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在各類發(fā)電廠、變電站中，為控制、信號(hào)、維護(hù)、自動(dòng)設(shè)備以及某些操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電的電源系統(tǒng)，一般稱為控制電源。控制電源分為兩類：①直流電源；②交流電源。直流電源由于獨(dú)立于交流動(dòng)力電源系統(tǒng)，不受交流電源系統(tǒng)事端的影響，具有安全可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)便利等特色，得到了廣泛應(yīng)用。特別是關(guān)于高電壓和可靠性要求較高的電力設(shè)備，直流電源幾乎是專注可選擇的控制電源，正由于如此，人們對(duì)直流電源十分重視。
一、直流屏電源系統(tǒng)的現(xiàn)狀
現(xiàn)在，變電站的直流電源分為電力操作電源和通訊電源。通訊電源一般選用48V電源系統(tǒng)，電力操作電源一般選用220V/110V電源系統(tǒng)。這兩種電源設(shè)備都是由系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備、充電設(shè)備、串聯(lián)蓄電池組和饋電回路4部分構(gòu)成。其中，串聯(lián)電池組是由單體電壓為2V或12V的蓄電池經(jīng)串接而成，作為變電站交流事端停電后直流屏電源系統(tǒng)的后備電源。
由于操作電源和通訊電源一般獨(dú)立配備蓄電池，這樣就需要維護(hù)兩套直流電源設(shè)備，運(yùn)維辦理成本很高。特別是電力操作電源，蓄電池串聯(lián)的數(shù)量許多，更簡(jiǎn)略出現(xiàn)單體電池電壓不均衡的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致有的電池長(zhǎng)時(shí)間過充電，有的電池長(zhǎng)時(shí)間過放電，嚴(yán)重影響整個(gè)蓄電池組的使用壽命。一旦某一只電池出現(xiàn)毛病，整個(gè)電池組就發(fā)揮不了應(yīng)有的效果，乃至有時(shí)需要把整組電池更換掉，形成不必要的浪費(fèi)。
為了保障直流供電的可靠性，國(guó)網(wǎng)公司要求定時(shí)對(duì)蓄電池做核對(duì)性放電檢驗(yàn)，把電壓落后的電池?fù)Q掉，這時(shí)就需要把電池組脫開直流母線來進(jìn)行。關(guān)于110kV及以下變電站，大多只配置一組電池，電池組脫離直流母線會(huì)給電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)安全帶來巨大危險(xiǎn)。
由于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓為220V/110V，而蓄電池的單體電壓多為2V或12V，這就需要把許多電池串聯(lián)起來才華滿足要求。別的鉛酸蓄電池的充放電特性使得電池在充電過程中，整組電池電壓會(huì)升高，系統(tǒng)需要通過調(diào)壓設(shè)備來維持直流母線電壓的安穩(wěn)。電力操作電源系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)方案如圖1所示。
圖1蓄電池串聯(lián)型直流屏電源系統(tǒng)方案圖
為處理單套直流電源中因單體蓄電池反常后整組蓄電池?zé)o法帶載的問題，提及的一種并聯(lián)型直流電源由若干個(gè)并聯(lián)電池模塊的高壓輸出端并聯(lián)銜接組成。其中，每個(gè)電池模塊均獨(dú)立地配備12V蓄電池；使用時(shí)，電池模塊一起接入AC220V溝通電源和12V蓄電池，當(dāng)交丟失電時(shí)，電池模塊將蓄電池的12V電壓提升至DC220V/110V。
這種并聯(lián)型直流電源雖可處理因單節(jié)蓄電池?fù)p壞造成整組蓄電池功用反常的問題，卻也存在著不足之處：
①因蓄電池的數(shù)量仍與傳統(tǒng)的方案相同，并未減少，而帶有智能監(jiān)控和充電功用的電池模塊的數(shù)量卻需與蓄電池的數(shù)量相匹配，由于單只電池模塊的價(jià)格遠(yuǎn)高于單節(jié)蓄電池的價(jià)格，使得整個(gè)直流電源的制作成本資金上升許多，不具有經(jīng)濟(jì)性；
②兼有充電和升壓功用的電池模塊是一種需將12V提升到220V/110V的大功率器件，如此數(shù)量眾多的電池模塊也會(huì)給組屏裝置帶來新的難題。
近十幾年來，跟著智能一體化電源設(shè)備的推廣應(yīng)用，在傳統(tǒng)直流屏的基礎(chǔ)上，配備DC/DC轉(zhuǎn)化模塊，輸出48V通訊電源。但這種方案沒有改動(dòng)傳統(tǒng)直流屏的蓄電池串聯(lián)數(shù)量，也不能改善原有設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。跟著高壓開關(guān)的技術(shù)進(jìn)步，操作電源的沖擊電流大大減小。220kV及以下變電站的常規(guī)負(fù)荷一般不會(huì)逾越20A，通訊電源的常規(guī)負(fù)荷也不逾越30A。
現(xiàn)在變電站的直流電源設(shè)備配備大容量的蓄電池，不是由于負(fù)荷需求大電流，而是為了延伸應(yīng)急供電時(shí)刻。因而，在溝通正常情況下，蓄電池組是處于備用狀況，并不需求對(duì)外輸出電能。
二、方案介紹
下面重點(diǎn)論述一種混聯(lián)型直流屏電源系統(tǒng)方案的優(yōu)越性，系統(tǒng)方案如圖2所示。
基于蓄電池混聯(lián)型直流屏電源系統(tǒng)架構(gòu)是在原系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上的改善，其具有下列功用差異：
1、蓄電池采用混聯(lián)結(jié)構(gòu)，即共用電池組，每組電池串聯(lián)節(jié)數(shù)大大減少，降低了設(shè)備維護(hù)成本資金。由于N個(gè)電池組并聯(lián)使用，即使某一組退出，也不存在電池組脫離直流母線的風(fēng)險(xiǎn)。
2、電力操作電源由變流設(shè)備直接輸出，單只模塊的輸出功率可達(dá)2kW，可并聯(lián)擴(kuò)容，滿意不同場(chǎng)合的需求。
圖2蓄電池混聯(lián)型直流屏電源體系計(jì)劃圖
3、通訊電源直接來自共用電池組的輸出，不需求任何轉(zhuǎn)化，利用現(xiàn)有技能，線路老到可靠，組屏便當(dāng)。
4、電力操作電源不再受蓄電池充放電特性的直接影響，能夠撤銷傳統(tǒng)的調(diào)壓設(shè)備，優(yōu)化了直流系統(tǒng)裝備。
5、交流停電時(shí)，共用電池組自動(dòng)輸出給變流設(shè)備，以便把DC48V轉(zhuǎn)化成DC220V/110V，滿意電力操作電源的大功率需求。
6、系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備通過交流電壓傳感器來判別交流電是否停電，并辦理充電設(shè)備和變流設(shè)備的工作。一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的自動(dòng)充放電維護(hù)，延長(zhǎng)蓄電池的運(yùn)用壽命。
7、該方案不需求每組電池裝備一套充電設(shè)備，幾個(gè)電池組之間通過共用電池組內(nèi)部的逆流設(shè)備并聯(lián)工作，構(gòu)成各自獨(dú)立的充放電回路。當(dāng)其間一組處于維護(hù)情況時(shí)，不影響另一組電池的工作，大大提高電源系統(tǒng)的可靠性。
8、共用電池組中若有某一組電池出現(xiàn)毛病，只需替換該組的4節(jié)或24節(jié)電池，而傳統(tǒng)直流屏需求換掉的電池為18節(jié)或104節(jié)，因而，替換電池的數(shù)量大大減少，這樣在一定程度上就降低了資源的浪費(fèi)。
三、系統(tǒng)方案特色
基于上述剖析，結(jié)合現(xiàn)在變電站直流屏電源系統(tǒng)的實(shí)踐工作情況，筆者以為針對(duì)傳統(tǒng)直流屏電源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化整合對(duì)錯(cuò)常有意義的。現(xiàn)提出一種將操作電源和通訊電源共用電池組的混合型直流屏電源系統(tǒng)處理辦法，該系統(tǒng)方案主要由監(jiān)控設(shè)備、充電設(shè)備、變流設(shè)備、N個(gè)串聯(lián)電池組和饋電回路等構(gòu)成。
其具有以下特色：
1、在有交流電時(shí)，電力操作電源和通訊電源各自都能獨(dú)立工作。電力操作電源選用變流設(shè)備直接整流后供給DC220V/110V直流母線，通訊電源選用充電設(shè)備經(jīng)由逆流設(shè)備后供給-48V通訊電源母線，防止從DC220V/110V直流母線通過DC/DC二次電壓改換。在交流停電時(shí)，電力操作電源和通訊電源共用蓄電池組。此時(shí)，通過逆流設(shè)備并聯(lián)起來的蓄電池組，一方面能夠經(jīng)變流設(shè)備升壓后供給電力操作電源，另一方面能夠直接供電給通訊電源。
2、傳統(tǒng)的電力操作電源DC220V/110V的充電設(shè)備撤銷，變流設(shè)備能夠替代這種充電設(shè)備的整流功能。變流設(shè)備可多臺(tái)并聯(lián)輸出，便當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)容；當(dāng)有交流電輸入時(shí)，變流設(shè)備把AC380V轉(zhuǎn)化成安穩(wěn)的DC220V/110V；當(dāng)交流失電時(shí)，則把混聯(lián)結(jié)構(gòu)的電池組的DC48V轉(zhuǎn)化成DC220V/110V。
3、混聯(lián)結(jié)構(gòu)的電池組，系統(tǒng)裝備4節(jié)12V或24節(jié)2V的N個(gè)串聯(lián)電池組，且這些串聯(lián)電池組再以并聯(lián)辦法工作。
4、充電設(shè)備選用48V等級(jí)，充電設(shè)備可多臺(tái)并聯(lián)輸出，便當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)容；通過逆流設(shè)備將充電和放電回路分隔，一套充電設(shè)備能夠給兩組及以上蓄電池充電。
5、系統(tǒng)的組屏辦法仍保存現(xiàn)在一體化電源設(shè)備的風(fēng)格，盤面安頓和內(nèi)部設(shè)備空間都不需求進(jìn)行大的變化。與傳統(tǒng)的系統(tǒng)方案比較后期維護(hù)成本資金改動(dòng)不大。
6、系統(tǒng)共用電池組后，在進(jìn)行單一蓄電池組的核容性放電或檢修時(shí)，其他的電池組仍能正常工作，無需考慮交流電源遽然停電帶來的危險(xiǎn)。選用電池組混聯(lián)型接線辦法，改動(dòng)了蓄電池組串聯(lián)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，處理了直流屏電源系統(tǒng)因單體蓄電池反常后整組蓄電池?zé)o法帶載的問題，極大改進(jìn)了系統(tǒng)可靠性。可對(duì)單一的蓄電池組單獨(dú)檢修替換，提高了蓄電池利用效率。
7、正常工作時(shí)，變流設(shè)備和充電設(shè)備受系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備操控，在系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備毛病時(shí)，也能夠各自獨(dú)立工作在默認(rèn)值情況。另外，相較于獨(dú)立工作的電力操作電源系統(tǒng)和通訊電源系統(tǒng)，該混合型直流屏電源系統(tǒng)中蓄電池的運(yùn)用數(shù)量也明顯減少，從而大大降低了項(xiàng)現(xiàn)在期的投入成本資金。
四、總結(jié)
本文提出了一種選用蓄電池混聯(lián)辦法的直流屏電源系統(tǒng)的思路，處理了因單體蓄電池反常后整組蓄電池?zé)o法帶載的問題。它整合了傳統(tǒng)的電力操作電源系統(tǒng)和通訊電源系統(tǒng)，消除了蓄電池組在核容性放電或檢修過程中，遇交流遽然停電導(dǎo)致直流電源癱瘓的危險(xiǎn)，便當(dāng)了變電站的直流屏電源系統(tǒng)的日常工作維護(hù)，從而極大地降低了直流屏電源系統(tǒng)的運(yùn)維辦理成本資金，進(jìn)一步提高了直流屏電源系統(tǒng)的安全可靠性。
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