李 明 娣 ， 张 希 峰 ， 张 文 广 ， 田 海 霞
(中 原 油 田 供 电 管 理 处 ， 河 南 濮 阳 457001）
摘 要 ： 分 析 了 建 站 较 早 的 变 电 站 直 流 系 统 改 造 的 必 要 性 和 改 造 后 所 取 得 的 效 果 ， 介 绍 了 智 能 高 频 开 关 电 源 系 统 的 性 能 特 点 及 其 各 部 分 的 作 用 和 在 改 造 过 程 中 的 改 进 情 况 。
关 键 词 ： 变 电 站 ； 直 流 系 统 ； 改 造 ； 开 关 电 源
1 直 流 系 统 改 造 的 目 的 和 必 要 性
变 电 站 内 的 继 电 保 护 、 自 动 装 置 、 信 号 装 置 、 事 故 照 明 和 电 气 设 备 的 远 距 离 操 作 ， 一 般 采 取 直 流 电 源 ， 所 以 直 流 电 源 的 输 出 质 量 及 可 靠 性 直 接 关 系 到 变 电 站 的 安 全 运 行 和 平 稳 供 电 。 变 电 站 的 直 流 系 统 被 人 们 称 为 变 电 站 的 “ 心 脏 ” ， 可 见 它 在 变 电 站 中 是 多 么 的 重 要 。 中 原 油 田 的 电 力 系 统 始 建 于 上 世 纪 70年 代 末 ， 因 受 当 时 技 术 条 件 的 限 制 ， 陆 续 建 起 的 变 电 站 直 流 系 统 设 备 有 的 为 硅 整 流 电 容 补 偿 直 流 电 源 ， 有 的 为 带 有 铅 酸 蓄 电 池 的 KGCA— 50/98～ 360、 KGCFA— 75/200～ 360型 硅 整 流 直 流 电 源 ， 有 的 为 BZGN— 20/220型 镉 镍 电 池 直 流 屏 。 部 分 投 运 较 早 、 运 行 时 间 较 长 的 变 电 站 直 流 设 备 老 化 严 重 ， 给 变 电 站 的 安 全 、 可 靠 运 行 带 来 了 严 重 的 威 胁 。 如 某 110kV变 电 站 就 曾 因 直 流 系 统 故 障 ， 造 成 越 级 跳 闸 ， 导 致 全 站 失 电 的 恶 性 事 故 。 其 它 各 站 虽 未 发 生 大 的 事 故 ， 总 因 直 流 系 统 经 常 发 生 问 题 ， 缺 陷 较 多 ， 有 的 缺 陷 无 法 处 理 ， 致 使 直 流 系 统 长 期 处 于 “ 带 病 ” 运 行 状 态 ， 导 致 给 用 户 无 法 正 常 供 电 。
随 着 电 力 工 业 的 迅 速 发 展 ， 为 提 高 电 网 的 供 电 质 量 ， 使 电 网 安 全 、 经 济 运 行 ， 并 实 现 电 力 系 统 的 自 动 化 ， 从 而 对 电 力 控 制 系 统 的 关 键 设 备 — 控 制 电 源 的 要 求 也 越 来 越 高 。 而 原 来 的 直 流 设 备 均 采 取 传 统 的 相 控 电 源 ， 效 率 低 、 纹 波 系 数 大 ， 在 电 磁 辐 射 、 热 辐 射 、 噪 声 等 方 面 都 不 尽 人 意 。 另 外 ， 监 控 系 统 不 完 善 ， 采 取 1＋ 1备 份 方 式 ， 对 二 次 电 路 越 来 越 先 进 的 仪 器 仪 表 、 控 制 、 自 动 化 设 备 很 难 满 足 其 技 术 要 求 。 此 外 由 于 相 控 电 源 浮 充 电 压 易 波 动 ， 会 出 现 蓄 电 池 脉 动 充 放 电 现 象 ， 对 免 维 护 蓄 电 池 损 害 极 大 ， 影 响 电 池 寿 命 。 加 之 其 它 设 备 改 造 和 新 设 备 的 投 入 ， 原 来 的 相 控 电 源 已 远 远 不 能 满 足 中 原 油 田 电 力 系 统 的 需 要 ， 急 需 进 行 改 造 更 换 ， 才 能 保 证 电 气 设 备 的 安 全 运 行 和 平 稳 供 电 。 而 智 能 高 频 开 关 电 源 由 于 其 体 积 小 ， 重 量 轻 ， 技 术 指 标 优 越 ， 模 块 化 设 计 ， N＋ 1热 备 份 方 式 ， 便 于 “ 四 遥 ” 等 优 点 ， 已 在 诸 多 领 域 得 到 广 泛 应 用 。 上 世 纪 90年 代 以 后 ， 国 外 先 进 工 业 国 家 新 建 或 改 造 电 厂 和 变 电 站 已 全 部 采 用 高 频 开 关 电 源 ， 其 蓄 电 池 亦 全 部 采 用 免 维 护 蓄 电 池 。 为 了 实 现 中 原 油 田 电 网 设 备 达 到 同 行 业 先 进 水 平 的 目 标 ， 根 据 电 网 实 际 情 况 ， 直 流 系 统 设 备 改 造 采 用 目 前 先 进 的 智 能 高 频 开 关 电 源 系 统 。
2 智 能 高 频 开 关 电 源 系 统 的 性 能 特 点
为 了 保 证 智 能 高 频 开 关 电 源 系 统 的 质 量 ， 我 们 组 织 了 多 名 技 术 人 员 对 多 个 生 产 厂 家 进 行 了 考 察 ， 了 解 厂 家 的 生 产 工 艺 、 规 模 和 实 验 测 试 手 段 等 情 况 ， 经 过 “ 货 比 三 家 ” 后 ， 技 术 改 造 决 定 使 用 GZDW— 200/220型 操 作 电 源 。 它 是 专 为 电 力 系 统 研 制 开 发 的 新 型 “ 四 遥 ” 高 频 开 关 电 源 ， 采 取 高 频 软 开 关 技 术 ， 模 块 化 设 计 ， 输 出 标 称 电 压 为 220V， 配 有 标 准 RS 232接 口 ， 易 于 与 自 动 化 系 统 对 接 ， 适 用 于 各 类 变 电 站 、 发 电 厂 和 水 电 站 使 用 。 此 设 备 有 下 列 性 能 特 点 ：
1） 模 块 化 设 计 ， N＋ 1热 备 ， 可 平 滑 扩 容 。
2） 监 控 功 能 完 善 ， 高 智 能 化 ， 采 取 大 屏 幕 液 晶 汉 字 显 示 ， 声 光 告 警 。
3） 监 控 系 统 配 有 标 准 RS 232接 口 ， 方 便 接 入 自 动 化 系 统 ， 实 施 “ 四 遥 ” 及 无 人 值 守 。
4） 对 蓄 电 池 自 动 管 理 及 自 动 维 护 保 养 ， 实 时 监 测 蓄 电 池 组 的 端 电 压 ， 充 、 放 电 电 流 ， 自 动 控 制 均 、 浮 充 以 及 定 期 维 护 性 均 充 。
5） 具 有 电 池 温 度 补 偿 功 能 。
6） 模 块 可 带 电 插 拔 ， 更 换 安 全 方 便 。
7） 降 压 方 式 采 取 新 型 高 频 软 开 关 无 级 双 向 调 压 ， 摒 弃 传 统 硅 堆 降 压 方 式 ， 输 出 电 压 精 度 高 ， 动 态 响 应 速 度 快 。
8） 采 用 最 新 软 开 关 电 源 技 术 ， 采 用 进 口 器 件 。
3 智 能 高 频 开 关 电 源 系 统 的 组 成 及 各 部 分 作 用
智 能 高 频 开 关 电 源 系 统 由 交 流 配 电 ， 绝 缘 检 测 ， 监 控 模 块 、 整 流 模 块 、 调 压 模 块 ， 直 流 馈 电 等 组 成 。 系 统 工 作 原 理 框 图 如 图 1所 示 。
交 流 配 电 为 系 统 提 供 三 相 交 流 电 源 ， 监 测 三 相 电 压 、 电 流 及 接 触 器 状 态 ； 判 断 交 流 输 入 是 否 满 足 系 统 要 求 ， 在 交 流 输 入 出 现 过 压 、 欠 压 、 不 平 衡 时 自 动 切 断 有 故 障 的 一 路 ， 并 切 换 到 另 一 路 供 电 ， 系 统 发 出 声 光 告 警 。 装 有 每 相 通 流 量 40kA、 响 应 速 度 为 25μ s的 三 相 避 雷 器 ， 能 有 效 地 防 止 雷 击 对 设 备 造 成 的 损 坏 。
绝 缘 监 测 采 用 进 口 非 接 触 式 直 流 微 电 流 传 感 器 ， 利 用 正 负 母 线 对 地 的 接 地 电 阻 产 生 的 漏 电 流 ， 来 测 量 母 线 对 地 的 接 地 电 阻 大 小 ， 从 而 判 断 母 线 的 接 地 故 障 。 这 一 技 术 无 须 在 母 线 上 叠 加 任 何 信 号 ， 对 直 流 母 线 供 电 不 会 有 任 何 不 良 影 响 ， 彻 底 根 除 由 直 流 母 线 对 地 电 容 所 引 起 的 误 判 和 漏 判 ， 对 于 微 机 接 地 监 测 技 术 是 一 重 要 突 破 。
监 控 模 块 是 整 个 直 流 系 统 的 控 制 、 管 理 核 心 ， 其 主 要 任 务 是 对 系 统 中 各 功 能 单 元 和 蓄 电 池 进 行 长 期 自 动 监 测 ， 获 取 系 统 中 的 各 种 运 行 参 数 和 状 态 ， 根 据 测 量 数 据 及 运 行 状 态 实 时 进 行 处 理 ， 并 以 此 为 依 据 对 系 统 进 行 控 制 ， 实 现 电 源 系 统 的 全 自 动 精 确 管 理 ， 从 而 提 高 电 源 系 统 的 可 靠 性 ， 保 证 其 工 作 的 连 续 性 、 安 全 性 和 可 靠 性 。 具 有 “ 遥 测 、 遥 信 、 遥 控 、 遥 调 ” 四 遥 功 能 ， 配 有 标 准 RS 232接 口 ， 方 便 纳 入 电 站 自 动 化 系 统 。
整 流 模 块 为 合 闸 母 线 、 控 制 母 线 提 供 正 常 的 负 荷 电 流 ， 本 身 具 有 LCD汉 字 显 示 、 操 作 键 盘 ， 模 块 工 作 状 态 和 工 作 参 数 一 目 了 然 ， 可 以 带 电 插 拔 ， 具 有 软 件 较 准 ， 自 主 均 流 、 ZVS软 开 关 技 术 。
调 压 模 块 无 论 合 闸 母 线 电 压 如 何 变 化 ， 输 出 电 压 都 被 稳 定 控 制 在 220（ 1± 0.5％ ） V， 具 有 带 电 拔 插 技 术 、 软 开 关 技 术 和 双 向 调 压 特 性 。
直 流 馈 电 设 有 控 制 输 出 、 合 闸 输 出 、 电 池 输 入 、 闪 光 、 事 故 照 明 、 48V电 源 输 出 等 。 控 制 母 线 有 三 种 途 径 供 电 ， 确 保 控 制 母 线 供 电 安 全 可 靠 。 配 有 智 能 直 流 监 控 单 元 ， 可 测 量 母 线 电 压 、 电 流 及 开 关 状 态 等 。
电 池 巡 检 仪 对 电 池 电 压 进 行 实 时 监 测 ， 将 信 息 及 时 反 馈 到 监 控 模 块 。
蓄 电 池 全 密 闭 、 免 维 护 、 无 污 染 、 无 腐 蚀 ， 任 何 方 向 可 放 置 使 用 ， 使 用 温 度 范 围 宽 （ － 40℃ ～ 60℃ ） ； 深 放 电 至 零 伏 ， 24h内 充 电 可 恢 复 ； 可 大 电 流 放 电 ， 起 动 电 流 大 ， 自 放 电 率 极 低 ， 具 有 安 全 防 爆 排 气 系 统 ， 是 理 想 的 操 作 、 控 制 不 间 断 电 源 。
4 直 流 系 统 设 备 改 造 中 改 进 的 问 题
1） 改 进 了 新 设 备 直 流 馈 出 线 部 分 的 不 合 理 布 置 。 为 节 省 投 资 ， 我 们 利 用 原 来 直 流 系 统 的 控 制 、 信 号 及 合 闸 电 路 的 出 线 ， 但 与 新 设 备 馈 出 线 的 位 置 及 大 小 都 不 相 适 应 ， 为 此 ， 我 们 对 新 设 备 直 流 馈 出 线 部 分 按现 场 实 际 情 况 进 行 了 改 造 ， 使 安 装 更 加 容 易 ， 布 线 更 为 合 理 ， 运 行 更 加 可 靠 。
2） 添 加 了 蓄 电 池 的 放 电 电 路 。
3） 结 合 中 原 油 田 电 网 实 际 ， 对 设 备 出 厂 时 参 数 设 置 的 不 适 应 之 处 进 行 了 改 变 ， 保 证 设 备 运 行 后 更 加 可 靠 。
4） 对 闪 光 继 电 器 等 电 气 元 件 安 装 位 置 进 行 了 调 整 。 原 元 件 安 装 位 置 不 尽 合 理 ， 损 坏 后 不 便 维 护 、 更 换 ， 改 造 后 的 位 置 便 于 维 护 ， 省 时 省 力 。
5） 对 模 块 监 控 单 元 、 直 流 监 控 单 元 、 交 流 监 控 单 元 进 行 了 改 进 ， 增 加 了 防 护 盖 以 防 短 路 、 灰 尘 进 入 等 。
5 智 能 高 频 开 关 电 源 系 统 应 用 情 况
改 造 后 的 直 流 系 统 设 备 经 过 两 年 来 的 运 行 ， 技 术 指 标 合 理 ， 各 项 参 数 显 示 正 确 ， 操 作 方 便 、 直 观 ， 自 动 化 程 度 高 ， 维 护 工 作 量 大 幅 度 减 少 ， 设 备 保 护 功 能 齐 全 ， 能 可 靠 动 作 。 反 映 故 障 及 时 且 准 确 无 误 ， 对 电 池 能 自 动 管 理 无 须 专 人 维 护 ， 设 备 运 行 稳 定 可 靠 ， 从 未 发 生 影 响 正 常 供 电 的 现 象 。
改 造 后 的 直 流 系 统 与 原 来 的 直 流 系 统 相 比 较 ， 性 能 稳 定 ， 精 度 高 ， 安 全 、 可 靠 ， 保 证 了 油 田 的 油 气 生 产 ， 居 民 生 活 及 医 院 、 道 路 等 的 用 电 ， 降 低 了 噪 音 ， 改 善 了 值 班 人 员 的 工 作 环 境 ， 确 保 了 变 电 设 备 安 全 可 靠 运 行 ， 产 生 了 明 显 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 ， 主 要 体 现 在 以 下 几 个 方 面 ：
1） 原 来 的 相 控 电 源 纹 波 系 数 大 ， 其 输 出 含 有 的 交 流 成 份 较 大 。 尤 其 是 赵 村 变 电 所 最 为 明 显 ， 交 流 成 份 含 量 更 高 ， 对 二 次 设 备 影 响 最 大 ， 造 成 二 次 设 备 误 动 、 损 坏 、 甚 至 有 的 设 备 无 法 正 常 工 作 。 而 改 造 后 的 智 能 高 频 开 关 电 源 纹 波 系 数 很 小 ， 输 出 特 别 稳 定 。
2） 原 来 的 相 控 电 源 采 用 硅 堆 调 压 ， 硅 降 压 响 应 速 度 慢 ， 反 应 时 间 为 几 十 毫 秒 ， 输 入 电 压 突 变 时 在 输 出 上 会 产 生 很 大 的 冲 击 ， 因 冲 击 不 稳 定 而 易 烧 坏 二 次 设 备 。 而 改 造 后 的 高 频 开 关 电 源 采 用 无 级 调 压 方 式 ， 响 应 速 度 快 ， 输 入 电 压 突 变 时 ， 模 块 在 200μ s内 调 整 完 成 ， 过 冲 小 于 5％ 。
3） 原 来 的 相 控 电 源 充 电 机 、 浮 充 机 等 噪 音 较 大 ， 且 无 降 温 措 施 ， 有 的 变 电 站 浮 充 机 发 热 严 重 。 而 改 造 后 的 智 能 高 频 开 关 电 源 噪 音 小 ， 模 块 采 用 优 质 风 机 降 温 ， 保 证 了 模 块 元 器 件 正 常 工 作 ， 使 值 班 人 员 的 工 作 环 境 大 大 改 善 。
4） 原 来 用 的 是 铅 酸 电 池 或 镉 镍 电 池 ， 既 需 要 专 门 设 置 蓄 电 池 工 进 行 维 护 、 保 养 ， 还 需 要 配 备 维 护 电 池 用 的 有 关 容 器 、 仪 表 、 原 料 、 蒸 馏 锅 、 蒸 馏 水 等 。 而 改 造 后 用 的 是 美 国 “ 理 士 ” 免 维 护 电 池 ， 平 时 不 需 要 进 行 一 系 列 的 维 护 工 作 ， 减 少 了 人 力 物 力 。
5） 原 来 的 相 控 电 源 功 率 因 数 低 ， 一 般 在 0.7以 下 ， 效 率 在 60％ 左 右 ， 而 改 造 后 的 智 能 高 频 开 关 电 源 功 率 因 数 达 0.9以 上 ， 效 率 高 达 94％ 以 上 。
6） 原 来 的 相 控 电 源 经 常 出 现 故 障 ， 有 时 因 无 法 操 作 送 电 而 造 成 原 油 生 产 损 失 ， 如 1997年 9月 23日 某 110kV变 电 所 因 直 流 系 统 故 障 造 成 越 级 跳 闸 ， 全 站 失 电 ， 烧 毁 35kV线 路 3公 里 ， 其 经 济 损 失 高 达 400多 万 元 ； 近 几 年 直 流 系 统 经 常 出 现 各 种 故 障 给 油 气 生 产 造 成 了 很 大 的 损 失 ， 同 时 也 给 居 民 用 户 生 活 带 来 不 便 、 给 工 业 用 户 带 来 巨 大 的 经 济 损 失 。 而 改 造 成 智 能 高 频 开 关 电 源 后 ， 直 流 系 统 至 今 未 发 生 任 何 事 故 ， 供 电 更 加 可 靠 。
7） 改 造 后 的 智 能 高 频 开 关 电 源 具 有 48V电 源 出 口 ， 为 变 电 站 的 通 讯 网 络 等 提 供 了 电 源 ， 不 必 另 外 购 置 专 门 的 48V电 源 ， 减 少 了 设 备 的 投 资 和 占 用 空 间 。
8） 改 造 后 的 控 制 母 线 有 下 述 三 种 途 径 供 电 ， 确 保 了 控 制 母 线 供 电 安 全 可 靠 ， 做 到 了 万 无 一 失 。
— — 在 交 流 电 正 常 时 ， 控 制 母 线 可 由 整 流 模 块 直 接 供 电 ；
— — 在 交 流 失 电 时 ， 由 降 压 模 块 供 电 ；
— — 从 电 池 90％ 电 压 处 通 过 二 极 管 供 电 到 控 制 母 线 。
6 结 语
由 于 改 造 后 的 智 能 高 频 开 关 电 源 系 统 性 能 稳 定 ， 精 度 高 ， 安 全 、 可 靠 性 更 强 ， 创 新 点 多 ， 收 到 了 良 好 的 效 果 ， 取 得 了 明 显 的 社 会 和 经 济 效 益 ， 为 中 原 油 田 的 油 气 生 产 及 其 它 负 荷 提 供 了 可 靠 的 电 力 保 障 。 同 时 也 为 变 电 站 实 现 自 动 化 奠 定 了 基 础 。
摘自 北极星电技术网
|