變電站交換機(jī)電源配置優(yōu)化

朱銳欽

摘 要：隨著調(diào)控一體化的推進(jìn)，變電站遠(yuǎn)程監(jiān)視及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，站內(nèi)對于網(wǎng)絡(luò)通信的依賴程度也越來越高，而交換機(jī)作為構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信構(gòu)架的核心設(shè)備之一，也對其可靠性提出了更多、更高的要求，而作為交換機(jī)的生命之源——電源的可靠性顯得尤為重要。變電站內(nèi)有眾多的交換機(jī)，有些交換機(jī)是使用交流電源供電，有些使用直流電源供電，本文將分析變電站內(nèi)的主要電源：交流電源、交流不間斷電源、直流電源，繼而探討變電站交換機(jī)電源配置優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：交換機(jī);電源;可靠性;網(wǎng)絡(luò)通訊

變電站綜自系統(tǒng)安全運(yùn)行的條件之一是交換機(jī)運(yùn)行正常，而可靠的電源則是保證變電站交換機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。目前變電站一般會配置帶自動切換的交流電源、交流不間斷電源以及帶大容量蓄電池的直流電源，但是卻沒有重視電源對交換機(jī)的影響。隨意使用電源可能造成變電站綜自系統(tǒng)的崩潰，在電力系統(tǒng)發(fā)生異?；蚬收蠒r不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，會造成更大的故障[1]。

因?yàn)闆]有使用穩(wěn)定、可靠的電源，經(jīng)常會出現(xiàn)通訊中斷、信息不能及時到達(dá)的情況，主要有以下幾種：1、變電站發(fā)生故障而導(dǎo)致電源消失時，因?yàn)闆]有使用可靠的電源，往往會使交換機(jī)斷電，使得數(shù)據(jù)不能及時上送;2、一般的交流系統(tǒng)切換時是要先斷電再給電，這樣的沖擊很可能造成交換機(jī)的損壞;3、電網(wǎng)在發(fā)生故障時，電壓及頻率都會有突變，而使用這樣的電源，交換機(jī)很可能會燒壞;4、交流電源的電源線也可能會干擾交換機(jī)的運(yùn)行。因此，為了確保交換機(jī)及綜自系統(tǒng)的良好運(yùn)行，必須配置穩(wěn)定、可靠的電源[2]。本文將介紹一下現(xiàn)在變電站內(nèi)直流電源，UPS電源供電原理及供電情況。從變電站內(nèi)各電源的原理出發(fā)，分析各電源的優(yōu)缺點(diǎn)，從而提出變電站交換機(jī)電源配置優(yōu)化方法。

一、交流電源

交流電源是變電站內(nèi)最基礎(chǔ)的電源系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的充電機(jī)、開關(guān)刀閘機(jī)構(gòu)的電機(jī)、變壓器的通風(fēng)系統(tǒng)、變電站內(nèi)的照明都是其供電的。站用變、低壓開關(guān)、監(jiān)控裝置、儀表、自動切換裝置、保護(hù)裝置、測控裝置、交流配電屏組成變電站交流電源系統(tǒng)[3]。

1.1工作原理

站用變將10kV或以上高壓電變壓為380V交流電，通過交流配電屏將交流電分配給站用交流負(fù)載，站內(nèi)交流配電屏對站用變壓器輸出的380V交流電通斷和分配，屏上主要部件有指示燈、電測儀表、饋線開關(guān)等。

目前變電站內(nèi)交流電源系統(tǒng)一般采用ATS進(jìn)行切換，ATS（ Automatic Transfer Switch） 是一種位置切換開關(guān)， 用于站用電源切換， 配置了電氣閉鎖及機(jī)械閉鎖， 從根本上保證電源的安全可靠切換[4]。自動轉(zhuǎn)換開關(guān) （ATS）的基本原理是實(shí)時監(jiān)測電源，當(dāng)發(fā)現(xiàn)主供電源發(fā)生異常時，先斷開主供電源，再合上備供電源， 繼續(xù)供給負(fù)載。若主供電源恢復(fù)正常，先斷開備供電源，再合上主供電源，恢復(fù)正常運(yùn)行方式。以1ATS為例進(jìn)行說明，正常運(yùn)行時，#1站用變、#2站用變均正常運(yùn)行，401甲、402甲進(jìn)線斷路器合上，1ATS打到401甲開關(guān)位置，380V 1M負(fù)荷由#1站用變供。若主供電源#1站用變故障或異常時，1ATS裝置動作，斷開401甲開關(guān)的連接，380V母線失電，然后轉(zhuǎn)換至402甲開關(guān)，380V 1M負(fù)荷由#2站用變供。保證主供電源的斷路器斷開后，工作母線無電壓，且備用電源電壓正常的情況下，才投入備用電源是交流電壓切換的基本條件。

二、交流不間斷電源

變電站內(nèi)有一部分使用交流電的生產(chǎn)設(shè)備功能重要，所以要求交流供電不能間斷。但交流系統(tǒng)在電網(wǎng)故障時存在停電風(fēng)險，這部分設(shè)備交流失電將導(dǎo)致變電站失去監(jiān)控，如變電站內(nèi)的交換機(jī)、后臺監(jiān)控機(jī)等。為了保證上述重要生產(chǎn)設(shè)備可靠運(yùn)行，一種基于蓄電池儲能原理的電力交流不間斷電源（以下簡稱UPS電源）應(yīng)運(yùn)而生。含有整流器和逆變器，正常運(yùn)行時交流輸入經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟姾笤俳?jīng)逆變器變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)正弦波輸出，電網(wǎng)停電時可無間斷地切換至蓄電池組供電[5]。

交流電源空開、直流電源空開、整流單元、逆變單元、控制器、旁路空開、輸出空開組成了交流不間斷電源裝置[6]。電力交流不間斷電源裝置是在線式UPS，有以下特點(diǎn)：1、輸入電壓適應(yīng)性強(qiáng);2、電源切換切換無延時;3、輸出電壓精度高。

2.1工作原理

2.1.1正常運(yùn)行時，整流單元將交流輸入電源變成直流，然后逆變單元將直流變成交流，最后輸出到負(fù)載。

2.1.2交流輸入電源發(fā)生故障，瞬時變成蓄電池供電到逆變單元，交流輸入電源恢復(fù)正常后，瞬時切換回交流電源經(jīng)整流供電到逆變單元。

2.1.3若發(fā)生交流輸入電源異常、直流電源輸入異常、逆變單元損壞等異常狀況，將在4ms內(nèi)通過旁路開關(guān)變?yōu)榕月饭╇姡謴?fù)正常后，在4ms內(nèi)切換正常供電方式。

三、直流電源

直流電源是變電站內(nèi)最安全、可靠的的電源，保護(hù)裝置、開關(guān)控制電源、測控裝置、遙信、交流不間斷系統(tǒng)等都是使用直流電源。交流配電單元、充電機(jī)、直流母線、蓄電池、直流饋線屏、監(jiān)控裝置、絕緣檢測儀、降壓硅鏈等組成直流電源系統(tǒng)[7]。目前變電站內(nèi)都是配置雙套直流系統(tǒng)，即充電機(jī)、蓄電池、直流母線均雙套配置，中間使用母聯(lián)開關(guān)連接在一起，當(dāng)其中一套異常時，通過合上母聯(lián)開關(guān)，可保證負(fù)荷不斷電，變電站直流系統(tǒng)保證了站內(nèi)保護(hù)設(shè)備及電力控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。

3.1工作原理

正常運(yùn)行時，從兩段不同源的交流母線各取一路電源到交流配電單元，交流配電單元只輸出其中一路到充電機(jī)，充電機(jī)將交流電源整流為直流，然后通過直流母線供給各設(shè)備使用，并對蓄電池進(jìn)行浮充電[8]。當(dāng)發(fā)生交流電源異常時，蓄電池直接輸出值直流母線，從而保證設(shè)備不斷電。蓄電池是通過化學(xué)形式儲存大量電能，因?yàn)橛行铍姵卮嬖?，直流電壓波動小，適合對電源質(zhì)量要求高的設(shè)備，蓄電池組作為站用交直流系統(tǒng)唯一的儲能元件，在交流事故停電的時候?yàn)橹绷髫?fù)載繼續(xù)供電，是電力系統(tǒng)安全的最后一道防線。

四、電源配置分析

通過圖4電站電源系統(tǒng)簡圖可以看出，變電站內(nèi)正常運(yùn)行時，所有電源都來自交流電源系統(tǒng)，容量大是交流電源最明顯的優(yōu)點(diǎn)，足以=給變電站內(nèi)不同設(shè)備供電，但是其可靠性一般，1、在其中一個電源故障時，保證工作電源的斷路器斷開后，工作母線無電壓，且備用電源電壓正常的情況下，才投入備用電源是交流電壓切換的基本條件，即電壓切換時負(fù)荷會失電;2、由于交流系統(tǒng)電源來自站用變，即在全站停電時，交流沒有后備電源可用。因此不能滿足交換機(jī)的可靠性要求。利用站用變壓器的220V交流直接對交換機(jī)供電，沒有備用，一旦交流斷電，自動化系統(tǒng)便陷于癱瘓。而站用變壓器的輸出電壓普遍偏高，同時受站內(nèi)一、二次設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)磁場干擾，電壓不穩(wěn)定，波形指標(biāo)差，同樣也會影響交換機(jī)的正常運(yùn)行。

為解決交流電源上述不足而生的交流不間斷電源就沒有這些問題，交流不間斷電源將交流先整流到直流，同時從直流電源系統(tǒng)引入直流并接作為后備電源，再將直流逆變成交流。交流不間斷電源在交流電源輸入故障時可以實(shí)時切換至直流電源供電，因此不會出現(xiàn)負(fù)荷失電情況。并且還有輸入電壓允許范圍寬，輸出電源穩(wěn)定、干凈、可靠等優(yōu)點(diǎn)。但是其缺點(diǎn)是交流不間斷電源裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其本身容易發(fā)生故障，裝置故障后，負(fù)荷也將會失電。

直流電源正常運(yùn)行時將交流整流成直流，供給負(fù)荷。在交流電源故障時，直接使用并接在一起的蓄電池進(jìn)行供電，所帶負(fù)荷不會有失電過程。其結(jié)構(gòu)簡單，故障幾率小，可靠性高。直流屏一般均采用閥控式密封蓄電池或免維護(hù)蓄電池，其可靠性高、壽命長。直流屏本身是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，有明確的維護(hù)規(guī)定，可靠性有保證。它容量大，電壓穩(wěn)定，因此可以充分利用它給交換機(jī)供電。

通過上述分析可知，直流電源和交流不間斷電源的最后一道防線都是蓄電池，但是直流電源系統(tǒng)是蓄電池直接供電給負(fù)荷，相比交流不間斷電源還要進(jìn)行逆變這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)更為可靠。直流電源是交換機(jī)電源最合理的選擇。

四、結(jié)束語

變電站綜自系統(tǒng)主要功能是收集站內(nèi)遙測、遙信并對設(shè)備進(jìn)行遙控，而這些功能的實(shí)現(xiàn)有賴于站內(nèi)交換機(jī)組成的站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。后臺及遠(yuǎn)動信息采集、保護(hù)動作信息上送、開關(guān)刀閘的控制、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、計量系統(tǒng)、調(diào)度發(fā)令系統(tǒng)、安自主站系統(tǒng)、保信系統(tǒng)均是依賴于變電站內(nèi)交換機(jī)。對于關(guān)鍵性能指標(biāo)：網(wǎng)絡(luò)可靠性、傳輸時延、網(wǎng)絡(luò)可用率有較高要求，變電站交換機(jī)電源配置將影響這些關(guān)鍵性能指標(biāo)，因此需選擇可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定的電源作為交換機(jī)電源。

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