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摘要：针对如何合理选择110kV智能变电站直流电源系统设备的问题，提出对实际直流负荷进行分类统计，并根据计算结果合理选择相应设备参数的方案。通过对通用设计方案中直流负荷进行分类统计和计算，得出蓄电池组、UPS电源、高频充电模块等主要设备的额定容量和额定电流值。详细分析了直流馈线屏馈线电缆截面积和馈线开关的选择原则，并计算得出合理参数值，为其它同等规模变电站的建设提供参考。
关键词：110kV;智能变电站;直流电源系统
引言
直流电源系统是变电站一、二次设备可靠运行的重要保障，主要包括蓄电池组、直流充电机屏、直流馈线屏、通信电源DC/DC模块等主要设备。自2017年开始，国家电网公司在系统内全面推广智能变电站模块化建设，相继制定并颁布了110（66）kV智能变电模块化建设（2015年版）、35～110kV智能变电站模块化建设施工图设计（2016年版）2份重要的通用设计方案，要求在基建工程中严格执行。
1、变电工程概况
1.1工程规模
某某地区某110kV智能变电站，根据国家电网公司模块化通用设计方案（2015年版）中110-A3-3方案建设。具体规模为：主变压器本期2台50MVA，终期3台;110kV本期2回进线，内桥接线，终期3回，扩大内桥接线;10kV本期出线24回、电容器组4回、接地变2回，单母三分段接线，终期出线36回、电容器组6回、接地变3回，单母四分段接线。
1.2二次设备配置原则
全站二次设备根据国家电网公司2016版通用设计方案中有关二次系统技术要求配置，主要原則为：1）站控层设备、间隔层主变压器保护测控装置、交直流一体化电源设备及通信设备在保护控制室内集中组屏;2）10kV保护测控装置集成装置在开关柜上就地安装，110kV线路、内桥间隔保护测控装置及电度表就地布置在智能汇控柜内3）110kV线路、内桥、主变压器中性点及主变低压侧开关间隔合并单元双套配置，主变压器高压侧间隔合并单元单套配置，主变压器各侧智能终端单套配置;4）过程层网络中心交换机布置在内桥间隔智能汇控柜内，站控层网络中心交换机布置在保护控制室内;5）低周减载、主变压器过负荷联切装置独立配置，组2面屏，布置在保护控制室内。
2、智能变电站中的直流电源系统
2.1直流电源系统中蓄电池组的根本作用
应用于变电站的直流电源系统存在三种不同的负荷，一是经常性负荷，二是冲击性负荷，三是故障性负荷。专门为智能变电站服务的直流电源系统中，充电装置负责向继电保护操作、通信设备、自动装置、其他直流负荷装置等输送电源，而蓄电池被当作是热备用。如果负荷需求高出了充电装置输出，那么蓄电池会立即启动并提供补给。站用交流电源负责向电力专用逆变电源后端的负荷供应电源，逆变通常是处于热备用状态的。如果停止使用站用交流，那么事故照明、通信、监控等设备会共同使用蓄电池。所以，在无法顺利运行时，对于直流电源系统而言，蓄电池组是提供能源的核心。基于此，蓄电池组必须满足如下条件：①蓄电池组由108只单体标称电压2V的阀控式密封铅酸蓄电池构成，其可被使用长达10年以上，但安全阀要尽量引用进口;②蓄电池容量设置必须超过2h事故供电。计算蓄电池、充电装置容量时，要结合变电站的规模、直流系统及其负荷的形式。③如果变电站的蓄电池配置是110kV，则需同时配备专门的巡检仪，但如果是110kV及以下，则配备普通的巡检仪。
2.2变电站中直流供电系统的接线方式
（1）变电站的额定电压在220kV或以上时，必须配备两套专门的直流系统，且适用单母线接线方式。同时，要注意在两条母线间植入联络设备。如果额定电压在110kV或以下，则配备一套专门的直流系统，接线方式不变。（2）二次设备室、故障装置等各种设备的供电方式主要是辐射式。但如果小于等于35kV，则通过母线分段形式给开关柜顶直流网络提供电源。（3）两套双重化保护配置与合并单元、网络设备等设备有着相对应的直流电源。（4）动力电源主要为断路器弹簧存储能源、实现刀闸分合的隔离服务，因此可引入母线供电方式，或设置联络开关。通常而言，要实现电源母线的按段分离，必须要发挥联络（分段）开关的作用，确保每一分段母线都能实现独立取电。
3、智能变电站的直流电源系统优化方法
3.1直流电源系统的设备优化
3.1.1直流电源系统的蓄电池优化方法
如果在运行中出现直流损耗现象，整个系统都会出现逆流负载，对电池造成很大的危害。应考虑电池的选择。在实际运行中，应考虑电池的最大电流放电容量和电池的基本电容。电池容量的增加没有尽可能大。电池容量过大会降低整个直流电源系统的基本工作性能，通常在原有标准电容的基础上提高一级。在必要时，对电池放电测量的需要，测量方法是维持1h电池放电事故下，然后对其的影响10代的影响，每个时间500ms，这两2S之间的放电时间间隔的影响。在放电检测过程中，对直流电源总线电压值不能低于实际价值标准90%。对于110kV以上变电站，由于设备数量众多，可配置两个电池组成一个电池组，并安装两个充电装置形成双充电结构。通信系统中的电池应单独布置。
3.1.2直流电源系统的蓄电池辅助设备优化方法
与电池有关的检测设备可以在当前时间内检测电池的电压，但不能检查电池的内阻。因此，它往往依赖于某些特定的设备来检测。这在很大程度上增加了检测环节的复杂性，因此对蓄电池的辅助辅助装置也需要进行优化，主要用于更换必要的辅助设备，并采用新的辅助装置，具有电池内阻检测的功能。利用智能变电站系统的信息交换和实时传输功能，将检测到的信息反馈给员工，使员工对电池的整体情况有一个全面的了解。有一些辅助装置可以直接对电池的故障发出警告，以避免风险。新辅助设备的应用，可进一步提高整个电力系统的智能化建设水平。
3.2直流系统接线的优化
在直接供电系统的优化过程中，需要电池供电，影响系统的稳定性。因此，应该考虑连接方法。对直流电源系统的外部蓄电池进行设计，在应用过程中增加外部电池组的隔离措施是必要的。本实用新型不仅可作为电池检测的系统保护装置，也可作为电池组的备用后备装置，保证整个系统的正常运行。
3.3直流系统负载的优化
根据国家电网的明确规定，对于110kV及以上智能变电站系统，在设计过程中需要增加两个电池组，而110kV次智能变电站系统只需配置电池组即可。在直流电力系统的设计过程中，需要仔细考虑相关设备，限制设备的负荷要求。优先选择同一产品中的低能耗设备，以达到节能减排的目的。例如，系统中的事故显示信号灯可以使用LED灯具，既能节约能源，减少排放，又能降低DC供电系统的电池负荷。它在延长电池寿命和供电时间方面起着非常重要的作用。
结束语
在智能变电站中引用直流电源系统，有利于对设备配置进一步优化，并逐步改进变电站现有系统功能，进而增强系统运用的便利性和安全可靠性，确保智能变电站能够在达成智能化标准的情况下合理有效地运作，推动变电站更好地为居民供电服务。
参考文献：
[1]武志松，戴瑞成.智能变电站电源一体化系统直流电源电压分析[J].电气应用，2015，34（S2）：180-184.
[2]赵洪伟.智能电力操作直流电源系统的研究[D].华北电力大学，2014.
[3]李凯.如何优化智能变电站的直流电源系统[J].通讯世界，2013（23）：168-169.
[4]苗梅.智能变电站站用电源系统的设计及应用[D].华北电力大学，2011.
[5]谢伟东.变电站站用电源系统关键技术研究[D].华南理工大学，2010.
关键词：110kV;智能变电站;直流电源系统
引言
直流电源系统是变电站一、二次设备可靠运行的重要保障，主要包括蓄电池组、直流充电机屏、直流馈线屏、通信电源DC/DC模块等主要设备。自2017年开始，国家电网公司在系统内全面推广智能变电站模块化建设，相继制定并颁布了110（66）kV智能变电模块化建设（2015年版）、35～110kV智能变电站模块化建设施工图设计（2016年版）2份重要的通用设计方案，要求在基建工程中严格执行。
1、变电工程概况
1.1工程规模
某某地区某110kV智能变电站，根据国家电网公司模块化通用设计方案（2015年版）中110-A3-3方案建设。具体规模为：主变压器本期2台50MVA，终期3台;110kV本期2回进线，内桥接线，终期3回，扩大内桥接线;10kV本期出线24回、电容器组4回、接地变2回，单母三分段接线，终期出线36回、电容器组6回、接地变3回，单母四分段接线。
1.2二次设备配置原则
全站二次设备根据国家电网公司2016版通用设计方案中有关二次系统技术要求配置，主要原則为：1）站控层设备、间隔层主变压器保护测控装置、交直流一体化电源设备及通信设备在保护控制室内集中组屏;2）10kV保护测控装置集成装置在开关柜上就地安装，110kV线路、内桥间隔保护测控装置及电度表就地布置在智能汇控柜内3）110kV线路、内桥、主变压器中性点及主变低压侧开关间隔合并单元双套配置，主变压器高压侧间隔合并单元单套配置，主变压器各侧智能终端单套配置;4）过程层网络中心交换机布置在内桥间隔智能汇控柜内，站控层网络中心交换机布置在保护控制室内;5）低周减载、主变压器过负荷联切装置独立配置，组2面屏，布置在保护控制室内。
2、智能变电站中的直流电源系统
2.1直流电源系统中蓄电池组的根本作用
应用于变电站的直流电源系统存在三种不同的负荷，一是经常性负荷，二是冲击性负荷，三是故障性负荷。专门为智能变电站服务的直流电源系统中，充电装置负责向继电保护操作、通信设备、自动装置、其他直流负荷装置等输送电源，而蓄电池被当作是热备用。如果负荷需求高出了充电装置输出，那么蓄电池会立即启动并提供补给。站用交流电源负责向电力专用逆变电源后端的负荷供应电源，逆变通常是处于热备用状态的。如果停止使用站用交流，那么事故照明、通信、监控等设备会共同使用蓄电池。所以，在无法顺利运行时，对于直流电源系统而言，蓄电池组是提供能源的核心。基于此，蓄电池组必须满足如下条件：①蓄电池组由108只单体标称电压2V的阀控式密封铅酸蓄电池构成，其可被使用长达10年以上，但安全阀要尽量引用进口;②蓄电池容量设置必须超过2h事故供电。计算蓄电池、充电装置容量时，要结合变电站的规模、直流系统及其负荷的形式。③如果变电站的蓄电池配置是110kV，则需同时配备专门的巡检仪，但如果是110kV及以下，则配备普通的巡检仪。
2.2变电站中直流供电系统的接线方式
（1）变电站的额定电压在220kV或以上时，必须配备两套专门的直流系统，且适用单母线接线方式。同时，要注意在两条母线间植入联络设备。如果额定电压在110kV或以下，则配备一套专门的直流系统，接线方式不变。（2）二次设备室、故障装置等各种设备的供电方式主要是辐射式。但如果小于等于35kV，则通过母线分段形式给开关柜顶直流网络提供电源。（3）两套双重化保护配置与合并单元、网络设备等设备有着相对应的直流电源。（4）动力电源主要为断路器弹簧存储能源、实现刀闸分合的隔离服务，因此可引入母线供电方式，或设置联络开关。通常而言，要实现电源母线的按段分离，必须要发挥联络（分段）开关的作用，确保每一分段母线都能实现独立取电。
3、智能变电站的直流电源系统优化方法
3.1直流电源系统的设备优化
3.1.1直流电源系统的蓄电池优化方法
如果在运行中出现直流损耗现象，整个系统都会出现逆流负载，对电池造成很大的危害。应考虑电池的选择。在实际运行中，应考虑电池的最大电流放电容量和电池的基本电容。电池容量的增加没有尽可能大。电池容量过大会降低整个直流电源系统的基本工作性能，通常在原有标准电容的基础上提高一级。在必要时，对电池放电测量的需要，测量方法是维持1h电池放电事故下，然后对其的影响10代的影响，每个时间500ms，这两2S之间的放电时间间隔的影响。在放电检测过程中，对直流电源总线电压值不能低于实际价值标准90%。对于110kV以上变电站，由于设备数量众多，可配置两个电池组成一个电池组，并安装两个充电装置形成双充电结构。通信系统中的电池应单独布置。
3.1.2直流电源系统的蓄电池辅助设备优化方法
与电池有关的检测设备可以在当前时间内检测电池的电压，但不能检查电池的内阻。因此，它往往依赖于某些特定的设备来检测。这在很大程度上增加了检测环节的复杂性，因此对蓄电池的辅助辅助装置也需要进行优化，主要用于更换必要的辅助设备，并采用新的辅助装置，具有电池内阻检测的功能。利用智能变电站系统的信息交换和实时传输功能，将检测到的信息反馈给员工，使员工对电池的整体情况有一个全面的了解。有一些辅助装置可以直接对电池的故障发出警告，以避免风险。新辅助设备的应用，可进一步提高整个电力系统的智能化建设水平。
3.2直流系统接线的优化
在直接供电系统的优化过程中，需要电池供电，影响系统的稳定性。因此，应该考虑连接方法。对直流电源系统的外部蓄电池进行设计，在应用过程中增加外部电池组的隔离措施是必要的。本实用新型不仅可作为电池检测的系统保护装置，也可作为电池组的备用后备装置，保证整个系统的正常运行。
3.3直流系统负载的优化
根据国家电网的明确规定，对于110kV及以上智能变电站系统，在设计过程中需要增加两个电池组，而110kV次智能变电站系统只需配置电池组即可。在直流电力系统的设计过程中，需要仔细考虑相关设备，限制设备的负荷要求。优先选择同一产品中的低能耗设备，以达到节能减排的目的。例如，系统中的事故显示信号灯可以使用LED灯具，既能节约能源，减少排放，又能降低DC供电系统的电池负荷。它在延长电池寿命和供电时间方面起着非常重要的作用。
结束语
在智能变电站中引用直流电源系统，有利于对设备配置进一步优化，并逐步改进变电站现有系统功能，进而增强系统运用的便利性和安全可靠性，确保智能变电站能够在达成智能化标准的情况下合理有效地运作，推动变电站更好地为居民供电服务。
参考文献：
[1]武志松，戴瑞成.智能变电站电源一体化系统直流电源电压分析[J].电气应用，2015，34（S2）：180-184.
[2]赵洪伟.智能电力操作直流电源系统的研究[D].华北电力大学，2014.
[3]李凯.如何优化智能变电站的直流电源系统[J].通讯世界，2013（23）：168-169.
[4]苗梅.智能变电站站用电源系统的设计及应用[D].华北电力大学，2011.
[5]谢伟东.变电站站用电源系统关键技术研究[D].华南理工大学，2010.