高可靠性站用不間斷閉鎖電源裝置研發(fā)及應(yīng)用

王袤野 朱李超 周超杰 黃建勇 孟琦斌

摘要：直流閉鎖電源裝置是安裝在變電站中的一個(gè)重要裝置，為全站一次高壓設(shè)備的閉鎖回路提供電源，對設(shè)備及人身安全至關(guān)重要?，F(xiàn)階段使用的直流閉鎖電源裝置無冗余配置，一旦交流失電或內(nèi)部整流模塊出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致站內(nèi)閉鎖回路失電，使得設(shè)備停復(fù)役無法正常進(jìn)行，影響供電可靠性。鑒于此，研發(fā)了一種高可靠性站用不間斷閉鎖電源裝置，可實(shí)現(xiàn)閉鎖回路不間斷輸出，并通過研究存量變電站的不間斷閉鎖電源裝置安裝方法及現(xiàn)場試驗(yàn)，為相關(guān)領(lǐng)域處理閉鎖電源問題提供了參考。

關(guān)鍵詞：變電站;閉鎖電源;不間斷;試驗(yàn)應(yīng)用

0 引言

站內(nèi)閉鎖電源裝置為閉鎖回路提供電源，是站內(nèi)設(shè)備電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)的“能量中樞”[1]，其使用時(shí)間較長會導(dǎo)致設(shè)備老化、本身裝置無冗余等[2]，系統(tǒng)內(nèi)常發(fā)生因閉鎖電源裝置故障無法進(jìn)行停復(fù)役操作的問題，一旦發(fā)生此類問題，需申請專人解除五防閉鎖或更換閉鎖電源裝置[3]，無論是哪種方法，都將影響供電可靠性，且存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何提高閉鎖電源裝置的可靠性就成為一個(gè)亟待解決的問題[4]。

1 站內(nèi)防誤操作系統(tǒng)及閉鎖電源裝置概況

站內(nèi)典型防誤操作系統(tǒng)由電氣五防、機(jī)械五防、電磁五防、帶電顯示器和解鎖鑰匙智能管理機(jī)組成[5]。其中，電氣五防、電磁五防、帶電顯示器均由閉鎖電源裝置提供電源[6]。圖1為典型電容器組成套柜閉鎖原理圖，由圖可見，BSM為閉鎖母線，當(dāng)閉鎖電源裝置出現(xiàn)故障時(shí)，將導(dǎo)致無法進(jìn)行倒閘操作的問題。

目前系統(tǒng)內(nèi)典型站內(nèi)閉鎖電源裝置基本安裝在交流屏或直流屏柜內(nèi)，電源來自交流小母線，設(shè)置獨(dú)立空開，經(jīng)內(nèi)部整流后，輸出110 V直流供閉鎖母線上設(shè)備使用?，F(xiàn)階段使用的直流閉鎖電源裝置存在以下問題：

（1）閉鎖電源內(nèi)部整流模塊無冗余配置，一旦故障將導(dǎo)致閉鎖電源失電，進(jìn)而導(dǎo)致閉鎖回路失電，相關(guān)設(shè)備無法操作。這將導(dǎo)致若干后果，如搶修消缺無法繼續(xù)進(jìn)行，延誤送電時(shí)間等。

（2）電源僅來自交流屏出線空開，輸入電源單一。若進(jìn)線空開因故跳閘，將導(dǎo)致閉鎖電源失電。

（3）閉鎖回路故障為零缺陷管理辦法中規(guī)定的危急缺陷，原則上處理時(shí)間不超過24 h，這給相關(guān)人員造成很大的運(yùn)維壓力。

2 不間斷閉鎖電源裝置研發(fā)

2.1 ? ?裝置改進(jìn)措施

針對目前直流閉鎖電源裝置存在的若干問題，研制了一款高可靠性站用不間斷閉鎖電源裝置，該裝置采用交直流雙路輸入，由交流屏的交流電源供給交流輸入，直流屏獨(dú)立饋線供給直流輸入，在站用交流電正常情況下，直流輸入回路處于備用狀態(tài)，不消耗直流回路功耗，減少了對直流回路運(yùn)行安全的影響，在交流電失電情況下自動切換直流供電，確保閉鎖回路不間斷供電。當(dāng)交流恢復(fù)正常供電以后，裝置自動切換至交流輸入。

改進(jìn)設(shè)施具備以下特點(diǎn)：交直流雙電源輸入方案，DC直流不間斷輸出;多重保護(hù)方式，使站內(nèi)設(shè)備高壓閉鎖回路更可靠;主電路以電流型控制雙輸出式脈沖寬度調(diào)制器為核心;運(yùn)用單端多晶體管正激變流技術(shù)、諧振零電壓零電流技術(shù);使用MOSFET作為開關(guān)執(zhí)行元件;具備故障發(fā)信功能，可接入站內(nèi)信號屏柜，在裝置輸出過壓、欠壓、短路狀態(tài)下發(fā)信，進(jìn)一步提高可靠性。

2.2 ? ?交直流雙電源輸入方案研究

閉鎖電源裝置交直流雙電源輸入方案的施行，除了裝置本身技術(shù)因素外，還取決于變電站內(nèi)實(shí)際情況能否滿足。

圖2為變電站內(nèi)交直流電源典型設(shè)計(jì)的系統(tǒng)圖，圖中顯示，閉鎖電源模塊由交流饋線上獨(dú)立空開供電。研究典型設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，直流母線上存在大量備用空開可供使用，同時(shí)空開容量也可滿足設(shè)計(jì)要求。因此，通過直流母線上的備用空開為閉鎖電源裝置供電，可實(shí)現(xiàn)交直流雙電源輸入。

統(tǒng)計(jì)轄區(qū)內(nèi)75座35 kV以上變電站，閉鎖電源裝置典型安裝位置只有兩種，一種是安裝在交流屏上，另一種是安裝在直流屏上。這兩種安裝方式均能實(shí)現(xiàn)加裝直流輸入的功能，從而實(shí)現(xiàn)交直流雙輸入。圖3為變電站內(nèi)閉鎖電源裝置典型安裝位置。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用

不間斷閉鎖電源裝置前期調(diào)研及軟硬件研發(fā)結(jié)束后，筆者選取了一個(gè)10 kV開關(guān)站進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用。圖4為不間斷閉鎖電源裝置現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用場景，由圖可見，裝置除了交流輸入外，還從直流屏備用空開處引入直流輸入，萬用表測量閉鎖母線電壓大小符合運(yùn)行參數(shù)要求。

樣機(jī)安裝好后，進(jìn)行了模擬故障試驗(yàn)，模擬交流失電或整流模塊故障狀態(tài)下的工作情況，試驗(yàn)應(yīng)用情況如圖5所示。其中圖5（a）為正常運(yùn)行狀態(tài)，可見交流輸入指示燈亮，圖5（b）為將交流輸入開關(guān)手動切除后，用以模擬交流輸入故障/閉鎖電源裝置內(nèi)部整流模塊故障，裝置自動切換至直流輸入，可見圖5（b）中直流輸入指示燈亮起。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該裝置達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足站內(nèi)運(yùn)行條件，達(dá)到不間斷為閉鎖母線供電的高可靠性要求。

考慮存量變電站全站帶電情況，更換不間斷閉鎖電源裝置所需注意步驟及相關(guān)事項(xiàng)如下。

更換步驟：（1）斷開閉鎖電源裝置自身開關(guān);（2）拉開各段閉鎖電源裝置空氣總開關(guān);（3）拉開閉鎖電源裝置進(jìn)線開關(guān);（4）進(jìn)行更換。

更換時(shí)注意事項(xiàng)：（1）開展現(xiàn)場勘察，開具正確工作票，履行工作許可制度，進(jìn)行更換工作時(shí)實(shí)行工作監(jiān)護(hù)制度等;（2）全站設(shè)備帶電，工作人員工作時(shí)正?；顒臃秶粦?yīng)小于與帶電設(shè)備的安全距離;（3）做好安全措施，按照安規(guī)要求在更換設(shè)備的屏柜對面及兩側(cè)設(shè)備裝設(shè)遮欄或紅白帶;（4）由于更換閉鎖電源裝置會造成站內(nèi)閉鎖電源短暫失去，因此要考慮避開正常倒閘操作時(shí)間。

4 結(jié)語

本文通過對目前站內(nèi)防誤操作系統(tǒng)及閉鎖電源裝置的介紹以及對閉鎖電源接線方式的分析，總結(jié)出目前變電站內(nèi)普遍采用的閉鎖電源裝置存在的問題，進(jìn)而研制了一種高可靠性不間斷閉鎖電源裝置，可實(shí)現(xiàn)交直流雙輸入，閉鎖回路不停電輸出，保證了倒閘操作的不間斷，降低了停電時(shí)戶數(shù)，提高了供電可靠性。另外，本文還對裝置樣機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，探尋了推廣方式，羅列了裝置更換方法及注意事項(xiàng)，對相關(guān)人員有一定的參考價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王博.變電站直流電源系統(tǒng)故障診斷的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2018.

[2] 金宇，邱凱翔.一種直流系統(tǒng)接地故障排查方法的研究與分析[J].電工電氣，2017（6）：21-24.

[3] 李俊.變電站內(nèi)直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其故障研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2017.

[4] 劉源俊，杜貴平，黎嘉健，等.變電站直流電源系統(tǒng)現(xiàn)狀與展望[J].電源學(xué)報(bào)，2020，18（3）：86-94.

[5] 史雷敏，郭偉偉，郝雁翔，等.雙重化配置繼電保護(hù)的壓力閉鎖電源問題分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（16）：97-99.

[6] 潘盛.微機(jī)五防系統(tǒng)在東莞供電局變電站的應(yīng)用及探索[D].廣州：華南理工大學(xué)，2010.

收稿日期：2021-03-29

作者簡介：王袤野（1992—），男，安徽淮北人，碩士研究生，工程師，主要從事變電運(yùn)維自動化工作。