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在各類發(fā)電廠、變電站中，為操控、信號(hào)、維護(hù)、自動(dòng)裝置以及某些操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電的電源體系，通常稱為操控電源。操控電源分為兩類：①直流電源；②交流電源。直流電源因?yàn)楠?dú)立于溝通動(dòng)力電源體系，不受交流電源體系事端的影響，具有安全可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)方便等特色，得到了廣泛應(yīng)用。特別是關(guān)于高電壓和可靠性要求較高的電力設(shè)備，直流電源幾乎是專一可選擇的操控電源，正因?yàn)槿绱耍藗儗?duì)直流電源十分重視。
1. 直流屏電源體系的現(xiàn)狀
現(xiàn)在，變電站的直流電源分為電力操作電源和通訊電源。通訊電源一般選用48V電源體系，電力操作電源一般選用220V/110V電源體系。這兩種電源設(shè)備都是由體系監(jiān)控裝置、充電裝置、串聯(lián)蓄電池組和饋電回路4部分構(gòu)成。其中，串聯(lián)電池組是由單體電壓為2V或12V的蓄電池經(jīng)串接而成，作為變電站溝通事端停電后直流屏電源體系的后備電源。
因?yàn)椴僮麟娫春屯ㄓ嶋娫赐ǔ＊?dú)立裝備蓄電池，這樣就需要維護(hù)兩套直流電源設(shè)備，運(yùn)維管理成本很高。特別是電力操作電源，蓄電池串聯(lián)的數(shù)量很多，更簡單呈現(xiàn)單體電池電壓不均衡的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致有的電池長期過充電，有的電池長期過放電，嚴(yán)重影響整個(gè)蓄電池組的使用壽命。一旦某一只電池呈現(xiàn)故障，整個(gè)電池組就發(fā)揮不了應(yīng)有的作用，甚至有時(shí)需要把整組電池更換掉，造成不必要的浪費(fèi)。
為了保障直流供電的可靠性，國網(wǎng)公司要求定時(shí)對(duì)蓄電池做核對(duì)性放電測驗(yàn)，把電壓落后的電池?fù)Q掉，這時(shí)就需要把電池組脫開直流母線來進(jìn)行。關(guān)于110kV及以下變電站，大多只配置一組電池，電池組脫離直流母線會(huì)給電力體系的運(yùn)轉(zhuǎn)安全帶來巨大隱患。
因?yàn)橹绷黧w系標(biāo)稱電壓為220V/110V，而蓄電池的單體電壓多為2V或12V，這就需要把很多電池串聯(lián)起來才干滿足要求。另外鉛酸蓄電池的充放電特性使得電池在充電過程中，整組電池電壓會(huì)升高，體系需要通過調(diào)壓裝置來維持直流母線電壓的穩(wěn)定。電力操作電源體系典型設(shè)計(jì)方案如圖1所示。
圖1 蓄電池串聯(lián)型直流屏電源系統(tǒng)方案圖
為解決單套直流電源中因單體蓄電池反常后整組蓄電池?zé)o法帶載的問題，提及的一種并聯(lián)型直流電源由若干個(gè)并聯(lián)電池模塊的高壓輸出端并聯(lián)銜接組成。其中，每個(gè)電池模塊均獨(dú)立地裝備12V蓄電池；使用時(shí)，電池模塊同時(shí)接入AC 220V交流電源和12V蓄電池，當(dāng)交丟失電時(shí)，電池模塊將蓄電池的12V電壓提升至DC 220V/110V。
這種并聯(lián)型直流電源雖可解決因單節(jié)蓄電池?fù)p壞造成整組蓄電池功能反常的問題，卻也存在著不足之處：
①因蓄電池的數(shù)量仍與傳統(tǒng)的計(jì)劃相同，并未削減，而帶有智能監(jiān)控和充電功能的電池模塊的數(shù)量卻需與蓄電池的數(shù)量相匹配，因?yàn)閱沃浑姵啬K的價(jià)格遠(yuǎn)高于單節(jié)蓄電池的價(jià)格，使得整個(gè)直流電源的制作本錢上升很多，不具有經(jīng)濟(jì)性；
②兼有充電和升壓功能的電池模塊是一種需將12V提升到220V/110V的大功率器材，如此數(shù)量眾多的電池模塊也會(huì)給組屏安裝帶來新的難題。
近十幾年來，跟著智能一體化電源設(shè)備的推廣應(yīng)用，在傳統(tǒng)直流屏的基礎(chǔ)上，裝備DC/DC轉(zhuǎn)化模塊，輸出48V通訊電源。但這種計(jì)劃沒有改動(dòng)傳統(tǒng)直流屏的蓄電池串聯(lián)數(shù)量，也不能改善原有設(shè)備的運(yùn)行工況。跟著高壓開關(guān)的技術(shù)進(jìn)步，操作電源的沖擊電流大大減小。220kV及以下變電站的慣例負(fù)荷一般不會(huì)超越20A，通訊電源的慣例負(fù)荷也不超越30A。
目前變電站的直流電源設(shè)備裝備大容量的蓄電池，不是因?yàn)樨?fù)荷需求大電流，而是為了延長應(yīng)急供電時(shí)刻。因而，在交流正常情況下，蓄電池組是處于備用狀況，并不需求對(duì)外輸出電能。
2 計(jì)劃介紹
下面重點(diǎn)闡述一種混聯(lián)型直流屏電源體系計(jì)劃的優(yōu)越性，體系計(jì)劃如圖2所示。
基于蓄電池混聯(lián)型直流屏電源體系架構(gòu)是在原體系架構(gòu)基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其具有下列功能差異：
1）蓄電池采用混聯(lián)結(jié)構(gòu)，即共用電池組，每組電池串聯(lián)節(jié)數(shù)大大削減，降低了設(shè)備保護(hù)本錢。因?yàn)?/span>N個(gè)電池組并聯(lián)使用，即便某一組退出，也不存在電池組脫離直流母線的危險(xiǎn)。
2）電力操作電源由變流設(shè)備直接輸出，單只模塊的輸出功率可達(dá)2kW，可并聯(lián)擴(kuò)容，滿足不同場合的需求。
圖2 蓄電池混聯(lián)型直流屏電源體系計(jì)劃圖
3）通訊電源直接來自共用電池組的輸出，不需求任何轉(zhuǎn)化，利用現(xiàn)有技術(shù)，線路老練可靠，組屏便利。
4）電力操作電源不再受蓄電池充放電特性的直接影響，可以撤銷傳統(tǒng)的調(diào)壓設(shè)備，優(yōu)化了直流體系裝備。
5）溝通停電時(shí)，共用電池組自動(dòng)輸出給變流設(shè)備，以便把DC 48V轉(zhuǎn)化成DC 220V/110V，滿意電力操作電源的大功率需求。
6）體系監(jiān)控設(shè)備經(jīng)過溝通電壓傳感器來判別溝通電是否停電，并辦理充電設(shè)備和變流設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的自動(dòng)充放電保護(hù)，延長蓄電池的運(yùn)用壽命。
7）該計(jì)劃不需求每組電池裝備一套充電設(shè)備，幾個(gè)電池組之間經(jīng)過共用電池組內(nèi)部的逆流設(shè)備并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成各自獨(dú)立的充放電回路。當(dāng)其中一組處于保護(hù)狀況時(shí)，不影響另一組電池的運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提高電源體系的可靠性。
8）共用電池組中若有某一組電池出現(xiàn)故障，只需替換該組的4節(jié)或24節(jié)電池，而傳統(tǒng)直流屏需求換掉的電池為18節(jié)或104節(jié)，因而，替換電池的數(shù)量大大削減，這樣在一定程度上就降低了資源的糟蹋。
3 體系計(jì)劃特色
基于上述剖析，結(jié)合現(xiàn)在變電站直流屏電源體系的實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)情況，筆者以為針對(duì)傳統(tǒng)直流屏電源體系進(jìn)行優(yōu)化整合對(duì)錯(cuò)常有含義的。現(xiàn)提出一種將操作電源和通訊電源共用電池組的混合型直流屏電源體系處理辦法，該體系計(jì)劃主要由監(jiān)控設(shè)備、充電設(shè)備、變流設(shè)備、N個(gè)串聯(lián)電池組和饋電回路等構(gòu)成。
其具有以下特色：
1）在有溝通電時(shí)，電力操作電源和通訊電源各自都能獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。電力操作電源選用變流設(shè)備直接整流后供應(yīng)DC 220V/110V直流母線，通訊電源選用充電設(shè)備經(jīng)由逆流設(shè)備后供應(yīng)-48V通訊電源母線，防止從DC 220V/110V直流母線經(jīng)過DC/DC二次電壓改換。在溝通停電時(shí)，電力操作電源和通訊電源共用蓄電池組。此刻，經(jīng)過逆流設(shè)備并聯(lián)起來的蓄電池組，一方面可以經(jīng)變流設(shè)備升壓后供應(yīng)電力操作電源，另一方面可以直接供電給通訊電源。
2）傳統(tǒng)的電力操作電源DC 220V/110V的充電設(shè)備撤銷，變流設(shè)備可以替代這種充電設(shè)備的整流功能。變流設(shè)備可多臺(tái)并聯(lián)輸出，便利體系擴(kuò)容；當(dāng)有溝通電輸入時(shí)，變流設(shè)備把AC 380V轉(zhuǎn)化成安穩(wěn)的DC 220V/110V；當(dāng)溝通失電時(shí)，則把混聯(lián)結(jié)構(gòu)的電池組的DC 48V轉(zhuǎn)化成DC 220V/110V。
3）混聯(lián)結(jié)構(gòu)的電池組，體系配備4節(jié)12V或24節(jié)2V的N個(gè)串聯(lián)電池組，且這些串聯(lián)電池組再以并聯(lián)方法運(yùn)轉(zhuǎn)。
4）充電設(shè)備選用48V等級(jí)，充電設(shè)備可多臺(tái)并聯(lián)輸出，便利體系擴(kuò)容；經(jīng)過逆流設(shè)備將充電和放電回路分隔，一套充電設(shè)備可以給兩組及以上蓄電池充電。
5）體系的組屏方法仍保存現(xiàn)在一體化電源設(shè)備的風(fēng)格，盤面安置和內(nèi)部設(shè)備空間都不需求進(jìn)行大的變動(dòng)。與傳統(tǒng)的體系計(jì)劃比較后期保護(hù)本錢改變不大。
6）體系共用電池組后，在進(jìn)行單一蓄電池組的核容性放電或檢修時(shí)，其他的電池組仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無需考慮交流電源忽然停電帶來的危險(xiǎn)。選用電池組混聯(lián)型接線方法，改變了蓄電池組串聯(lián)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，處理了直流屏電源體系因單體蓄電池反常后整組蓄電池?zé)o法帶載的問題，極大改進(jìn)了體系可靠性。可對(duì)單一的蓄電池組獨(dú)自檢修替換，提高了蓄電池利用效率。
7）正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變流設(shè)備和充電設(shè)備受體系監(jiān)控設(shè)備操控，在體系監(jiān)控設(shè)備故障時(shí)，也可以各自獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)在默認(rèn)值狀況。另外，相較于獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的電力操作電源體系和通訊電源體系，該混合型直流屏電源體系中蓄電池的運(yùn)用數(shù)量也明顯削減，從而大大降低了項(xiàng)現(xiàn)在期的投入本錢。
4 結(jié)論
本文提出了一種選用蓄電池混聯(lián)方法的直流屏電源體系的思路，處理了因單體蓄電池反常后整組蓄電池?zé)o法帶載的問題。它整合了傳統(tǒng)的電力操作電源體系和通訊電源體系，消除了蓄電池組在核容性放電或檢修過程中，遇溝通忽然停電導(dǎo)致直流電源癱瘓的危險(xiǎn)，便利了變電站的直流屏電源體系的日常運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)，從而極大地降低了直流屏電源體系的運(yùn)維辦理本錢，進(jìn)一步提高了直流屏電源體系的安全可靠性。
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