隨著變電站內(nèi)直流負荷增加，蓄電池容量配置增大，投資增加，同時直流蓄電池長期處于浮充狀態(tài)，增加損耗。因此，考慮直流系統(tǒng)負荷分級，分析故障情況下需優(yōu)先保障的負荷種類非常必要，可減少蓄電池容量，在嚴重故障情況下增加重要直流負荷供電時間，為工程應(yīng)用提供有益參考。

近年來，關(guān)于變電站直流電源系統(tǒng)的研究集中在新型電池、容量配置、直流系統(tǒng)智能控制方面，但是目前關(guān)于直流系統(tǒng)智能控制的研究還未見工程應(yīng)用案例。本文從直流設(shè)備負荷角度出發(fā)，提出直流負荷分級方法及分級后負荷智能控制方法，可減少蓄電池容量配置，且在目前工程應(yīng)用條件下可行。

1 總體思路和原則

目前，變電站一般集中設(shè)置閥控式密封鉛酸蓄電池，不設(shè)置通信專用蓄電池，通過DC-DC轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對通信設(shè)備供電。變電站采取無人值班模式，220V直流系統(tǒng)在全所交流事故斷電后工作2h后自動或手動切斷，蓄電池剩余電能繼續(xù)為48V通信系統(tǒng)供電4h。

考慮按以下原則進行直流負荷分級：

1）優(yōu)先保證系統(tǒng)和站內(nèi)通信負荷供電，保證通信通道暢通。

2）按照重要性原則，優(yōu)先保證站控層二次負荷供電，該部分二次負荷是站內(nèi)任何設(shè)備恢復供電的保證。

3）對于間隔層和過程層負荷，按照優(yōu)先保證高電壓等級主網(wǎng)可靠性的原則，保證主網(wǎng)二次保護測控及相應(yīng)過程層設(shè)備（針對智能站）供電可靠性。

4）主變及中低壓設(shè)備的二次負荷采取統(tǒng)籌考慮的原則，優(yōu)先保證重要設(shè)備快速恢復送電，對于主變帶低壓側(cè)站用變（或接地變）的，應(yīng)該優(yōu)先考慮恢復供電，相應(yīng)主變二次設(shè)備應(yīng)該保證其在事故情況下的供電。

5）對于重要負荷和涉及電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的線路，宜根據(jù)變電站位置合理設(shè)置優(yōu)先級，保證相應(yīng)二次設(shè)備供電，以便事故處理后能快速恢復供電。

6）對于次要一次負荷，短時間難以恢復供電，可以考慮相應(yīng)二次負荷停電，待站用交流恢復供電后恢復其供電。

2 直流負荷分級

按照上述原則，將直流負荷分為3級。

2.1 第一級負荷

第一級為必須保證供電的負荷，包括全部通信負荷及站控層負荷（包括蓄電池供不間斷電源（uninterruptible power supply, UPS）負荷）、事故照明負荷。還應(yīng)保證主網(wǎng)迅速恢復供電，保證主網(wǎng)二次間隔層及相應(yīng)過程層設(shè)備供電可靠性。以220kV站為例，包括220kV環(huán)網(wǎng)線路的保護測控及過程層設(shè)備。第一級直流負荷見表1。

表1 第一級直流負荷

2.2 第二級負荷

優(yōu)先保證重要設(shè)備快速恢復供電，對于主變帶低壓側(cè)站用變（或接地變）的，應(yīng)該優(yōu)先考慮恢復供電，相應(yīng)主變二次設(shè)備應(yīng)該在事故情況下較為優(yōu)先保證供電。第二級直流負荷見表2。

表2 第二級直流負荷

2.3 第三級負荷

次要一次負荷，短時難以恢復供電，可以考慮相應(yīng)二次設(shè)備負荷停電，待站用交流恢復供電后恢復其供電。第三級直流負荷見表3。

表3 第三級直流負荷

3 直流分級后蓄電池容量

分別計算第三級、第二級負荷需要的蓄電池容量，以220-A1-1方案的規(guī)模計算，第三級負荷考慮以下設(shè)備的二次負荷：中壓出線10回（2回二次負荷為二級負荷），低壓出線24回，主變1臺，電容器12臺。經(jīng)統(tǒng)計第三級直流負荷見表4。

根據(jù)階梯計算法（電流換算法）計算蓄電池容量。蓄電池為閥控密封鉛酸蓄電池（貧液），按照控制負荷和動力負荷合并供電的計算過程如下：

表4 統(tǒng)計后的第三級直流負荷

1）按第一階段放電計算

2）按第二階段放電計算

3）按第三階段放電計算

經(jīng)計算，蓄電池容量減少41.4A?h。通常考慮留有一定裕度進行蓄電池配置，以220-A1-1方案為例，未分級前直流負荷統(tǒng)計為365A?h，實際選擇400A?h蓄電池。分級后蓄電池容量可選擇350A?h，或者仍選擇400A?h蓄電池容量。經(jīng)估算，可增加供電時間0.23h。

按照同樣的方法，在第三級負荷基礎(chǔ)上，第二級負荷為中、低壓母線保護，分段保護測控裝置，2回中壓出線，1臺主變保護測控及過程層設(shè)備，1臺站用變保護測控、消弧線圈控制裝置。統(tǒng)計第二級、第三級負荷，經(jīng)過計算，可減少蓄電池容量68A?h。分級后蓄電池容量可選擇300A?h，或仍選擇400A?h蓄電池容量。經(jīng)估算，可增加供電時間0.41h。

4 直流負荷分級管控實施方法

目前，直流負荷智能控制技術(shù)研究有所進展，根據(jù)現(xiàn)有直流系統(tǒng)配置方案，按照目前工程中的控制方法，對于第二、三級直流負荷，可以采取以下控制方法。

1）對于第二級負荷，考慮該部分負荷數(shù)量不多，有一定重要性，由直流饋線屏供電，采用加裝分勵脫扣器的方式，可以實現(xiàn)空開分控制，合控制需要采取手動方式。加裝分勵脫扣器原理示意圖如圖1所示。該方法造價較低，適用于直供負荷的空開，例如位于二次設(shè)備室的主變二次負荷。

圖1 加裝分勵脫扣器原理示意圖

2）對于第三級負荷，由分電屏供電，通過在電源處（直流饋線屏大空開）加裝遠程控制電動操作機構(gòu)，可以實現(xiàn)空開分合控制。加裝遠程控制電動操作機構(gòu)示意圖如圖2所示。例如直流饋線屏上供給中低壓集中負荷的空開，可采取該方式，實現(xiàn)中壓出線二次直流負荷集中控制，待交直流電源系統(tǒng)恢復交流供電后，自動控制該部分直流負荷恢復供電。

圖2 加裝遠程控制電動操作機構(gòu)圖

5 結(jié)論

隨著電網(wǎng)規(guī)模增大，變電站內(nèi)直流負荷呈現(xiàn)增大的趨勢，因此考慮直流負荷合理分級供電，減小蓄電池容量，增加重要直流負荷供電時間，顯得非常必要。本文所做研究工作如下：

1）進行了直流負荷分級，第一級為必須保證供電的負荷，第二級負荷為優(yōu)先保證重要設(shè)備快速恢復送電的負荷，第三級為次要一次負荷相應(yīng)二次設(shè)備。

2）對三級負荷和二級負荷進行了統(tǒng)計，經(jīng)計算，可有效減少蓄電池容量配置或者增加重要負荷供電時間。

3）提出對于第二級負荷采用直供方式，采取加裝分勵脫扣器的方式實現(xiàn)控制；對于第三級負荷采用集中分電屏控制，在電源處加裝遠程控制電動操作機構(gòu)的方式實現(xiàn)二次直流負荷集中分合控制。

本文編自2021年第12期《電氣技術(shù)》，論文標題為“變電站直流負荷分級及管控方法研究”，作者為李亮玉。