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所用電屏/交直流屏（110KV變電所工程

近年來，高中壓開關電器、綜自系統在電力系統受到高度重視，變電站綜合技術與智能化水平得到了極大的提升。然而，針對站用電源的技術研究與產品創新卻相對滯后，傳統站用電源設計方案已難以適應新型變電站的發展需要。

本文針對傳統站用電源分散設計存在的問題，闡述了站用交直流一體化電源系統的設計方案及其技術特點，并對其所產生的經濟效益與社會效益等方面進行了綜合分析。

1、傳統站用電源分散設計存在的問題

一直以來，變電站站用電源分為交流電源系統、直流電源系統、UPS不間斷電源系統、通信電源系統等，各子系統采用分散設計，獨立組屏，設備由不同的供應商生產、安裝、調試，供電系統也分配不同的專業人員進行管理。站用電源的分散設計與管理，存在著諸多問題：

1)   站用電源難以實現系統管理

由不同供應商提供的交流系統與直流系統通信規約一般不兼容，難以實現網絡化系統管理，自動化程度低。由于沒有統一的監控設備對整個站用電源進行管理，不能實現系統數據共享，無法進行站用電源協調聯動、狀態檢修等深層次開發應用。

2)   可靠性受到影響

  由于站用電源信息不能網絡共享，針對故障或告警信息不具備進行綜合分析的基礎平臺，不同專業的巡檢人員分別管理各個電源子系統，難以進行系統分析判斷、及時發現事故隱患。

對于涉及需站用電源各子系統協調才能解決的問題難以統一處理。如：防雷配置，避雷器參數選擇，安裝位置只有將整個站用電源交直流系統統一考慮才能解決；由于充電模塊均流對于直流母線上紋波較敏感，需要對母線所接負荷，如逆變電源等反灌電流進行統一治理等。

3)   經濟性較差

  由不同供應商分別設計各個子系統，資源不能綜合考慮，造成配置重復，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立的蓄電池，浪費用嚴重；交流系統配置電源自動切換設備，充電模塊前又重復配置，既浪費又使設備之間難于協調運行。

4)   長期維護不方便，增加成本

各個供應商由于利益差異使安裝、服務協調困難，站用電源一旦出現故障需向多個廠家進行溝通協調，造成溝通困難與效率低下。

現有變電站站用電源分配不同專業人員進行管理：交流系統與直流系統由變電人員進行運行維護，UPS由自動化人員進行維護，通信電源由通信人員維護。人力資源不能總體調配，通信電源、UPS等也沒有納入變電嚴格的巡檢范圍，可靠性得不到保障。

2、交直一體化電源系統設計方案及特點

  通過分析與研究傳統站用電源分散設計存在的問題，針對性提出了站用交直流一體化的設計思路，以實現：第一、建立站用電源統一網絡智能平臺；第二、消除站用電源隱患；第三、提高站用電源管理水平；第四、進行深層次開發，提高站用電源安全與智能化水平。

1)   交直流一體電源系統的定義

  站用交直流一體化電源系統是指：將站用交流電源系統、直流電源系統、逆變電源系統、通信電源系統統一設計、監控、生產、調試、服務，通過網絡通信、設計優化、系統聯動方法，實現站用電源安全化、網絡智能化設計，實現站用電源交鑰匙工程，實現效益最大化目標。

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

2)   主要技術特征

  站用交直流一體化電源系并不是對交流、直流電源系統的簡單混裝，其主要技術特征表現在：

(1)       網絡智能化設計：通過一體化監控器對站用交流電源、直流電源、逆變電源、通信電源進行統一監控，建立統一的信息共享平臺，實現網絡智能化。支持61850通訊規約。

(2)       設計優化：A、取消充電模塊前的交流自動切換回路；B、取消原直流系統對交流部分的數據采集（配電監控）；C、統一進行波形優化處理，針對逆變電源反灌電流影響充電模塊均流進行抑制等；D、統一進行防雷配置；

(3)       對交流電源部份進行安全、智能化設計：A、進線采用ATS自動轉化開關、實現電氣與機械雙閉鎖；B、饋線采用固定插拔式安裝、無打孔母線技術；C、集中進行監控，實現“四遙”功能等。

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

(5)       系統聯動：根據交流進線運行方式，自動調整直流運行，達到最佳方式運行。

(6)       二次配電管理：對二次配電進行統一管理，如照明、風機、空調、水泵、門禁等站用非主控設備進行統一智能化管理。

(7)       建立專家智能管理系統：固定數據庫+實時數據庫+專家智能管理。

(8)       深層次開發：一體化信息共享平臺，為站用電源的深層開發提供了可能，可根據客戶的需求進行開發。

3)   交直流一體化電源系統的優勢特點

(1)實現站用電源網絡化、智能化，一體化程度更高

實現在一個平臺上對整個電站電源的交與直流系統、逆變電源系統、通信進行監控，解決由不同供應商提供的各獨立電源通信規約兼容等問題，提高系統網絡化、智能化程度。

A、各子系統智能設備通過通信網絡接入一體化監控器，一體化監控器1個通信口、一種規約接入綜自/調度系統；

B、可以在一個位置實時查看各子系統的電量、開關狀態、事件信息等，可修改系統參數、運行方式、遙控開關，實現站用電源“四遙”功能；

C、統一的信息共享平臺，可以提高站用電源綜合自動化應用水平，進行站用電源協調聯動、狀態檢修等深層次開發應用。

(2)站用電源更加安全可靠

一次、二次設備均采用成熟可靠技術，其本身沒有任何技術風險，通過一體設計可以有效避免站用電源的安全隱患。

A、蓄電池一體化設計，避免了UPS蓄電池與通信電源蓄電池維護不精細、損壞不能及時發現的問題

B、可以對站用電源故障進行綜合分析，及時發潛在問題；

C、可以實現對站用電源共性隱患進行統一處理，如：統一防雷配置、統一波形優化處理等。

(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，提供站用電源的整體管理水平。由一組維護人員同時管理、維護全站電源，便于統一調配人力資源；將通信電源、UPS等納入變電的巡檢范圍，便于對信息的進行綜合分析，及時發現事故隱患。

(4)實行生產廠家“交鑰匙工程”

由一家廠家提供所有電源的設計、生產、安裝、服務，一攬子解決所有站用電源問題，可以減少采購、協調、溝通成本。

3、一體化電源針對數字化變電站的開發應用

1) 實現站用電源模塊化、數字化

(1)所有開關智能模塊化，對外無二次接線、只有通訊線

所謂開關智能模塊化是指，將開關及傳感器、智能電路板集成在一個機箱內，全部二次接線全部在機箱內完成，對外只有通信接口的設計模塊。

對集中功能分散化，使模塊之間、屏柜之間無二次聯絡線。如，絕緣檢測饋線漏電流檢測分散到直流饋線模塊實現，蓄電池電壓采集分散到電壓采集模塊分散實現。將各個模塊進行積木式組合即可形成一整套設備，可大大縮短供貨周期；相同參數模塊可以互換，檢修維護標準化。

一體化電源可以分為以下模塊：交流進線模塊、交流饋線模塊、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）；直流饋線模塊、站用電源一體化監控模塊等。

(2)開放式系統

一體化監控模塊通過光纖媒介、IEC61850規約與外界進行信息互換。系統內設備之間，系統內設備和系統外設備能進行信息互換，執行特定功能。上位機監控系統可象瀏覽網頁一樣查看站用電源所有數據。

2) 程序化電源開發運用

 (1)一體化運行的協調聯動

對站用電源負荷開關依據負荷之間一定條件、一定邏輯進行協調聯動。如，根據交流進線運行方式，自動調整直流運行，達到最佳方式運行。

(2)實現站用輔助設備系統智能化管理

變電站輔助設備是指變電站照明、配電、空調、風機、消防、門禁、周界保護系統+生活水泵等系統設備的統稱。智能終端就地和輔助設備連接，實現上行下達信息數字化傳輸，根據程序化操作方案采集相應輔助設備信息，作為動作條件，產生程序化動作。

應用舉例1：在小室內安裝溫度監測裝置，將采集的溫度信息利用通信上傳到一體化監控模塊，監控模塊根據溫度設定自動啟/停風機電源開關，避免長轉風機。

舉例2：周界報警發現非法進入，其信息傳到一體化監控模塊，監控模塊立即啟動照明系統開關，并協調立即啟動攝像系統。

交直流一體化電源在設計上充分體現了電力系統所倡導的經濟、節能、環保理念，具體良好的經濟效益和社會效益。

4、經濟性分析

(1)減少重復配置，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切換回路；取消原直流系統對交流部分的數據采集（配電監控）等。

(2)降低長期維護成本：由一組維護人員替換原來四組維護人員，可大大減少人力成本支出；可減少采購、協調管理等成本。

以2回交流進線＋2組充電模塊＋2組蓄電池（300A）的系統為例，分析對比如下：

綜合上述所述，交直流一體化電源可節約一次性投資約6.90萬元，節約維護人員薪資約90萬元；其安全與智能化的設計所帶來隱性節約與社會效益，難以量化計算。

5、技術節能性分析

(1)對饋線智能控制，可減少電能浪費

一體化電源實現了對每路饋線進行有條件控制，可對小室風機負荷設定根據溫度自動啟動，防止長轉風機等不必要的電能浪費，同時也提高了設備使用壽命。目前，110KV及以下變電站基本實現了無人值班，結合遙視系統可不需人到現場就能實現設備巡視。而遙視系統需要照明系統配合完成，在人不需查看時，照明燈是可以不用開啟的，因此防止長明燈等不必要的電能浪費就可節約電能。

(2)使用有源逆變器將蓄電池放電電流回饋電網

以一般110KV變電站為例：配置2V，300AH閥控式鉛酸蓄電池104只。在核對蓄電池組容量試驗中，放電電流為1C~2C，如果取1.5C=450A，放電試驗時間按1H計算。則放電電流回饋電網可節電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避免了放電負載發熱燃燒等危險。

(3)采用高頻式電源變換器達到節能效果

為了提高電能利用率，站用電源一體化系統擴大了一次電能經電量變換器優化功率因數后輸出帶載的比例，如：事故照明負荷經專用逆變輸出，通信電源由DC/DC掛于直流母線實現，也可按用戶要求提供大負荷電量變換器優化功率因數后輸出帶載，達到節能效果。

6 、技術環保性分析

(1)鉛酸蓄電池的環保問題

現行各類鉛酸蓄電池產品，通常在使用期限內，逐漸就會出現充電困難、容量降低、自放電嚴重而導致失效報廢。上述問題的產生原因最終可歸結為，因為極板和電解液之間的反復充放電而產生的“不可逆的硫化”現象，當這種現象積累到一定程度，便會導致蓄電池的極板被硫化物覆蓋，失去活性而無法使用。目前，對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散，但是電池所含的鉛、汞等材料依然是個環保隱患。此外，為固化填埋而建設的工業固體廢物處置場，其建設費用不菲。

綜上分析：對于鉛酸蓄電池環保問題，減少其用量是最好的解決辦法。

(2)取消通信蓄電池組對環保的貢獻

以1個110KV變電站為例：常規設計通信蓄電池組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代替，可節約48只2V 100AH鉛酸蓄電池使用量。

截至2003年末，全國約有110kV變電站5900余座，66kV/35kV變電站有5700余座。另有數據顯示，全國110KV以下、35KV以上的終端變電站有18000余座。如果110kV及以下變電站均實現取消通信蓄電池組，則可節約2V 100AH鉛酸蓄電池（0.59萬+0.57萬+1.8萬）*48=2.96萬*48=142.08萬只。

(3)取消UPS蓄電池對環保的貢獻

以1個110KV變電站為例：常規設計1KVA 放電2小時UPS蓄電池，每臺UPS需要12V 7AH鉛酸蓄電池18只。

如果110kV及以下變電站均實現取消UPS蓄電池，則可節約12V 7AH鉛酸蓄電池2.96萬*18=53.28萬只。