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在各類發電廠、變電站中，為操控、信號、維護、自動裝置以及某些操作執行機構供電的電源體系，通常稱為操控電源。操控電源分為兩類：①直流電源；②交流電源。直流電源因為獨立于溝通動力電源體系，不受交流電源體系事端的影響，具有安全可靠、運轉維護方便等特色，得到了廣泛應用。特別是關于高電壓和可靠性要求較高的電力設備，直流電源幾乎是專一可選擇的操控電源，正因為如此，人們對直流電源十分重視。

1. 直流屏電源體系的現狀

現在，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電源體系，電力操作電源一般選用220V/110V電源體系。這兩種電源設備都是由體系監控裝置、充電裝置、串聯蓄電池組和饋電回路4部分構成。其中，串聯電池組是由單體電壓為2V或12V的蓄電池經串接而成，作為變電站溝通事端停電后直流屏電源體系的后備電源。

因為操作電源和通訊電源通常獨立裝備蓄電池，這樣就需要維護兩套直流電源設備，運維管理成本很高。特別是電力操作電源，蓄電池串聯的數量很多，更簡單呈現單體電池電壓不均衡的現象，進而導致有的電池長期過充電，有的電池長期過放電，嚴重影響整個蓄電池組的使用壽命。一旦某一只電池呈現故障，整個電池組就發揮不了應有的作用，甚至有時需要把整組電池更換掉，造成不必要的浪費。

為了保障直流供電的可靠性，國網公司要求定時對蓄電池做核對性放電測驗，把電壓落后的電池換掉，這時就需要把電池組脫開直流母線來進行。關于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給電力體系的運轉安全帶來巨大隱患。

因為直流體系標稱電壓為220V/110V，而蓄電池的單體電壓多為2V或12V，這就需要把很多電池串聯起來才干滿足要求。另外鉛酸蓄電池的充放電特性使得電池在充電過程中，整組電池電壓會升高，體系需要通過調壓裝置來維持直流母線電壓的穩定。電力操作電源體系典型設計方案如圖1所示。

 

圖1 蓄電池串聯型直流屏電源系統方案圖

 

為解決單套直流電源中因單體蓄電池反常后整組蓄電池無法帶載的問題，提及的一種并聯型直流電源由若干個并聯電池模塊的高壓輸出端并聯銜接組成。其中，每個電池模塊均獨立地裝備12V蓄電池；使用時，電池模塊同時接入AC 220V交流電源和12V蓄電池，當交丟失電時，電池模塊將蓄電池的12V電壓提升至DC 220V/110V。

這種并聯型直流電源雖可解決因單節蓄電池損壞造成整組蓄電池功能反常的問題，卻也存在著不足之處：

①因蓄電池的數量仍與傳統的計劃相同，并未削減，而帶有智能監控和充電功能的電池模塊的數量卻需與蓄電池的數量相匹配，因為單只電池模塊的價格遠高于單節蓄電池的價格，使得整個直流電源的制作本錢上升很多，不具有經濟性；

 

②兼有充電和升壓功能的電池模塊是一種需將12V提升到220V/110V的大功率器材，如此數量眾多的電池模塊也會給組屏安裝帶來新的難題。

近十幾年來，跟著智能一體化電源設備的推廣應用，在傳統直流屏的基礎上，裝備DC/DC轉化模塊，輸出48V通訊電源。但這種計劃沒有改動傳統直流屏的蓄電池串聯數量，也不能改善原有設備的運行工況。跟著高壓開關的技術進步，操作電源的沖擊電流大大減小。220kV及以下變電站的慣例負荷一般不會超越20A，通訊電源的慣例負荷也不超越30A。

目前變電站的直流電源設備裝備大容量的蓄電池，不是因為負荷需求大電流，而是為了延長應急供電時刻。因而，在交流正常情況下，蓄電池組是處于備用狀況，并不需求對外輸出電能。

 

2 計劃介紹

下面重點闡述一種混聯型直流屏電源體系計劃的優越性，體系計劃如圖2所示。

基于蓄電池混聯型直流屏電源體系架構是在原體系架構基礎上的改進，其具有下列功能差異：

1）蓄電池采用混聯結構，即共用電池組，每組電池串聯節數大大削減，降低了設備保護本錢。因為N個電池組并聯使用，即便某一組退出，也不存在電池組脫離直流母線的危險。

2）電力操作電源由變流設備直接輸出，單只模塊的輸出功率可達2kW，可并聯擴容，滿足不同場合的需求。

  

圖2 蓄電池混聯型直流屏電源體系計劃圖

3）通訊電源直接來自共用電池組的輸出，不需求任何轉化，利用現有技術，線路老練可靠，組屏便利。

4）電力操作電源不再受蓄電池充放電特性的直接影響，可以撤銷傳統的調壓設備，優化了直流體系裝備。

5）溝通停電時，共用電池組自動輸出給變流設備，以便把DC 48V轉化成DC 220V/110V，滿意電力操作電源的大功率需求。

6）體系監控設備經過溝通電壓傳感器來判別溝通電是否停電，并辦理充電設備和變流設備的運轉。同時，實現對電池組的自動充放電保護，延長蓄電池的運用壽命。

7）該計劃不需求每組電池裝備一套充電設備，幾個電池組之間經過共用電池組內部的逆流設備并聯運轉，構成各自獨立的充放電回路。當其中一組處于保護狀況時，不影響另一組電池的運轉，大大提高電源體系的可靠性。

 

8）共用電池組中若有某一組電池出現故障，只需替換該組的4節或24節電池，而傳統直流屏需求換掉的電池為18節或104節，因而，替換電池的數量大大削減，這樣在一定程度上就降低了資源的糟蹋。

 

3 體系計劃特色

基于上述剖析，結合現在變電站直流屏電源體系的實踐運轉情況，筆者以為針對傳統直流屏電源體系進行優化整合對錯常有含義的。現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體系處理辦法，該體系計劃主要由監控設備、充電設備、變流設備、N個串聯電池組和饋電回路等構成。

其具有以下特色：

1）在有溝通電時，電力操作電源和通訊電源各自都能獨立運轉。電力操作電源選用變流設備直接整流后供應DC 220V/110V直流母線，通訊電源選用充電設備經由逆流設備后供應-48V通訊電源母線，防止從DC 220V/110V直流母線經過DC/DC二次電壓改換。在溝通停電時，電力操作電源和通訊電源共用蓄電池組。此刻，經過逆流設備并聯起來的蓄電池組，一方面可以經變流設備升壓后供應電力操作電源，另一方面可以直接供電給通訊電源。

2）傳統的電力操作電源DC 220V/110V的充電設備撤銷，變流設備可以替代這種充電設備的整流功能。變流設備可多臺并聯輸出，便利體系擴容；當有溝通電輸入時，變流設備把AC 380V轉化成安穩的DC 220V/110V；當溝通失電時，則把混聯結構的電池組的DC 48V轉化成DC 220V/110V。

3）混聯結構的電池組，體系配備4節12V或24節2V的N個串聯電池組，且這些串聯電池組再以并聯方法運轉。

4）充電設備選用48V等級，充電設備可多臺并聯輸出，便利體系擴容；經過逆流設備將充電和放電回路分隔，一套充電設備可以給兩組及以上蓄電池充電。

5）體系的組屏方法仍保存現在一體化電源設備的風格，盤面安置和內部設備空間都不需求進行大的變動。與傳統的體系計劃比較后期保護本錢改變不大。

6）體系共用電池組后，在進行單一蓄電池組的核容性放電或檢修時，其他的電池組仍能正常運轉，無需考慮交流電源忽然停電帶來的危險。選用電池組混聯型接線方法，改變了蓄電池組串聯的傳統結構，處理了直流屏電源體系因單體蓄電池反常后整組蓄電池無法帶載的問題，極大改進了體系可靠性。可對單一的蓄電池組獨自檢修替換，提高了蓄電池利用效率。

7）正常運轉時，變流設備和充電設備受體系監控設備操控，在體系監控設備故障時，也可以各自獨立運轉在默認值狀況。另外，相較于獨立運轉的電力操作電源體系和通訊電源體系，該混合型直流屏電源體系中蓄電池的運用數量也明顯削減，從而大大降低了項現在期的投入本錢。

 

4 結論

本文提出了一種選用蓄電池混聯方法的直流屏電源體系的思路，處理了因單體蓄電池反常后整組蓄電池無法帶載的問題。它整合了傳統的電力操作電源體系和通訊電源體系，消除了蓄電池組在核容性放電或檢修過程中，遇溝通忽然停電導致直流電源癱瘓的危險，便利了變電站的直流屏電源體系的日常運轉保護，從而極大地降低了直流屏電源體系的運維辦理本錢，進一步提高了直流屏電源體系的安全可靠性。