安防之家讯：［摘要］　简要地介绍了目前220kV变电所设计中普遍采用的直流系统的接线方案及直流系统中采用的设备。并将可控硅整流装置与高频开关整流装置作比较，探讨高频开关电源在直流系统的应用。
［关键词］　直流系统　可控硅整流　高频开关电流　变电所

1　引言

变电所的继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等直流负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高，所以直流系统的可靠性是保障变电所安全运行的重要条件之一。
要保障直流系统可靠地运行，首先必须有一个可靠的直流接线方案；其次，要合理选择直流系统中采用的设备。目前对于直流系统的构成设计上一般按以下原则实现：
(1)在满足供电可靠的前提下，接线尽可能简单，设备尽可能简化且维护工作量尽可能小；
(2)选用的设备应先进、可靠、经济合理。

2　当前直流系统选型

2.1　直流系统接线方式
目前新建的220kV～500kV变电所一般采用单母线分段接线。该接线方式较双母线接线所需设备少，且接线简单、清晰，能方便地形成两个互不联系的环形供电网，每个环的电源回路接到两段母线上，能有效地提高直流系统的供电可靠性。为了简化接线且减少对直流系统的运行维护工作量，近年的设计均采用无端电池的直流系统。运行经验证明，该接线方式能满足可靠性的要求。
2.2　直流系统电压
目前的220kV变电所大多采用集中控制的方式，且所内高压断路器多采用弹操或液压操作机构，无需大的直流动力合闸电源，所以满足控制回路电压降低的要求成为决定直流系统工作电压的主要因素，故从技术经济上考虑，强电直流系统的工作电压宜选用220V。
2.3　蓄电池的选择
以前，在电力系统中广泛使用的蓄电池有：铅酸蓄电池、防酸隔爆式铅酸蓄电池、镉镍蓄电池等，而使用最多的是铅酸蓄电池。随着蓄电池制造技术的不断改进，新型的阀控式铅酸蓄电池于由具有以下特点而在电力系统中逐步得到了广泛应用：
(1)对建筑物要求简单，蓄电池布置在一般建筑物内即可，不需设调酸室等附属设施。
(2)维护工作量少，在寿命期内不需要加液，正常情况下可不进行均衡(补充)充电。
(3)正常使用的阀控式蓄电池其寿命要高于防酸式铅酸蓄电池，与隔镍蓄电池相当。
(4)阀控式蓄电池开路电压较高，相应所选用的终止电压也较高，但由于其良好的初放电性能，即使在较高的终止电压下，其选择容量也不大于其它类型的铅酸蓄电池。
目前，生产阀控式铅酸蓄电池的厂家较多，且良莠不齐。因此，选择上应充分考虑其生产厂的生产能力和业绩、产品的价格和性能、产品的检测和数据等因素。
2.4　电源系统的选择
2.4.1　可控硅整流装置
广西电力系统近年新建的220kV变电所直流电源大多选用全自动阀控式铅酸蓄电池直流电源成套装置，该装置的充电和浮充电设备采用硅整流装置，除了可以自动完成蓄电池的充电、均衡充电和浮充外，还可以实现从调度端发来的远方控制。成套装置采用的KVCA型整流器，具备浮充电、均衡充电、稳流充电三种功能，具有良好的限流、过流和短路保护及报警指示。
2.4.2　高频开关整流装置
高频开关电源作为目前可控硅、磁饱和类直流电源的换代产品，是采用多个高频开关模块并联组成直流充电浮充电装置。它具有以特点：
(1)体积小、重量轻、容量大。
(2)技术指标高，模块本身能承受多次或长时间短路冲击；系统稳压、稳流精度均≤1，充电、浮充电装置纹波系数≤0.3
(3)N 1备份，经济性能好，可靠性高。模块化的充电设备采用N 1备份方式，即所需充电电流由N个模块提供即能满足要求时，由N 1个模块供电。因采用自动均流措施，故所需电流由N 1个模块平均分配。充电中任何一个模块故障都不影响系统的运行。
(4)模块自动均流，充电电流连续可调。
(5)模块可任意并联，冗余配置且可在线操作。
(6)隔离性好，设有完善的自我保护系统。
(7)功率因素高(＞0.90)，效率高(＞90)。
在过去较长的一段时间内，由于受器件和开发难度等方面因素限制，高频开关电源技术一直徘徊在低电压(48V以下)、大电流(通讯电源、计算机电源等)水平上，未能涉足220V直流系统。近年来，随着阀控式蓄电池的出现，对直流系统中充电设备的性能要求越来越高。高频开关电源模块构成的直流充电装置所提供的高性能，为这类新型电池的应用提供了可靠的保障。

3　高频开关整流装置与传统可控硅整流装置在系统可靠性等方面的比较

传统可控硅直流充电装置当其发生故障时，需将整台充电装置退出运行后再进行系统的维护和检修，降低了系统的可靠性。而高频开关整流装置其充电模块是完全的模块化结构，在实际运行中，N 1个模块同时投运，自动均流，互为热备份。当系统中某一电源模块故障时，故障模块自动退出，非故障模块重新均流继续运行。故障模块可带电更换，无需整台充电装置停电，且作为N 1备份，可自动将备份模块投入。另外，有些厂家的电源模块采用三相无中线输入方式，避免了有中线输入时由于中性点漂移而引起的相电压不平衡，从而提高了系统的稳定性。故障频开关电源在可靠性、安全性等方面具有较突出的优点。
随着电力系统逐步采用阀控式铅酸蓄电池，对充电设备的要求越来越高：为了延长蓄电池的使用寿命，要求充电设备有较低的纹波电压和稳定的输出电压；稳定和准确的蓄电池浮充电流，保证蓄电池不能被长时间过充电；尽可能减少安全阀动作次数。高频开关电源由于动作响应速度较快，即使电网电压变化±20，也能保证浮充电流稳定，不会造成蓄电池过充电。高频开关电源直流输出端能承受长时间短路或多次短路冲击，且短路电流来会过冲。这一点对蓄电池事故深度放电或多次大电流放电后再充电时尤其重要。高频开关电源水的纹波系数，能保证目前电力系统中大量使用的微机继电保护装置不易造成误动作或整定值发生偏差。不足之处是：高频开关电源价格与常规微机直流电源价格相比有一定差距，而且负荷重时发热较厉害，需采用强迫风冷(温控)或自然冷却的方式。
由于高频开关电源所组成的直流系统具有传统可控硅整流充电装置所没有的优点，所以它在邮电通讯系统得到了广泛的应用(国家邮电通讯系统已全部淘汰可控硅整流直流系统，采有高频开关电源)。随着技术的发展和可靠性的提高，基于微机型高频开羊直流电源系统优越的技术性能以及国外该类技术产品的现状和趋势，它将在电力直流系统中具有强大的发展潜力。

4　结束语

高频开关电源直流系统虽然价格比传统同类产品略高，但由于它在占用空间、备份方式和自动化程度以及优良的技术指标等方面的特点，仍具有良好的价格性能比和广阔的发展前景。因此，在新建变电所直流系统选型中，在综合考虑技术经济指标情况后，可逐步采用，积累运行经验，使这一新技术能早日为电力系统的发展发挥更大作用。

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