路 3公 里 , 其 經(jīng) 濟 損 失 高 達 400多 萬 元 ; 近 幾 年 直 流 系 統(tǒng) 經(jīng) 常 出 現(xiàn) 各 種 故 障 給 油 氣 生 產(chǎn) 造 成 了 很 大 的 損 失 , 同 時 也 給 居 民 用 戶 生 活 帶 來 不 便 、 給 工 業(yè) 用 戶 帶 來 巨 大 的 經(jīng) 濟 損 失 。 而 改 造 成 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 后 , 直 流 系 統(tǒng) 至 今 未 發(fā) 生 任 何 事 故 , 供 電 更 加 可 靠 。

  7) 改 造 后 的 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 具 有 48V電 源 出 口 , 為 變 電 站 的 通 訊 網(wǎng) 絡(luò) 等 提 供 了 電 源 , 不 必 另 外 購 置 專 門 的 48V電 源 , 減 少 了 設(shè) 備 的 投 資 和 占 用 空 間 。

  8) 改 造 后 的 控 制 母 線 有 下 述 三 種 途 徑 供 電 , 確 保 了 控 制 母 線 供 電 安 全 可 靠 , 做 到 了 萬 無 一 失 。

  — — 在 交 流 電 正 常 時 , 控 制 母 線 可 由 整 流 模 塊 直 接 供 電 ;

  — — 在 交 流 失 電 時 , 由 降 壓 模 塊 供 電 ;

  — — 從 電 池 90% 電 壓 處 通 過 二 極 管 供 電 到 控 制 母 線 。

6 結(jié) 語

  由 于 改 造 后 的 智 能 高 頻 開 關(guān) 電 源 系 統(tǒng) 性 能 穩(wěn) 定 , 精 度 高 , 安 全 、 可 靠 性 更 強 , 創(chuàng) 新 點 多 , 收 到 了 良 好 的 效 果 , 取 得 了 明 顯 的 社 會 和 經(jīng) 濟 效 益 , 為 中 原 油 田 的 油 氣 生 產(chǎn) 及 其 它 負 荷 提 供 了 可 靠 的 電 力 保 障 。 同 時 也 為 變 電 站 實 現(xiàn) 自 動 化 奠 定 了 基 礎(chǔ) 。


摘自 北極星電技術(shù)網(wǎng)
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