郭朝云 尹星 张志鹏
中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司 河北石家庄 050031
摘要：根据目前智慧变电站的实际负荷情况，结合分布式布置、并联智能电池组件、一体化监控单元等电源新技术，针对220kV站用电源的现状，对站用电源系统的进行了分析，提出了就地分布式并联智能电源应用于220kV变电站的实施方案。针对目前大多数变电站采用的常规串联蓄电池组设计存在的问题进行了详细的论证，提出了采用分布式并联电源模块的蓄电池组设计方案。
关键词：智慧变电站；就地化；分布式直流电源
1 引言
目前智慧变电站提倡保护设备就地化布置，而目前的直流电源系统仍然采用集中化布置，无法实现模块化维护。随着智慧变电站建设的快速发展，对站用电源模块化、智能化、易更换、易维护等要求也越来越高。站内直流一体化电源通过采用模块化设计、在线更换维护方式、分布式直流电源系统监控，可以有效解决蓄电池在线核容、在线监测电池寿命、在线更换维护、蓄电池新旧混合使用等以往无法克服的难题。
2 变电站直流系统现状
目前常规变电站内蓄电池组作为变电站应急电源，在全站交流系统失电情况下，提供保护测控、开关操作、通信设备、事故照明等应急电源，意义重大。在正常运行时，蓄电池组处于浮充状态，并没有带载表现机会。每年全国变电站蓄电池组因全站交流系统失电，而发挥应急电源作用的蓄电池组数量仅为极少部分。但即使是这些极少部分蓄电池组，每年的事故仍时有发生。从这个角度讲，蓄电池组目前并不安全。
3 就地分布式直流电源系统
由于常规变电站内蓄电池和直流系统集中布置，而采用就地化保护方案后，各电压等级的二次设备全部分布在就地开关场内，需要在开关场设置分电屏，降低了供电的可靠性。因此本文提出配合就地化二次设备的布置，按电压等级设置就地分布式直流电源系统，真正实现站内电源的模块化设置。
3.1 并联智能直流电源系统
并联智能直流电源系统由多个并联智能电池模块组成，每个模块独立配置1节12V电池，每节电池间是独立的，相互间不影响。通过将12V蓄电池与匹配的AC/DC充电模块、DC/DC升压模块等器件设计为“并联电池模块”，并通过多只模块输出并联，组成满足实际需要的并联蓄电池系统。并联智能直流系统具有的在线自动核容、在线更换维护功能，大大降低现场维护人员的工作量。
3.2 分布式并联电源系统
目前智慧变电站站内二次系统已实现光纤网络化，电缆沟的使用基本服务于电源电缆，有明显的优化设计空间。交流电源较易实现按间隔分散布置，而直流系统分散布置的主要难点在于蓄电池组布置问题。
分布式并联电池直流系统是按照变电站布置情况及直流负荷分布情况，使用不同数量的并联智能电池组件组成多个直流电源子系统，分散地布置于各直流负荷的集中区域，并进行统一监控的成套设备。
以220kV站为例，可以按照电压等级划分成三个供电区，如图3.2.1-1所示。
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图3.2.1-1就地分布式直流系统供电区
使用并联智能蓄电池模块可解决蓄电池分散布置问题，在此方式下，常规配置的充电模块、串联蓄电池组、蓄电池巡检装置将不需要配置了，可提高可靠性、减少一二次投资。
3.3 性能对比
对比串联集中式的蓄电池组和采用就地分布式直流系统两者之间的差别，见表3.3-1。
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可以看出采用就地分布式直流系统，可以提高直流系统供电可靠性、减少直流电缆使用量、降低绝缘故障发生的几率、提高蓄电池的利用率、减少系统维护工作量、实现直流系统无级差配置。
4 智慧变电站就地分布式直流电源实施方案
以一个220kV户外站为例，提出就地分布式直流电源的实施方案，站内两个电压等级为220kV和66kV。
4.1 蓄电池容量计算
全站采用分布式直流系统，共设置3组220V并联电池组，分别为公用设备、220kV设备、66kV设备供电。取消通讯专用蓄电池，通过DC/DC转换实现对通信设备供电。
蓄电池放电时间按照220V负荷2小时、48V负荷4小时考虑。经计算，220kV并联模块蓄电池容量84.78AH，66kV并联模块蓄电池容量74.5AH。
根据计算结果，考虑一定裕度，公用设备并联电池模块选择200AH的12V铅酸电池，66kV及220kV并联电池模块选择100AH的12V铅酸蓄电池。
4.2 工程配置方案
本站按照分布式并联电池直流系统进行设计，按照全站电压等级共配置三套并连电池模块。具体布置见表4.2-1。
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图 4.2.1 220kV区域组柜布置图
5 结束语
针对目前大多数变电站采用的常规串联蓄电池组设计存在的问题进行了详细的论证，提出了智慧变电站就地分布式并联电源模块的直流电源设计方案，并以一个220kV变电站为例提出了具体的实施方案，实现了变电站直流电源的就地模块化，为后续就地化保护的整站解决方案提供了有力的支撑。
参考文献:
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[2] 李志超,付威,孙剑等。分布式直流电源在配网系统应用探讨[J]。电工文摘，2014年第04期，36-39.