500kV變電站直流系統的不停電改造

周 杰，朱金墾，林 帆

（溫州電力局，浙江 溫州 325000）

現在運行的綜合自動化變電站，對直流系統供電的可靠性、穩定性以及供電質量均有著很高的要求，還要求直流系統必須具備遙測、遙信等功能以適應變電站無人值守或少人值守的需要。為此，對服役己久的直流系統進行相應的改造己顯得十分迫切。直流改造工程難度大、風險系數高，必須從技術保障入手，確保改造過程中直流母線和直流負荷不停電且運行穩定。

1500kV甌海變直流系統現狀和改造方案的確定

500kV甌海變電站（以下簡稱甌海變）直流系統于2001年初建站時投入運行，“兩蓄兩充”，蓄電池容量為2×500 AH，直流母線為單母線分段接線如圖1所示。正常運行時，2段直流母線分別以單母線方式運行。500kV和220kV繼保小室各有4個直流分屏，直流主屏與直流分屏之間均有2根聯絡電纜，通過2個進線閘刀接入分屏，進線閘刀1個運行1個備用。

直流系統存在的主要問題有：運行年限久，設備老化，嚴重影響變電站直流供電的可靠性；整個直流系統的充電機只有2組，不符合現行規程“500kV變電站的直流系統應由2組蓄電池和3組充電機組成”的要求；直流主屏饋線開關為交直兩用，不符合反措要求；蓄電池運行年限長，實際容量不足；遙測、遙信數量過少，不適應變電站無人值守或少人值守的需要；直流接地巡線能力差。為提高變電站運行可靠性，防止因直流系統故障造成樞紐變電站運行異常，需要對直流系統進行改造，更換成新設備。

圖1 甌海變改造前的直流系統

改造后的直流系統如圖2所示。正常運行時，2段母線上的2組充電機作為浮充電系統，第3組充電機作為充電系統和浮充電系統的備用。當任1組電池均充時可將改蓄電池從母線上切離，由充電系統對其進行均充，而不影響系統的正常運行。由于3組充電機和2組蓄電池可互為備用，所以整個系統可靠性高。

圖2 甌海變改造后的直流系統

甌海變是溫州地區主要電源點，也是溫州電網與系統相聯的主要樞紐站。如果停役將造成溫州電網系統變電容量急劇下降、電網運行方式大幅調整、系統可靠性降低以及大面積的拉限電等一系列反應。

為此，采用原屏位不停電改造方式。即在保障站內直流不停電的基礎上，在原屏位更換新直流屏。同時決定采用分段改造的方式，即先改造直流Ⅰ段，然后再改造直流Ⅱ段。改造過程中即使出現直流失電，失電區域完全控制在1個分屏或1段直流母線供電范圍之內，不至于導致全站直流失電。這種分階段改造的方式比一次性整體改造更安全、更可控，改造風險大大降低。

2 臨時直流系統的組建和完善

將自主研發曾獲得國家實用新型專利的變電站直流系統不停電改造裝置完善升級，與備用直流屏和應急直流車組成1個強大的臨時直流系統，應用于甌海變直流系統改造工程中。臨時直流系統原理圖如圖3所示，具有以下特點：

（1）臨時直流系統的供電能力滿足站內直流負載的要求。甌海變2段直流母線總電流在80 A左右?？紤]事故及沖擊負荷安全余量，充電機組和直流屏并聯后臨時直流系統的充電電流最大達到160 A，遠遠超過負載要求，即使1組充電機退出運行，也不會影響改造的順利進行。

（2）臨時直流系統具備2路交流輸入和自動切換功能。此方式等同于正常運行方式，保證了臨時直流系統交流主供電源的可靠性。

（3）臨時直流系統自帶2組蓄電池，即使2路交流都失電或充電機故障，也可以保證直流負載不失電。

圖3 臨時直流供電系統

（4）配備應急電源?？紤]到變電站交流用電失電等極端情況下的應急處置，配備了應急電源，包括1輛直流車和1輛應急發電車。

（5）定制饋線箱。根據改造的實際情況定制了相應的饋線箱，饋線箱1轉接繼保小室直流分屏的電纜，內含10個100 A開關和相應的指示燈，每2個開關并在一起，相互備用。饋線箱2對除直流分屏之外的直流負載供電，內含100 A，40 A和20 A的開關。定制的饋線箱即方便操作和接線，又將危險區域進行了嚴格隔離，大大降低了誤碰、短路和接地的風險。

（6）臨時直流系統具備電壓調節能力，監控器、表計和信號燈可對整個臨時直流系統進行監控，隨時掌控和調整臨時直流系統的運行工況。

經過對交流輸入、充電機組、饋線箱、蓄電池組和應急電源等的調試，組建的臨時直流系統能確保直流負載不失電，為順利完成不停電改造打下了堅實基礎。

3 改造施工流程

甌海變直流系統改造不具備停電改造的條件，直流系統的穩定運行直接關系著一、二次設備的安全性和可靠性。從以往因直流系統故障引發的設備嚴重損壞及電網大面積停電的惡性事故中，不難看出直流系統改造每一步施工方案的實施如履薄冰，風險重重。為此根據現場情況，制定了1套詳細、嚴謹、合理的施工方案。專門編制了操作票，細化到施工的每1步操作。對每1步操作的人員分工、風險分析以及應急處置都經過了精心推敲，反復論證，確保施工有序可控、萬無一失，整體施工流程如圖4所示。

新上直流屏的調試包括絕緣試驗、接地電阻試驗、高頻充電模塊的特性試驗（穩流、穩壓紋波系數）等，確保新設備的性能完好。臨時直流系統搭建和調試完成后，必須對饋線箱的每1個開關進行帶負荷實驗，確保所有開關性能可靠。另外，必須對每1個直流分屏做負荷切換試驗。如圖1所示，例如1號直流分屏，需要把11Z運行12Z備用切換到11Z備用12Z運行。目的是確保直流主屏至直流分屏的每1個開關和電纜都是完好的。

圖4 甌海變直流改造施工流程

直流Ⅰ段1號直流分屏不停電改造步驟如圖5所示，第1步將11Z接入臨時直流系統并合上開關，注意核對電纜、開關、極性，調整臨時直流系統輸出電壓，直到其與原直流系統Ⅰ母電壓差最小，才合上開關；第2步微調臨時直流系統輸出電壓，盡量使1號直流分屏負載電流往臨時直流系統轉移，保證在12Z開關分閘時對直流沖擊影響最小。第1步和第2步操作過程中，密切注意原直流系統和臨時直流系統電壓和電流變化，并核實1號直流分屏的供電負載運行正常。至此，1號直流分屏所有負載全部順利轉移至臨時直流系統。

重復以上步驟，依次將3號、5號、7號直流分屏負載全部轉移至臨時直流系統。至此，原直流Ⅰ段所有負荷全部轉移至臨時直流系統。當舊屏拆除，新屏立好之后，再按圖5步驟反向將直流Ⅰ段所有直流分屏負荷轉移回新上直流屏。這樣，完整的直流Ⅰ段不停電改造完成。同理完成直流Ⅱ段不停電改造。

圖5 直流Ⅰ段1號直流分屏不停電改造示意

由于直流測控、信號和絕緣監測等都安排在直流Ⅱ段不停電改造完成之后進行完善。為此，在完成直流Ⅰ段不停電改造后，立刻將直流Ⅰ段主要的硬接點信號接入公用測控，便于運行人員對新上直流屏的監控，保證運行安全。

4 結語

“變電站直流系統不停電改造裝置”成果凝聚了溫州電力直流專業人員的集體智慧，曾獲得國家知識產權局授權實用新型專利、省電力公司群眾性科技創新成果優秀獎和全國電力行業優秀QC小組活動成果獎。在此基礎上經不斷改良創新，首次成功應用于500kV甌海變直流系統改造工程。施工人員膽大心細、精益求精，既確保了電網的安全可靠運行，也為供電企業創造了巨大的經濟效益。

[1]方健安，許慶桂.變電站直流系統改造技術探討[J].閩江學院學報，2010（2）∶50-51.

[2]宋繼成.220～500kV變電所二次接線設計[M].北京∶中國電力出版社，2002.

[3]中華人民共和國國家發展和改革委員會.繼電保護和電網安全自動裝置檢驗規程[M].北京∶中國電力出版社，2006.