国网河北电力公司专家提出变电站直流负荷的分级及管控方法

来源：电气技术　2022-03-20 20:38:42

随着变电站内直流设备增加，蓄电池容量配置越来越大。为减少直流蓄电池容量配置，以及在交流全部失电情况下，优先保证重要直流负荷供电，国网河北省电力有限公司经济技术研究院的研究人员李亮玉，在2021年第12期《电气技术》上撰文，提出变电站内直流负荷分级原则，将全站负荷分为3级，针对不同级别负荷，给出具体管控实施方法。经计算，分级后可减少蓄电池容量配置。

随着变电站内直流负荷增加，蓄电池容量配置增大，投资增加，同时直流蓄电池长期处于浮充状态，增加损耗。因此，考虑直流系统负荷分级，分析故障情况下需优先保障的负荷种类非常必要，可减少蓄电池容量，在严重故障情况下增加重要直流负荷供电时间，为工程应用提供有益参考。

近年来，关于变电站直流电源系统的研究集中在新型电池、容量配置、直流系统智能控制方面，但是目前关于直流系统智能控制的研究还未见工程应用案例。本文从直流设备负荷角度出发，提出直流负荷分级方法及分级后负荷智能控制方法，可减少蓄电池容量配置，且在目前工程应用条件下可行。

1 总体思路和原则

目前，变电站一般集中设置阀控式密封铅酸蓄电池，不设置通信专用蓄电池，通过DC-DC转换实现对通信设备供电。变电站采取无人值班模式，220V直流系统在全所交流事故断电后工作2h后自动或手动切断，蓄电池剩余电能继续为48V通信系统供电4h。

考虑按以下原则进行直流负荷分级：

1）优先保证系统和站内通信负荷供电，保证通信通道畅通。

2）按照重要性原则，优先保证站控层二次负荷供电，该部分二次负荷是站内任何设备恢复供电的保证。

3）对于间隔层和过程层负荷，按照优先保证高电压等级主网可靠性的原则，保证主网二次保护测控及相应过程层设备（针对智能站）供电可靠性。

4）主变及中低压设备的二次负荷采取统筹考虑的原则，优先保证重要设备快速恢复送电，对于主变带低压侧站用变（或接地变）的，应该优先考虑恢复供电，相应主变二次设备应该保证其在事故情况下的供电。

5）对于重要负荷和涉及电网薄弱环节的线路，宜根据变电站位置合理设置优先级，保证相应二次设备供电，以便事故处理后能快速恢复供电。

6）对于次要一次负荷，短时间难以恢复供电，可以考虑相应二次负荷停电，待站用交流恢复供电后恢复其供电。

2 直流负荷分级

按照上述原则，将直流负荷分为3级。

2.1 第一级负荷

第一级为必须保证供电的负荷，包括全部通信负荷及站控层负荷（包括蓄电池供不间断电源（uninterruptible power supply, UPS）负荷）、事故照明负荷。还应保证主网迅速恢复供电，保证主网二次间隔层及相应过程层设备供电可靠性。以220kV站为例，包括220kV环网线路的保护测控及过程层设备。第一级直流负荷见表1。

表1 第一级直流负荷

2.2 第二级负荷

优先保证重要设备快速恢复供电，对于主变带低压侧站用变（或接地变）的，应该优先考虑恢复供电，相应主变二次设备应该在事故情况下较为优先保证供电。第二级直流负荷见表2。

表2 第二级直流负荷

2.3 第三级负荷

次要一次负荷，短时难以恢复供电，可以考虑相应二次设备负荷停电，待站用交流恢复供电后恢复其供电。第三级直流负荷见表3。

表3 第三级直流负荷

3 直流分级后蓄电池容量

分别计算第三级、第二级负荷需要的蓄电池容量，以220-A1-1方案的规模计算，第三级负荷考虑以下设备的二次负荷：中压出线10回（2回二次负荷为二级负荷），低压出线24回，主变1台，电容器12台。经统计第三级直流负荷见表4。

根据阶梯计算法（电流换算法）计算蓄电池容量。蓄电池为阀控密封铅酸蓄电池（贫液），按照控制负荷和动力负荷合并供电的计算过程如下：

表4 统计后的第三级直流负荷

1）按第一阶段放电计算

2）按第二阶段放电计算

3）按第三阶段放电计算

经计算，蓄电池容量减少41.4A•h。通常考虑留有一定裕度进行蓄电池配置，以220-A1-1方案为例，未分级前直流负荷统计为365A•h，实际选择400A•h蓄电池。分级后蓄电池容量可选择350A•h，或者仍选择400A•h蓄电池容量。经估算，可增加供电时间0.23h。

按照同样的方法，在第三级负荷基础上，第二级负荷为中、低压母线保护，分段保护测控装置，2回中压出线，1台主变保护测控及过程层设备，1台站用变保护测控、消弧线圈控制装置。统计第二级、第三级负荷，经过计算，可减少蓄电池容量68A•h。分级后蓄电池容量可选择300A•h，或仍选择400A•h蓄电池容量。经估算，可增加供电时间0.41h。

4 直流负荷分级管控实施方法

目前，直流负荷智能控制技术研究有所进展，根据现有直流系统配置方案，按照目前工程中的控制方法，对于第二、三级直流负荷，可以采取以下控制方法。

1）对于第二级负荷，考虑该部分负荷数量不多，有一定重要性，由直流馈线屏供电，采用加装分励脱扣器的方式，可以实现空开分控制，合控制需要采取手动方式。加装分励脱扣器原理示意图如图1所示。该方法造价较低，适用于直供负荷的空开，例如位于二次设备室的主变二次负荷。

图1 加装分励脱扣器原理示意图

2）对于第三级负荷，由分电屏供电，通过在电源处（直流馈线屏大空开）加装远程控制电动操作机构，可以实现空开分合控制。加装远程控制电动操作机构示意图如图2所示。例如直流馈线屏上供给中低压集中负荷的空开，可采取该方式，实现中压出线二次直流负荷集中控制，待交直流电源系统恢复交流供电后，自动控制该部分直流负荷恢复供电。

图2 加装远程控制电动操作机构图