［摘要］　簡要地介紹了目前220kV變電所設(shè)計中普遍采用的直流系統(tǒng)的接線方案及直流系統(tǒng)中采用的設(shè)備。并將可控硅整流裝置與高頻開關(guān)整流裝置作比較，探討高頻開關(guān)電源在直流系統(tǒng)的應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］　直流系統(tǒng)　可控硅整流　高頻開關(guān)電流　變電所

1　引言：

　　變電所的繼電保護(hù)、控制、信號、計算機(jī)監(jiān)控、事故照明、交流不間斷電源等直流負(fù)荷極為重要，對供電的可靠性要求很高，所以直流系統(tǒng)的可靠性是保障變電所安全運(yùn)行的重要條件之一。

　　要保障直流系統(tǒng)可靠地運(yùn)行，首先必須有一個可靠的直流接線方案；其次，要合理選擇直流系統(tǒng)中采用的設(shè)備。目前對于直流系統(tǒng)的構(gòu)成設(shè)計上一般按以下原則實現(xiàn)：

　　(1)在滿足供電可靠的前提下，接線盡可能簡單，設(shè)備盡可能簡化且維護(hù)工作量盡可能小；

　　(2)選用的設(shè)備應(yīng)先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

2　當(dāng)前直流系統(tǒng)選型：

2.1　直流系統(tǒng)接線方式：

　　目前新建的220kV～500kV變電所一般采用單母線分段接線。該接線方式較雙母線接線所需設(shè)備少，且接線簡單、清晰，能方便地形成兩個互不聯(lián)系的環(huán)形供電網(wǎng)，每個環(huán)的電源回路接到兩段母線上，能有效地提高直流系統(tǒng)的供電可靠性。為了簡化接線且減少對直流系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作量，近年的設(shè)計均采用無端電池的直流系統(tǒng)。運(yùn)行經(jīng)驗證明，該接線方式能滿足可靠性的要求。

2.2　直流系統(tǒng)電壓：

　　目前的220kV變電所大多采用集中控制的方式，且所內(nèi)高壓斷路器多采用彈操或液壓操作機(jī)構(gòu)，無需大的直流動力合閘電源，所以滿足控制回路電壓降低的要求成為決定直流系統(tǒng)工作電壓的主要因素，故從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上考慮，強(qiáng)電直流系統(tǒng)的工作電壓宜選用220V。

2.3　蓄電池的選擇：

　　以前，在電力系統(tǒng)中廣泛使用的蓄電池有：鉛酸蓄電池、防酸隔爆式鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池等，而使用最多的是鉛酸蓄電池。隨著蓄電池制造技術(shù)的不斷改進(jìn)，新型的閥控式鉛酸蓄電池于由具有以下特點(diǎn)而在電力系統(tǒng)中逐步得到了廣泛應(yīng)用：

　　(1)對建筑物要求簡單，蓄電池布置在一般建筑物內(nèi)即可，不需設(shè)調(diào)酸室等附屬設(shè)施。

　　(2)維護(hù)工作量少，在壽命期內(nèi)不需要加液，正常情況下可不進(jìn)行均衡(補(bǔ)充)充電。

　　(3)正常使用的閥控式蓄電池其壽命要高于防酸式鉛酸蓄電池，與隔鎳蓄電池相當(dāng)。

　　(4)閥控式蓄電池開路電壓較高，相應(yīng)所選用的終止電壓也較高，但由于其良好的初放電性能，即使在較高的終止電壓下，其選擇容量也不大于其它類型的鉛酸蓄電池。

　　目前，生產(chǎn)閥控式鉛酸蓄電池的廠家較多，且良莠不齊。因此，選擇上應(yīng)充分考慮其生產(chǎn)廠的生產(chǎn)能力和業(yè)績、產(chǎn)品的價格和性能、產(chǎn)品的檢測和數(shù)據(jù)等因素。

2.4　電源系統(tǒng)的選擇：

2.4.1　可控硅整流裝置：

　　廣西電力系統(tǒng)近年新建的220kV變電所直流電源大多選用全自動閥控式鉛酸蓄電池直流電源成套裝置，該裝置的充電和浮充電設(shè)備采用硅整流裝置，除了可以自動完成蓄電池的充電、均衡充電和浮充外，還可以實現(xiàn)從調(diào)度端發(fā)來的遠(yuǎn)方控制。成套裝置采用的KVCA型整流器，具備浮充電、均衡充電、穩(wěn)流充電三種功能，具有良好的限流、過流和短路保護(hù)及報警指示。

2.4.2　高頻開關(guān)整流裝置：

　　高頻開關(guān)電源作為目前可控硅、磁飽和類直流電源的換代產(chǎn)品，是采用多個高頻開關(guān)模塊并聯(lián)組成直流充電浮充電裝置。它具有以特點(diǎn)：

　　(1)體積小、重量輕、容量大。

　　(2)技術(shù)指標(biāo)高，模塊本身能承受多次或長時間短路沖擊；系統(tǒng)穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度均≤1，充電、浮充電裝置紋波系數(shù)≤0.3

　　(3)N 1備份，經(jīng)濟(jì)性能好，可靠性高。模塊化的充電設(shè)備采用N 1備份方式，即所需充電電流由N個模塊提供即能滿足要求時，由N 1個模塊供電。因采用自動均流措施，故所需電流由N 1個模塊平均分配。充電中任何一個模塊故障都不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　(4)模塊自動均流，充電電流連續(xù)可調(diào)。

　　(5)模塊可任意并聯(lián)，冗余配置且可在線操作。

　　(6)隔離性好，設(shè)有完善的自我保護(hù)系統(tǒng)。

　　(7)功率因素高(＞0.90)，效率高(＞90)。

　　在過去較長的一段時間內(nèi)，由于受器件和開發(fā)難度等方面因素限制，高頻開關(guān)電源技術(shù)一直徘徊在低電壓(48V以下)、大電流(通訊電源、計算機(jī)電源等)水平上，未能涉足220V直流系統(tǒng)。近年來，隨著閥控式蓄電池的出現(xiàn)，對直流系統(tǒng)中充電設(shè)備的性能要求越來越高。高頻開關(guān)電源模塊構(gòu)成的直流充電裝置所提供的高性能，為這類新型電池的應(yīng)用提供了可靠的保障。

3　高頻開關(guān)整流裝置與傳統(tǒng)可控硅整流裝置在系統(tǒng)可靠性等方面的比較：

　　傳統(tǒng)可控硅直流充電裝置當(dāng)其發(fā)生故障時，需將整臺充電裝置退出運(yùn)行后再進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)和檢修，降低了系統(tǒng)的可靠性。而高頻開關(guān)整流裝置其充電模塊是完全的模塊化結(jié)構(gòu)，在實際運(yùn)行中，N 1個模塊同時投運(yùn)，自動均流，互為熱備份。當(dāng)系統(tǒng)中某一電源模塊故障時，故障模塊自動退出，非故障模塊重新均流繼續(xù)運(yùn)行。故障模塊可帶電更換，無需整臺充電裝置停電，且作為N 1備份，可自動將備份模塊投入。另外，有些廠家的電源模塊采用三相無中線輸入方式，避免了有中線輸入時由于中性點(diǎn)漂移而引起的相電壓不平衡，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。故障頻開關(guān)電源在可靠性、安全性等方面具有較突出的優(yōu)點(diǎn)。

　　隨著電力系統(tǒng)逐步采用閥控式鉛酸蓄電池，對充電設(shè)備的要求越來越高：為了延長蓄電池的使用壽命，要求充電設(shè)備有較低的紋波電壓和穩(wěn)定的輸出電壓；穩(wěn)定和準(zhǔn)確的蓄電池浮充電流，保證蓄電池不能被長時間過充電；盡可能減少安全閥動作次數(shù)。高頻開關(guān)電源由于動作響應(yīng)速度較快，即使電網(wǎng)電壓變化±20，也能保證浮充電流穩(wěn)定，不會造成蓄電池過充電。高頻開關(guān)電源直流輸出端能承受長時間短路或多次短路沖擊，且短路電流來會過沖。這一點(diǎn)對蓄電池事故深度放電或多次大電流放電后再充電時尤其重要。高頻開關(guān)電源水的紋波系數(shù)，能保證目前電力系統(tǒng)中大量使用的微機(jī)繼電保護(hù)裝置不易造成誤動作或整定值發(fā)生偏差。不足之處是：高頻開關(guān)電源價格與常規(guī)微機(jī)直流電源價格相比有一定差距，而且負(fù)荷重時發(fā)熱較厲害，需采用強(qiáng)迫風(fēng)冷(溫控)或自然冷卻的方式。

　　由于高頻開關(guān)電源所組成的直流系統(tǒng)具有傳統(tǒng)可控硅整流充電裝置所沒有的優(yōu)點(diǎn)，所以它在郵電通訊系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用(國家郵電通訊系統(tǒng)已全部淘汰可控硅整流直流系統(tǒng)，采有高頻開關(guān)電源)。隨著技術(shù)的發(fā)展和可靠性的提高，基于微機(jī)型高頻開羊直流電源系統(tǒng)優(yōu)越的技術(shù)性能以及國外該類技術(shù)產(chǎn)品的現(xiàn)狀和趨勢，它將在電力直流系統(tǒng)中具有強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4　結(jié)束語：

　　高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)雖然價格比傳統(tǒng)同類產(chǎn)品略高，但由于它在占用空間、備份方式和自動化程度以及優(yōu)良的技術(shù)指標(biāo)等方面的特點(diǎn)，仍具有良好的價格性能比和廣闊的發(fā)展前景。因此，在新建變電所直流系統(tǒng)選型中，在綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況后，可逐步采用，積累運(yùn)行經(jīng)驗，使這一新技術(shù)能早日為電力系統(tǒng)的發(fā)展發(fā)揮更大作用。