多功能變電二次設(shè)備雙電源切換裝置

顏紅得，楊永旭

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100）

0 前言

目前僅在全站交流或直流系統(tǒng)進(jìn)線端配置雙電源切換回路，單臺(tái)二次設(shè)備的電源并未冗余配置，存在裝置失電的安全隱患。

由于任何時(shí)候不允許無監(jiān)控或無保護(hù)運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于電源回路異常造成二次設(shè)備失電的缺陷不在少數(shù)，一旦關(guān)鍵二次設(shè)備電源異常，存在保護(hù)拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，一次設(shè)備將被迫停運(yùn)，嚴(yán)重影響著供電的可靠性。同時(shí)，《南網(wǎng)設(shè)備缺陷管理辦法》規(guī)定了自動(dòng)化設(shè)備的緊急缺陷處理時(shí)限僅為2小時(shí)，時(shí)間很緊。而電源異常由于影響較大，是發(fā)生緊急缺陷的主要原因?？梢?，加強(qiáng)二次設(shè)備電源管理，對(duì)于減少缺陷的數(shù)量、提高缺陷處理效率、保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。針對(duì)上述問題，小組在經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)適用設(shè)備的情況下，決定研制適用于電力二次設(shè)備的雙電源綜合管理裝置。

1 原因分析及確定課題

第一，變電站交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)已具有雙電源配置，但交流系統(tǒng)兩路UPS（不間斷電源）不能并列，兩套直流系統(tǒng)也不能并列運(yùn)行，雖有雙電源配置卻無法接入終端裝置。電力二次設(shè)備的工作電源并不統(tǒng)一，保護(hù)、測(cè)控裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置常采用220 V直流電源，后臺(tái)監(jiān)控機(jī)、五防機(jī)采用220 V交流電源，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)則可以交、直流電源通用。目前市面上的雙電源切換裝置只能適用兩路交流電源，或適用于兩路24 V以下直流電源，不能適應(yīng)電力二次設(shè)備復(fù)雜工作電源情況下雙電源供電需求。

第二，二次設(shè)備工作電源電壓有相關(guān)規(guī)定，明確要求工作電源過壓時(shí)，為避免損壞設(shè)備，應(yīng)切斷電源。目前，交流或直流裝置的供電電源均未設(shè)計(jì)電壓檢測(cè)功能。

第三，目前市面上的雙電源切換裝置未設(shè)計(jì)裝置故障閉鎖功能，若負(fù)荷裝置內(nèi)部故障跳開供電電源時(shí)，雙電源切換裝置動(dòng)作轉(zhuǎn)供至另一路電源，此時(shí)另一路電源在故障情況下合閘送電，將對(duì)系統(tǒng)造成二次沖擊。

第四，二次設(shè)備在運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生軟件運(yùn)行異常，需要人工重啟來排除缺陷，若能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方遙控?cái)嚯娭貑⒐δ?，將顯著縮短缺陷消除時(shí)間，節(jié)約大量人力成本。

針對(duì)現(xiàn)有二次設(shè)備供電方式的局限，基于減少二次設(shè)備失電事故的要求，結(jié)合實(shí)際工作提出了“變電二次設(shè)備雙電源綜合管理裝置”課題研究，旨在設(shè)計(jì)一種新的雙電源裝置，用于重要二次設(shè)備的雙電源供電，提供交直流通用的輸入輸出端口，同時(shí)兼具電壓監(jiān)測(cè)保護(hù)、裝置故障閉鎖、遠(yuǎn)方遙控重啟等功能。

圖1 雙電源切換裝置接線原理圖

2 原理及成果展示

原理：設(shè)計(jì)切換回路借鑒了傳統(tǒng)雙電源切換的接線原理，主回路為“二進(jìn)一出”。兩路電源接入裝置，經(jīng)繼電器相互切換后，輸出一路電源給二次設(shè)備供電。如圖1所示：電源一依次串聯(lián)繼電器K1、K2的常開接點(diǎn)，電源二依次串聯(lián)繼電器K3、K4的常開接點(diǎn)，兩路電源均分別通過兩個(gè)繼電器的兩副接點(diǎn)隔離切換，形成雙極聯(lián)鎖回路，保證了切換的可靠性和安全性。

裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)分層設(shè)置，分為裝置面板、切換繼電器層、布線層、控制模塊層，采用統(tǒng)一外殼組裝形成雙電源綜合管理裝置，方便人機(jī)交互。

圖2 雙電源切換裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

本成果由小組成員全手工制作完成，將進(jìn)線端子、出線端子、指示燈等功能部件統(tǒng)一布置在面板上，面板可通過鎖銷打開，方便接線操作和檢查回路。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

1）“雙極連鎖式”切換原理的創(chuàng)新。本成果選用4個(gè)普通14腳小型繼電器，通過互鎖組合電路實(shí)現(xiàn)了雙電源的切換，避免了傳統(tǒng)雙電源切換裝置使用的延時(shí)繼電器，或復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，縮小了設(shè)備體積。如圖1所示，此種接線方式保證電源一和電源二其中一路供電，杜絕了兩路電源的異常并列,保證了電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換的安全性。

2）同時(shí)滿足交、直流切換，并可快速轉(zhuǎn)換。本成果采用“統(tǒng)一母板”設(shè)計(jì)，選擇通用型快速拔插底座焊接成裝置母板，保持接線原理不變，通過更換繼電器，即可實(shí)現(xiàn)一套裝置同時(shí)滿足交、直流電源切換的要求。

圖3 可拔插母板的展示

4 多功能集成的創(chuàng)新

本成果滿足規(guī)程關(guān)于電源冗余配置要求的同時(shí)，結(jié)合日常運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，充分考慮論證，增加了電源管理的相關(guān)功能，主要包括：

4.1 保證運(yùn)行電壓穩(wěn)定

按照標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控系統(tǒng)電源應(yīng)在85%～110%額定值范圍內(nèi)正常運(yùn)行。配置了電壓監(jiān)測(cè)模塊，可整定定值，當(dāng)電壓不合格時(shí)自動(dòng)切換到另一路電源供電，避免不合格電壓長(zhǎng)期運(yùn)行造成設(shè)備損壞。

圖4 電壓監(jiān)測(cè)功能展示

4.2 裝置“故障閉鎖”功能，避免二次沖擊

將負(fù)荷裝置的“故障閉鎖”硬接點(diǎn)引入控制回路閉鎖雙電源功能，避免裝置故障時(shí)，投入另外一路電源造成的二次沖擊，縮小了事故范圍。

圖5 故障閉鎖功能展示

4.3 “遠(yuǎn)方遙控”及“就地”重啟功能，提高缺陷處理效率

在設(shè)備程序需要重啟時(shí)，可通過調(diào)度OCS系統(tǒng)遠(yuǎn)方遙控重啟，省去人員往返的耗時(shí)，極大提高了缺陷處理效率。

圖6 后臺(tái)監(jiān)控機(jī)“遠(yuǎn)方遙控”及裝置“就地重啟”按鈕展示

4.4 “主”回路投退功能，減少故障沖擊

第一路電源質(zhì)量較好時(shí)，可選擇投入主回路功能，只要一路電源帶電，即自動(dòng)切換至一路電源供電；當(dāng)“主”回路功能退出時(shí)，不會(huì)自動(dòng)切換，減少裝置切換次數(shù)，保障供電的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

本成果首創(chuàng)了二次設(shè)備“分布式”電源綜合管理模式，彌補(bǔ)了交直流系統(tǒng)現(xiàn)有配置的不足。制作了一套能夠針對(duì)單套二次設(shè)備使用的雙電源綜合管理裝置，在滿足南網(wǎng)技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求的同時(shí)，填補(bǔ)了單套變電二次設(shè)備電源管理裝置的行業(yè)空白，真正實(shí)現(xiàn)電源冗余配置。

變電站智能自動(dòng)化系統(tǒng)“無人值班+集中監(jiān)控”管理模式的全面使用，對(duì)設(shè)備運(yùn)行可靠性提出了更高的要求，而目前變電二次設(shè)備存在單電源供電、電源故障事件頻發(fā)等諸多問題。該課題組通過多年研究，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)并動(dòng)手制作了能夠有效降低二次設(shè)備失電造成電網(wǎng)失電事故的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)有助于縮短電源異常類缺陷處理事件，提高設(shè)備運(yùn)維水平，具有行業(yè)全面推廣價(jià)值。