隨著變電站內直流負荷增加，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，增加損耗。因此，考慮直流系統負荷分級，分析故障情況下需優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，為工程應用提供有益參考。

近年來，關于變電站直流電源系統的研究集中在新型電池、容量配置、直流系統智能控制方面，但是目前關于直流系統智能控制的研究還未見工程應用案例。本文從直流設備負荷角度出發，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，且在目前工程應用條件下可行。

1 總體思路和原則

目前，變電站一般集中設置閥控式密封鉛酸蓄電池，不設置通信專用蓄電池，通過DC-DC轉換實現對通信設備供電。變電站采取無人值班模式，220V直流系統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為48V通信系統供電4h。

考慮按以下原則進行直流負荷分級：

1）優先保證系統和站內通信負荷供電，保證通信通道暢通。

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

3）對于間隔層和過程層負荷，按照優先保證高電壓等級主網可靠性的原則，保證主網二次保護測控及相應過程層設備（針對智能站）供電可靠性。

4）主變及中低壓設備的二次負荷采取統籌考慮的原則，優先保證重要設備快速恢復送電，對于主變帶低壓側站用變（或接地變）的，應該優先考慮恢復供電，相應主變二次設備應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薄弱環節的線路，宜根據變電站位置合理設置優先級，保證相應二次設備供電，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。還應保證主網迅速恢復供電，保證主網二次間隔層及相應過程層設備供電可靠性。以220kV站為例，包括220kV環網線路的保護測控及過程層設備。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

優先保證重要設備快速恢復供電，對于主變帶低壓側站用變（或接地變）的，應該優先考慮恢復供電，相應主變二次設備應該在事故情況下較為優先保證供電。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，可以考慮相應二次設備負荷停電，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方案的規模計算，第三級負荷考慮以下設備的二次負荷：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。經統計第三級直流負荷見表4。

根據階梯計算法（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備，1臺站用變保護測控、消弧線圈控制裝置。統計第二級、第三級負荷，經過計算，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研究有所進展，根據現有直流系統配置方案，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，可以實現空開分合控制。加裝遠程控制電動操作機構示意圖如圖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，實現中壓出線二次直流負荷集中控制，待交直流電源系統恢復交流供電后，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圖

5 結論

隨著電網規模增大，變電站內直流負荷呈現增大的趨勢，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，第二級負荷為優先保證重要設備快速恢復送電的負荷，第三級為次要一次負荷相應二次設備。

2）對三級負荷和二級負荷進行了統計，經計算，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的方式實現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》，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。