变电站直流监控系统的实现分析（精选6篇）

变电站直流监控系统的实现分析 第1篇

变电站直流监控系统的实现分析

摘要:本文分析了建立变电站直流监控系统的意义,介绍了该系统的通道选择及系统构成, 探讨了监控器的原理, 对监控器的设计及监控中心的设计进行了说明, 以提高人们对变电站直流监控系统的认识,从而推广该系统的应用。

关键词:变电站, 监控系统,监控器, 设计 1.建立变电站直流监控系统的意义

电力系统中直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它的作用是：正常时为电厂和变电站内的断路器提供合闸直流电源；故障时，当电厂和变电站用电中断的情况下，为继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信、发电厂直流电动机拖动的厂用机械提供工作直流电源。它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。

在有人值班的变电站，值班运行人员可对直流设备运行状态进行定期检查，基本能发现并处理其出现的异常现象。但当前电力系统推广无人值班变电站，在原管理模式下，运行维护人员获得直流系统运行的详细信息，特别是不能发现系统刚开始启动时出现的异常情况，只有当异常发展为故障时才上传调度，而此时事故已扩大。因此，如何提前发现异常情况，避免异常情况发展为故障显得很重要。

通过直流在线监控系统这一技术手段可解决这一问题。该系统的主要作用就是把各变电站的直流设备信息上传到监控中心供其查询，同时调度监控中心也可以向各站发送控制命令。这样，维护人员不但可以在监控中心对直流设备进行远方监控，还可以及时发现设备运行的不正常状态并及时处理，而不等其发展演变成事故。该系统的建立，可以节省人力物力，提高维护效率。

2.变电站直流监控系统通道选择

从目前变电站调度中心获取信息的途径来看，主要都是通过远动通道实现的，但是变电站上诸如遥动、遥测、遥控等等在内的一些信息都要求高效且真实可靠，如果它们也同样通过远动通道，那么必将会让其他的信息流通占据通道，甚至在数据传输较多的时候引起通道的堵塞，最终影响到电力调度工作的正常进行。因此，直流设备的相关信息的传送应该从另一个通道实现。

2.系统构成

系统包括 3 部分: 监控器是前置机系统, 负责设备数据的采集、运行状态的控制和信息的上送;监控中心是后台机系统, 是基于 PC 机上运行的, 它负责对所有变电站的监控器发送命令, 接收其运行数据以及对数据进行处理和分析;两者之间的数据通信依靠 modem 和电话网建立。监控中心和监控器是一对多系统。

监控中心和监控器都可以通过modem与话网相连接，这样双方能够方便的呼叫对方，并且进行信息的互传，信息的发送、命令的传输，每一个监控器都可以将数据信息情况汇报给监控中心。通过这样的系统构成，监控器是主要负责的是相关电力运行数据的采集工作和并保证信息的上传。而监控中心则主要负责发送命令并且接受数据和对已经接收的数据做分析和处理。

3.系统监控器设计

监控器在变电站系统中主要是完成对直流设备的运行状态信息的收集过程，并且将这些数据传送到其他的相关监控单元。监控器采用的是工控制机设计，这样能够直接的从设备上获得各种状态的信息数据，并且及时的对设备进行调节和控制。

监控器软件主要由通信、IO、数据收发和数据处理四大模块组成。通信模块主要是通过打开和关闭modem功能与报警系统联通，而当一旦发生任何紧急情况或者异常情况的时候可以通过监控中心完成自动拨号，并且向瓶套发送预警信息。

IO模块主要是实现人机监控界面的转换与输入，实现对各种直流设备信息的采集以及控制。数据收发模块是当各种设备已经连通之后的后期操作系统，这个系统负责是对网链上的信息数据的收发，对24小时之内的各种历史数据和报警信息的调节和命令记录。

数据处理模块属于监控软件中的核心，以为内所有的转换以及信息的收集都是为了要将这些数据进行处理最终解决问题。它能够根据事先的设定将那些已经存入数据库的相关信息放入数据库中，并等待将这些信息发送到监控中心，保证数据的更新速度。从另一方面来说，它对于接收到的数据的调控命令的分析也能够提供给IO模块使用。

4.系统监控中心的设计

监控中心主要是通过一台微型计算机实现的，而通过这一系统主要链接通信、数据库形成、主控以及报表打印四大模块。监控中心的通信模块设计和监控器的通信模块设计的主要功能是想通的，都是通过建立好的通信链，实现命令的下达，接受传送的信息。数据库模块主要是将每天采集到的信息数据整理归档的过程，对于一旦出现问题的设备或者环节能够在这个数据库中找到问题的缘由，并且能够及时的将这些问题得以解决。主控模块是监控中心的核心模块，是借助Windows操作系统，采用键盘和鼠标对其进行控制，实现信息的发送和远方信息的显示，并且能够通过系统对数据进行简单处理之后，将数据发送。当工作需要，可以通过报表打印模块将所需要的一些历史数据以及月报表、季度报表甚至是日报表打印，通过曲线数据信息图供专业人员分析。

5.系统应用效果分析.1 直流电池效率提高

直流在线监控的应用,改变了以往需要到现场,用电池巡检仪或万用表测量电池输出电压的落后方法。传统测量电池电压只是用电表测电池在浮充状态下的电池端电压，即电池在浮充状态下的化学电势。即使是一个容量较小的电池，在浮充状态下其端电压也可能是正常的，通过在浮充状态下测量电池电压来判断电池好坏的方法并不可靠。而直流在线监控系统实时监视电池充放电时电池电流及端电压的变化，通过主站OPEN3000强大的分析功能，可以从容量分析电池的优势，从而判断电池的性能。

5.2 核对性放电效率和准确性提高

为了检验其运行中蓄电池实际容量，将蓄电池组脱离运行，以规定的放电电流进，恒流放电。原先在放电试验过程中，维护人员定时记录放电电池的电压。由于传统的人工记录并不可能做到记录时间准确，特别是记录数据的事后分析，人工绘制放电曲线就显得非常麻烦。在不能完全依赖人工的前提下，系统实现核对性放电操作的实时记录要求。

6.总结

通过此系统,直流设备维护人员就可以在监控中心对各变电站直流设备运行状态进行远方监控,免去了对各个变电站的现场定检,特别是在直流设备发生运行异常时,运行维护人员能及时收到报警信号,并及时处理。总之,直流监控系统的运行,减少了工作量,提高了工作效率,达到减员增效的目的。

参考文献

[1]高凌宇.变电站直流监控系统的实现[J].中国科技财富,2011（10）.[2]吴晖,梁青云.基于GPRS技术的变电站直流设备监控系统[J].电力自动化设备,2009（5）.

变电站直流监控系统的实现分析 第2篇

张 军

（宿迁市泗阳县供电公司，江苏 泗阳 223700）

摘要 直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的直流电源，它还为开关操作提供可靠的操作电源。直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用。本文对220KV泗阳变电所发生的几起直流系统故障实例，结合当时的分析处理情况，进行了较为详细的总结，为今后可能发生的类似情况提供了分析处理的参考方法。关键词 直流系统 故障 分析 处理

引言

直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的直流电源。它还为开关操作提供可靠的操作电源。直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证，是变电站的重要组成部分，必须高度重视直流系统，必须把对直流系统的日常检查、测试以及维护工作放在重要位置，并在发生各类事故的时候优先考虑恢复直流系统的供电。

以笔者工作的220KV泗阳变电所为例，自2007年11月至2008年9月，短短的十个多月的时间，就发生了6次直流系统故障，其中有3次较为严重，直接危胁到对直流负载的可靠供电以及系统设备的安全运行，在变电站二次设备故障中占据相当大的比例，必须引起我们的高度重视和警觉。2008年9月，220KV泗阳变电所1＃充溃电屏直流系统绝缘降低，最后经查为220KV泗电线4977开关端子箱至开关汇控柜的直流电缆外绝缘破坏，导致电缆对地放电烧毁。2008年8月，1＃充电屏1＃充电模块故障，导致1＃充电屏跳闸。2008年9月，1＃充电屏整流器故障，连接的蓄电池组对直流负载供电，导致蓄电池电压快速降低等等。导致这几次故障产生的原因各不相同，在直流系统故障中具有典型性，本文根据现场值班员以及继电保护工作人员当时的分析处理情况进行总结，并对照直流系统的相关管理规定和处理原则，进行初步分析和探讨，希望起到抛砖引玉的作用，和同行进行交流提高。

1泗阳变电所直流系统概述

220KV泗阳变电所直流系统采用烟台东方电子生产的DF0210A型装置系统，包括充馈电屏、电池屏，对全所直流负荷供电以及对电池组进行充电。正常时从所用电屏分别供交流电源至两组充馈电屏，两组充馈电屏同时运行，各自带部分直流负载，2＃直流屏上的直流联络闸刀（1、2组联络闸刀）断开。一组充馈电屏供35KV控制、中央信号、事故照明、220KV控制用，二组充馈电屏供直流电压表、故障录波器、遥控屏电压监视以及1＃、2＃主变控制用。当其中一组充馈电屏停用或由于其它原因，导致本屏不能代供直流负载以及对本屏蓄电池组进行充电时，应将2＃直流屏上的1、2组联络闸刀合上，转由另一充馈电屏代供。为保证停役的充电装置检修工作的安全，必须分开相应的充馈电屏在所用电屏上的交流电源空气开关以及整流输出空气开关。直流充馈电屏上还装设了微机接地巡检仪，可供及时发现直流系统绝缘降低、直流接地等故障。

以上为本所直流系统原理图

2直流系统故障情况处理及分析 2.1 1＃充馈电屏直流系统绝缘降低

当日恰逢本文笔者当班，微机接地巡检仪报警，绝缘降低指示红灯闪烁，装置显示：1＃充馈电屏直流正对地电阻为0，负对地电阻为-999.9K；正对地电压0V，负对地电压-108.5V。微机接地巡检仪内监测的各分支对地电阻均在正常范围。故障发生时间为上午9：30左右，天气晴朗干燥，变电所直流系统及二次回路均无人工作。

笔者立即汇报继电保护专职人员，然后会同班内其他人员对变电所内的直流系统部分进行了初步排查：

1、考虑到充馈电屏经常发生充电模块故障，有无可能是其导致的故障发生？而实际1＃充馈电屏上的充电模块均正常运行，无故障现象，又对屏内的直流小母线进行了检查，在可视的范围内没有明显的放电及接地现象，故这种可能被排除。

2、对220KV及110KV室外端子箱、机构箱进行重点排查，虽有部分端子箱内水气较重，导致接线端子排有水珠较潮湿，但并没有放电及接地痕迹，端子箱及机构箱内也无小动物及其它异物可能造成接地。（为排除潮湿原因造成绝缘降低，把水气较重的端子箱门打开，进行通风晾干。）35KV室内端子箱也通过检查而被排除。

3、对继电器室的保护、自动装置以及控制电源等进行检查，无异常及接地现象。

4、到蓄电池室对第Ⅰ组蓄电池组进行检查，没有发现放电及接地现象，电池屏上的电池检测仪显示每节电池电压正常。

继电保护工作人员到达现场后，笔者向其汇报了故障及检查排除情况。继电保护工作人员然后重新进行类似的检查，亦没有发现故障点。为了更进一步查明故障原因，继保人员和值班员商量后，决定先停用第Ⅰ组蓄电池。在分开第Ⅰ组蓄电池空气开关，将第Ⅰ组蓄电池退出运行后，经微机接地巡检仪重新巡检，故障没有消失，说明第Ⅰ组蓄电池组不存在故障。继保人员又决定将1＃充电装置从整流输出空气开关处进行隔离，检查充电模块及直流小母线有无故障。按照要 求，值班员合上2＃充馈电屏上1、2组直流联络闸刀，将1＃充电屏所供直流负载及第Ⅰ组蓄电池充电都由2＃充电屏承担，然后分开1＃充电屏上整流输出空气开关，但微机接地巡检仪的故障信号并没有消失。

为了经快查出故障，在汇报相关领导后，决定拉路查找。为了慎重起见，继保人员又分析了可能产生这种故障的原因：为什么微机接地巡检仪显示正对地电阻为0，各分支检测的对地电阻却正常？有没有无法巡检到的地方有故障存在？和微机接地巡检仪厂家联系，证实了这种可能性的存在。继电保护工作人员突然想起新上间隔220KV泗电4977、4978当初投运时，有关直流部分没有接入微机接地巡检仪。在厂家的指导下，在将泗电4977、4978直流部分接入接地巡检仪后，装置果然显示泗电4977间隔直流电阻较低。经继保人员排查，确定是开关端子箱到开关汇控柜的电缆存在问题。经过开挖，果然发现其中一段有放电烧焦痕迹。分析认为：当初新建施工时，电缆绝缘皮遭到损坏，恰好此处为两节钢管的接头处，绝缘降低引起电缆对地放电烧焦，导致故障发生。

经值班员和省调联系将泗电4977开关进行旁代停电后，对端子箱到汇控柜的这段电缆进行更换。恢复泗电4977开关正常供电后，直流系统绝缘降低故障现象消失，直流系统恢复正常。

2.2 1＃充电模块故障致充电装置跳闸

运行中的直流系统报警，经现场检查为1＃充电装置跳闸，所用电屏上供充馈电屏的交流电源空气开关没有跳闸，直流负载各空气小开关及蓄电池空气开关均在正常合位。为保证对1#充电屏上直流负载的可靠供电及第Ⅰ蓄电池组的正常充电，在分开1＃充电装置的整流输出空气开关后，合上2＃充电屏上的1、2组直流联络闸刀。根据相关现象，值班员首先将1＃充馈电屏后门打开检查，发现第Ⅰ组交流电源输入空气开关跳闸，在确信不会危及直流系统正常运行的情况下，将此交流输入电源空气开关试合闸。该空气开关立即跳开，同时1＃充馈电屏上的1＃整流模块后部有放电声音及冒烟现象，初步判定为1＃整流模块故障导致1#充电装置跳闸。汇报继电保护工作人员，在继保人员到达现场并取下1＃整流模块后，重新合上1#充馈电屏后交流电源输入空气开关，1#充电装置恢复正常。

2.3运行中1#充电屏整流器故障

运行中1#充馈电屏有语音提示“整流器故障”，值班员到现场检查后发现：1#充馈电屏上六组整流模块故障灯同时亮，交流电压及其他指示仪表显示均无异常。但从浮充电监测单元显示屏却发现对蓄电池的浮充电流为-3A，1#蓄电池组整组电压降低为220V左右，低于蓄电池组正常浮充电时的合格电压值，其中9#电池单节电压降为12.06V，电池检测仪巡检到此节电池时就出现报警。

根据出现的各种信号，以及浮充电流不正反而为负值，蓄电池的电压较正常浮充时有明显降低，值班员判定1#充电装置整流器出现故障，充电装置对蓄电池不再进行浮充电，1#充馈电屏上直流负载由本屏蓄电池组进行供电，可能故障时间较长致蓄电池组的电压降低超过限值报警。为了保证对1#充馈电屏上直流负载的可靠供电，防止蓄电池组因长时间放电电压过低而损坏，决定将1#充馈电屏上的直流负载改由2#充电装置代供，Ⅰ组蓄电池改由2#充电装置进行充电。在分开1#充电装置整流输出空气开关后，合上2#充馈电屏上1、2组直流联络闸刀，实现以上功能。继电保护专职人员根据故障现象试着将1#充馈电屏上的六 组整流模块一一取出，故障现象没有消失。后联系东方电子厂家，其工作人员到现场将装置系统的数据部分进行更改后，1#充电装置恢复正常运行。

以上是对笔者所工作的变电所最近一段时间发生的直流系统故障中的部分实例进行的分析，现场发生的远不止这些，故障的原因、现象也各不相同，但是都对直流系统的稳定运行产生不利的影响，必须引起我们的足够重视。

3对策及建议

3.1严把直流系统的施工验收

对新建、扩建以及改造工程，凡涉及到直流系统的部分，须制定详细的验收计划，严格验收，不留隐患死角。对某些细节也应考虑周祥，如各种直流电缆的外绝缘也必须在填埋、放线时做全面外观检查，防止人为损坏。增加和改造的直流系统分支在微机接地检测仪中及时添加、调整，做到和现场对应。3.2加强直流系统的巡视检测

值班员要加强对直流充电装置及整个直流系统的巡视检查力度，并定期检查测试，及时发现直流系统存在的安全隐患和故障，及早进行排查和恢复，保证直流系统的健康稳定运行。

3.3制定详细的直流系统故障处理预案

根据变电所直流系统具体情况，结合已经发生的各类直流系统故障实例，以及调度规程、现场规程对直流系统故障处理的要求，制定详细的直流系统故障处理预案，使之成为变电所直流系统故障处理的指导文书。3.4开展直流系统相关培训

鉴于直流系统在变电站中的重要作用，要通过技术培训、事故预想、反事故演习等形式，积极开展直流系统原理、故障原因分析及处理等培训工作。

4结束语

直流系统是变电站中最大的系统，也是故障发生最为频繁、查找及处理最为困难的系统。当值班员在现场遇到直流系统发生故障时，必须根据相关信息尽快做出判定，在无法自行处理且不能保证安全的情况下，须立即汇报继电保护专职人员，切忌盲目处理。本文探讨的几例故障的分析与处理尚有许多不足之处，请专家同行指正。

参考文献：

变电站直流监控系统的实现研究 第3篇

过去,电力系统的各个变电站都有人值守,可以对直流设备的运行状态进行定期检查,因而可以及时发现并处理其出现的异常现象,保证变电站的安全稳定运行。目前,电力系统推广无人值班变电站,虽然调度中心可以通过远动通道获取变电站运行情况的实时信息,但是对于直流部分只能得到少量的重要信息(包括:遥信量——充电机交流电源故障,充电机故障,直流绝缘接地,直流电源电压异常;遥测量——控母电压)。它不能反映直流系统运行的详细信息,特别是它不能发现系统刚刚开始出现异常运行的情况,直到长期的异常运行发展为故障时才上发调度,此时,事故已经扩大。如果能在异常现象刚出现时就及时发现并处理,就可以避免异常情况扩大。所以需要设备维护人员对其进行定期检查。此外,对直流设备运行的控制也是由维护人员进行现场操作的。变电站多,维护人员少,显然无法保证按期按量完成,在这种情况下,直流监控系统应运而生。它的主要作用就是把各变电站的直流设备信息上送到监控中心,供其查询,同时监控中心也可以向各站发送控制命令。这样,维护人员不但可以在监控中心对直流设备进行远方监控,还可以及时发现设备运行的不正常状态,及时处理,而不等其发展演变成事故。所以,直流监控系统的建立,可以节省人力物力,提高工作效率。

1 通道选择

目前,变电站上送调度中心的各种信息,如遥测、遥信、遥控、主要设备状态和报警信息等,都是通过远动通道传输的,这些信息对实时性的要求很高,不希望其他信息占用而使通道拥挤,影响调度的正常工作。所以直流设备的运行信息必须从另一个通道进行远方传送。目前,变电站中除远动通道之外,还有一个电话通道,这个通道一般是作为工作人员现场工作时使用,以及其他辅助系统如安全报警系统必要时使用。通常此通道是处于闲置状态,但又是必设的,所以可以用它作为直流监控系统的信息通道。直流监控系统的数据信息量少,发送时占用通道时间短。这样,可以在工作时拨通,占用通道,结束后挂掉,和其他系统分时地使用通道,从而保证各个系统的正常运行。

2 系统构成

监控中心计算机通过modem连入电话网,而监控器也通过modem与电话网相连。双方modem都可以相互呼叫对方,通过双方modem和电话网建立通信链路,互传信息。这样,监控中心计算机可以通过这个通信链路,采取各站监控器的信息,发送控制命令,各站监控器也可把每日定时运行数据和异常情况信息上报中心。系统包括3部分:1)监控器是前置机系统,负责设备数据的采集、运行状态的控制和信息的上送;2)监控中心是后台机系统,是基于PC机上运行的,它负责对所有变电站的监控器发送命令,接收其运行数据以及对数据进行处理和分析;3)两者之间的数据通信依靠modem和电话网建立。监控中心和监控器是一对多系统。

3 监控器设计

3.1 监控器原理

监控器是安装在各变电站的一套系统,它采集各直流设备的运行状态信息,对其进行控制,把各数据信息上送监控中心和其他监控单元。

监控器用工控机设计,其I/O端口作输入和输出使用,它可直接从直流设备上采得测量量、状态量以及蓄电池绝缘状态等信息,也可以对直流设备进行控制和调节,如充电机的开关机动作、均充浮充改变、均浮充电压的改变以及馈线的合断等。另一方面,微机控制器通过RS232或modem方式把四遥信号上送到RTU或调度中心,把所有直流设备的运行信息通过modem经电话网送到设备维护人员所在的监控中心。

3.2 监控器软件设计

监控器软件由4个模块组成:通信模块,数据收发模块,I/O模块和数据处理模块。

通信模块的作用是为数据的传输做好通信准备,包括打开、关闭modem以及自动拨号的功能。软件设置定时打开和关闭modem,这使得本系统可以和其他如报警系统分时使用电话通道。自动拨号是在直流设备发生异常事件时,自动拨通监控中心的modem,向其发送相应报警信息。

数据收发模块主要负责通信链路建立后的数据收发事务。发送的数据包括:各直流设备当时的运行信息;本监控器存贮的24 h内固定时间历史数据;24 h内所有报警信息。接收的数据包括监控中心的控制和调节命令等。

I/O模块功能包括:提供监控器的人机输入界面,监控器对各直流设备量的采集以及对其进行的控制。

数据处理模块是监控器的核心模块,它一方面把I/O模块取得的数据进行处理,根据设定的时间间隔把每日的数据存入库中,以待数据收发模块上送监控中心,这些数据每日更新。另一方面,它把由收发模块接收到的调控命令进行分析后,提供控制信息给I/O模块使用。

4监控中心设计

监控中心是一台微机,其上运行监控中心后台软件。

监控中心软件主要包括4个部分:通信模块,数据库形成模块,主控模块以及报表打印模块。

通信模块的作用和监控器的通信模块功能相同,作用为拨通变电站的监控器modem,建立通信链路,向下发送控制命令信息,此外它也可以被对方叫通,接收其上传的信息。此模块用Visual Basic 5.0开发,它仅根据通信的要求,拨通modem,建立通信的链路即可。可送具体数据则与其无关,由主控软件部分负责处理。

数据处理模块有两个作用:1)形成各站直流设备的信息库;2)把每日采集来的各站的日数据整理入库,形成所有变电站直流设备的历史数据库。用户可以根据实际情况,灵活地建立各个变电站及站内所有直流设备的数据库,灵活地维护所有站内信息,维护后此系统自动存库,灵活性强并且操作简单方便。此外,各变电站监控器每日定时把日数据上送监控中心,后者在接收后根据各站名存入各自数据库中,形成历史库,供报表打印系统查询时使用。

主控软件提供人机界面,是基于Windows 95操作系统的操作界面,用鼠标和键盘对屏幕上的图形进行操作。只要用鼠标点取设备元件所对应的图元,就可以查询和控制此设备,也可以用键盘输入设备的参数达到对设备运行参数远方调节的目的。维护人员对运行站内设备的查询和控制可以通过鼠标和键盘实现。当通信模块建立通信链路后,它可以打开远方送来的数据信息,显示在屏幕上,并把这些数据交数据处理模块处理。另外它也把操作者的控制命令以数据包的形式向远方发送。它是本系统的核心。

报表打印模块根据工作的需要,对数据处理模块保存的历史数据库进行查询,制作日报表、月报表和其他报表以及作出相应的数据曲线,供分析和查询使用。

摘要：分析了建立变电站直流监控系统的意义,介绍了该系统的通道选择及系统构成,探讨了监控器的原理,对监控器的设计及监控中心的设计进行了说明,以提高人们对变电站直流监控系统的认识,从而推广该系统的应用。

关键词：变电站,监控系统,监控器,设计

参考文献

矿山变电站直流监控系统如何实现 第4篇

变电站直流系统设计 第5篇

变电站中为控制、信号、保护、自动装置以及某些执行机构等供电的直流电源系统，通常称为直流控制电源。为微机、载波、消防等设备供电的交流电源系统，通常称为交流不停电电源。为交换机、远动等通信设备供电的直流电源系统，则称为通信电源。

在变电站中广泛采用的直流控制电源是由蓄电池组和充电装置等设备构成，是一种在正常和事故状态下都能保持可靠供电的直流不停电电源系统。交流控制电源通常是采用由蓄电池组、充电装置和逆变装置构成的交流不停电电源系统，即UPS。通信电源是由模块化的通信专用DC／DC变换器，它是从站内直流控制电源系统的蓄电池组取得直流电，经高频变换输出满足通信设备要求的48 V控制电源。

从90年代开始的变电站综合自动化技术的推广应用，对直流系统提出了更高的技术要求。近年来直流系统的技术和设备发展迅速，阀控铅酸蓄电池、智能型高频开关充电装置等，具有安全可靠、技术先进和性能优越等特点，促进了直流系统的发展。

以下就变电站设计中对直流系统设计有直接影响的因素和变电站直流系统设计方案的选择进行探讨。本文便是以220KV变电站为例设计的变电站直流系统设计。

变电站直流系统功能及重要性

为供给继电保护、控制、信号、计算机控制、事故照明、交流不间断电源等直流负荷供电，220～500 kV变电站应装设由蓄电池等供电的直流系统。直流系统的供电负荷极为重要，对供电的可靠性要求也较高。直流系统的可靠是保障变电站安全运行的决定性条件之一。

目前，变电站的直流相对比较复杂，电源容量需求比较大，因此直流系统所需要费用亦比较高，少则几万，多则几十万人民币，并且由于运行环境、维护工作等方面的原因，蓄电池组的寿命亦有所限制，难以达到设计寿命，通常寿命在5～8年左右，比设计寿命少约40％以上。若蓄电池质量、运行环境、日常维护等不当则3～5年蓄电池组容量则急剧下降，难以满足设备安全生产运行，给变电站的安全生产带来极大隐患。

直流电源系统在变电站中具有以下重要作用。

(1)变电站的直流电源是全站作为控制、信号、继电保护的操作电源，也是重要设备的保安电源及事故照明电源。监视和维护直流设备的完好性对变电站以及整个电力系统的安全可靠运行十分重要。(2)各类变电站直流电源系统必不可少。对于不同电压等级的变电站往往设计不同电压的直流输出，以满足设备运行的需要。(3)在变电站中，直流电源系统应满足各类负荷中双重化配置的要求。在变电站内由于被控制设备多，提高直流网络的安全可靠性至关重要。一个变电站的直流控制回路十分庞大，所以网络是否清晰和具有独立性亦十分重要。(4)阀控密封式铅酸蓄电池和高频开关整流电源(本设计中应用到)在直流系统中的应用可提高直流电源系统的安全可靠性，降低直流系统设计的复杂性，并减小了维护的工作量。直流系统接线

随着科学技术的不断发展，直流系统的接线方式、采用的设备也在逐年的改进和更新。在满足供电可靠的前提下，直流系统的接线应尽可能的简单、运行灵活、经济合理。

直流系统的接线方案具体要求：

(1)在满足供电可靠的前提下，接线尽可能简单，设备尽可能简化；(2)直流系统中选用的设备应是先进、可靠、经济合理；(3)选用的设备其维护工作量尽可能小；(4)供电范围明确以及操作方便。要保障直流系统可靠地运行，首先必须有一个可靠的直流系统接线方案。其中包括直流母线的接线、直流电源的配置和直流供电网络的构成。其次，要合理地选择直流系统中采用的设备，包括蓄电池、充电和浮充电设备、开关设备、保护设备、动力和控制电缆等。2.1 直流母线接线

220～500 kV变电站常用的直流母线接线方式有单母线分段和双母线两种。

（1）单母线分段接线的特点：①每回路只需一组母线开关，设备少，投资小, 接线简单、清晰，直流屏内布线方便；②能方便的形成两个互不联系的直流系统，有益于提高直流系统的可靠性。

2.双母线接线的特点：①每回路设有两组母线刀开关（或一组切换式刀开关），可任意接到一组母线上；②供电可靠性较高，但投资较大。単母分段接线如图1所示。

综上所述，双母线接线比单母线分段接线，母线刀开关用量大，直流屏内设备拥挤，布线困难，检修、维护也不方便。故220KV变电站采用单母线分段接线。2.2 直流系统的电源配置

直流系统中的主要电源是蓄电池组，其次是充电和浮充电设备。变电站中的蓄电池在正常情况下以浮充电方式运行，直流负荷实际上由浮充电设备供电，蓄电池处于浮充电状态。合理的配置蓄电池及充电浮充电设备有利于提高直流系统的可靠性。

220V和110V直流系统应采用蓄电池组;48V及以下直流系统可采用蓄电池组,也可采用由220V或110V蓄电池组供电的电力直流电源变换器(DC/DC变换器)。直流系统为单母线分段接线时，蓄电池组及充电装置的连接方式如下:（1）一组蓄电池一套充电装置时，二者应接入不同的母线段；

（2）一组蓄电池两套充电装置时，两套充电装置应接入不同的母线段，蓄电池组应跨接在两段母线上；

（3）两组蓄电池两套充电装置时，每组蓄电池及其充电装置应接入不同的母线段；（4）两组蓄电池三套充电装置时，每组蓄电池及其充电装置应接入不同的母线段，第三套充电装置应经切换电器可对两组蓄电池进行充电。2.3 直流馈线网络

直流馈线网络有两种供电方式: 辐射供电和环形供电。

为简化设备，220KV变电站直流系统一般采用环形供电网络，即直流动力负荷和控制负荷都采用环形供电网络。在变电站内设动力和控制小母线，在各直流负荷之间形成环形供电网络，每个环的电源回路接到两段母线上。若220KV变电站为全户内式，220 KV及110KV配电装置均采用气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)，二次设备置于GIS室内，则直流馈线应分别引至各配电装置处各自形成环网。由于GIS二次回路所需直流电源较多，故在设计时应考虑足够的直流馈线数量。

500KV变电站对直流供电网的可靠性要求更高，结合对控制电源双重化的要求，一般采用辐射状供电。为了简化供电网络，减少馈线电缆数量，可在靠近配电装置处设直流分屏，每一分屏由2组蓄电池各用1条馈线供电。直流系统工作电压

220～500KV变电站的强电直流电压为220V或110V,弱电直流电压为48V。强电直流电压选220V还是110V,应根据变电站的具体情况及通过技术经济比较，找出影响直流系统额定电压选择的主要因素。

以往设计的220KV及以下电压等级的变电站，大多数为带电磁操作机构的断路器，需要直流动力合闸电源，在这种情况下，满足直流动力回路电压的要求，降低直流动力电缆的投资，成为影响直流系统额定电压选择的主要因素，因此，以往设计的变电站中多数采用了220 V的直流系统。20世纪80年代以来，在220～500KV变电站中，110KV及以上电压等级的断路器多采用气动或液压操作机构，10KV断路器采用弹簧操作机构，这样就不需要直流系统提供动力合闸电源了，因此，满足直流动力回路电压的要求和降低直流动力电缆投资，就不再是确定直流系统额定电压的主要因素。

但是，根据现在220～500KV变电站的发展及其特点，由于220～500KV变电站占地面积大，被控对象远，控制回路电缆长，所以满足控制回路电压的要求，降低控制电缆的投资就成为确定500KV变电站直流系统额定电压的主要因素。在相同操作功率下，220V控制电缆中的电流比110V控制电缆中的电流要小一倍，同时也降低了控制电缆中的电压降，从而也降低了电缆截面的要求，减少了控制电缆的投资。由此可见，对于采用220V的直流系统工作电压，不仅可以选用较小的电缆截面，降低电缆的投资，还可以节省有色金属。故对于本系统220KV变电站采用220V的直流系统工作电压。4 蓄电池选择及容量计算 蓄电池是一种储能装置，它把电能转化为化学能储存起来，又可把储存的化学能转化为电能，这种可逆的转换过程是通过充、放电循环来完成的，而且可以多次循环使用，使用方便且有较大的容量。

4.1 220KV变电站直流系统蓄电池组数的确定近年来，随着电力系统对直流电源可靠性要求的进一步提高，虽然直流系统在接线方式、网络布置及充放电设备性能要求等方面进行了完善和加强，但现行规定不能满足目前220KV变电站对提供高可靠性直流电源的要求，对掌握蓄电池工作状态及运行、维护不利，在交流失电状态下，可能因蓄电池电源瓶颈问题，而扩大事故。

l.220KV变电站要求具备高可靠性直流电源的原因

（1）现在大部分220KV变电站建设规模比较大，且为枢纽站。

（2）220KV变电站主保护亦实现双重化，采用两套不同原理、不同厂家装置；断路器跳闸回路双重化；且均要求取自不同直流电源。

（3）线路的两套纵联差动保护、主变压器的主保护和后备保护均分别由独立的直流熔断器供电。

（4）所有独立的保护装置都必须设有直流电源故障的自动告警回路。

（5）变电站综合自动化水平提高，监控系统高可靠运行要求。2.目前单组蓄电池运行、维护存在的主要问题

（1）事实证明：要掌握蓄电池运行状态，做到心中有底、运行可靠，必须进行全容量核对试验；然而直流系统配置一组蓄电池，给运行维护造成了极大困难。

（2）就对各发供电单位已运行的各型式蓄电池统计表明，使用寿命一般为7年到10年；且这期间尚需对个别落后电池维护处理才能够保证整组蓄电池使用年限。对于仅一组蓄电池而言，整个更换期间同样要承担风险运行。3.220KV变电站直流系统配置两组电池的必要性及优点

（1）由于单组蓄电池不能很好的满足220KV变电站运行可靠性要求，且运行维护困难,故此 220KV变电站直流系统配置两组蓄电池是必要的。

（2）220KV变电站直流系统配置两组蓄电池，完全满足运行要求,采用该系统对增加控制保护设备运行的可靠性有较重要的意义。

（3）220KV变电站配置两组蓄电池组后，从简化母线结构、减少设备造价、节约能源、避免降压装置故障开路造成母线失压，减少了电网事故和更大设备事的发生，使直流系统进一步简化、可靠。

因此，根据现在220KV变电站对直流电源可靠性要求进一步提高，及蓄电池运行、维护的需要，并考虑220KV变电站直流系统网络与蓄电池直流电源可靠性匹配要求，220KV变电站直流系统应配置两组蓄电池，虽在经济上多投入，但其运行可靠性却得到了大幅度提高，且运行方式灵活、维护简便。4.2 蓄电池的分类

目前，我国投入运行的变电站中，绝大多数都是采用铅酸蓄电池，也有采用碱性蓄电池。

1.铅酸蓄电池

铅酸蓄电铅酸蓄电池是电力工程中广泛采用的直流电源装置。

它具有适用温度和电流范围大，存储性能好，化学能和电能转换率高，充放电循环次数多，端电压高，容量大，而节省材料,铅资源丰富、造价较低等一系列优点。

铅酸蓄电池又分为防酸隔爆式、消氢式及阀控式密封铅酸蓄电池三大类。阀控式密封铅酸蓄电池与防酸隔爆式和消氢式铅酸蓄电池相比较有很大的优点：阀控式密封铅酸蓄电池在正常充放电运行状态下处于密封状态，电解液不泄露，也不排放任何气体，不需要定期的加水或加酸，维护工作也比较少；防酸隔爆式铅酸蓄电池是属于半封闭型的，当在充电运行状态下产生的气体较多时，会使电池室中才能在爆炸的危险，而且需要定期的往电池中加纯水及维护；消氢式铅酸蓄电池也需要定期进行维护与加水，比较麻烦。2.碱性蓄电池

采用的碱性蓄电池主要是镉镍蓄电池。

由于单个蓄电池在各种运行状态下电压变化的相对值大于直流母线电压允许变化的相对值，才引起加装端电池，用来调节母线电压。然而，镉镍蓄电池充电末期电压与放电末期电压相差比较大，约1.8～1.9倍，为保持直流母线电压不超过允许的变动范围，镉镍蓄电池组必须采取调压措施，如:加端电池,在蓄电池组与母线之间加调压设备。而铅酸蓄电池的单个蓄电池在各种运行状态下电压变化的相对值小于或等于直流母线电压允许变化的相对值，也就保持了直流母线电压在允许的变化范围之内，故就不需要加装端电池了。由于镉镍蓄电池必须设置调压措施，与无端电池的铅酸蓄电池相比，增加了投资和运行维护的复杂性，特别是蓄电池组容量较大时更为突出。

因此，镉镍蓄电池与铅酸蓄电池相比，在相同容量、相同额定电压下，镉镍蓄电池投资较高，随着容量的增大，投资的差额也增加。这就是影响镉镍蓄电池在工程上大量采用的主要原因。

综上比较，选用铅酸蓄电池中的阀控式密封铅酸蓄电池。4.3 阀控式密封铅酸蓄电池组的电池个数的选择

1.阀控铅酸蓄电池一般有初充电,浮充电,和均衡充电三种充电方式。

（1）初充电。新安装的蓄电池组进行第一次充电,称为初充电.初充电通常采用定电流,定电压两阶段充电方式。

（2）浮充电。正常运行时,充电装置承担经常负荷电流,同时向蓄电池组补充充电,以补充蓄电池的自放电,是蓄电池以满负荷的状态处于备用。单体阀控电池的浮充电压为2.2～2.3V,通常取2.25V，浮充电流一般为(1～3)/Ah。

（3）均衡充电。为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象,为使其恢复到规定的范围内而进行的充电,称为均衡充电。阀控电池的均充电压2.3～2.4V,通常取2.35V均衡充电电流不大于(1～1.25)I10 Ah。2.电池个数的选择

蓄电池正常按浮充电方式运行，为保证直流负荷供电质量，考虑供电电缆压降等因素，将直流母线电压提高5%Un，蓄电池个数设为N，则

式中 －蓄电池个数；

－直流系统的额定电压；

－单体蓄电池的浮充电电压，阀控蓄电池浮充电电压为2.23～2.27V，一般取2.25。3.蓄电池放电终止电压校验

在确定蓄电池的个数以后，还应验算蓄电池在事故放电末期允许的最低端口电压值 不应低于蓄电池放电终止电压(1.75～1.8V）。根据有关规定，动力负荷母线允许的最低电压值不低于87.5%。考虑直流母线到蓄电池间电缆压降在事故放电时按1% 计算，因此，对于动力负荷专用蓄电池组，事故放电末期允许的最低端口电压值

对于控制负荷专用蓄电池组，事故放电末期允许的最低端口电压

4.4 蓄电池容量的计算 1.铅酸蓄电池的电气特性（1）铅酸蓄电池的容量特性

电池的容量是表示蓄电池的蓄电能力。充足电的蓄电池放电到规定终止电压（低于该电压放电将影响电池的寿命）时，其所放出的总电量，称为电池的容量。若蓄电池以恒定放电电流I(A)放电，放电到容许的终止电压的时间为t（h），则对应容量C(Ah)为

C=It 反应蓄电池放电到规定的终止电压的快慢称为放电率，放电率用时率（h率）和电流率（I率）表示。

蓄电池的实际容量并不是一个固定不变的常数，它受许多因素的影响，主要有放电率、电解液密度和电解液温度。电解液温度高，容量就大；电解液密度大，容量就也大；放电率对容量的影响更大，例如，某一铅酸蓄电池，当以10A率（10h）进行放电时，到达终止电压1.8V所放出的容量 为100Ah；当以25A率（3h率）进行放电时，到达终止电压1.8V所放出的容量 为75Ah；当以55率（1h率）进行放电时，到达终止电压1.75V所放出的容量 为55Ah。可见,放电电流大,放电时间短,放出电量少,故电池容量少.这是因为放电电流过大时,极板的有效物质很快就形成了硫酸铅,它堵塞了极板的细孔,不能有效地进行化学反应,内阻很快增大,端电压很快降低到终止电压。

我国电力系统常用温度在25摄氏度,10h率放出的容量 作为铅酸蓄电池的额定容量,那么,上述那一铅酸蓄电池的额定容量就是100Ah。按有关规定蓄电池的额定容量有: 10,20,40,80,100,150,200,250,300,350,400,500,600,800,1000，2000,3000Ah。蓄电池容量的这种特性用容量系数 表示

式中-任意时率放电的允许放电容量；-蓄电池的额定容量。(2)放电特性.1)持续放电特性.为了分析电池长期使用之后的损坏程度或充电装置的交流电源中断不对电池浮充电时,为核对电池的容量,需要对电池进行放电.阀控电池不同倍率的放电特性曲线如图1-1所示。

图1-1 从图1-1出,蓄电池放电初期1h内的端压 降低缓慢,放电到2h之后端电压降低速率明显增快,之后端压陡降.端电压的改变由于电池电动势的变化和极化作用等因素造成的。一般以放出80%左右的额定容量为宜,目的使正极活性物质中保留较多的 粒子,便于恢复充电过程中作为生长新粒子的结晶中心,以提高充电电流的效率。图1-1中I10为10h率放电电流,可见 ～ 放电曲线比 ～ 放电初期端压和中期端压变化速率变化大,其原因是电池极化作用随电流增加而变大。

2)冲击放电特性.冲击放电特性表示在某一放电终止电压下,放电初期或1h放电末期允许的冲击放电电流。冲击电流一般用冲击系数表示,冲击系数表示式 为

式中-冲击系数；

-冲击放电电流；-10h率放电电流。

图1-2 图1-2中浮充曲线是指电池与充电装置并联运行时,承受短时间冲击放电电流时蓄电池的端电压,其中实线为电池未脱离浮充电系统的端电压,虚线为电池刚脱离浮充电系统的电压。

图1-2中持续放电曲线是指不同放电电流时,立即承受短时间冲击的电压变化曲线,冲击放电曲线的冲击时间为10～15s.曲线中“0”曲线是电池完全充足电后,脱离充电系统,待每个电池电压下降且稳定在2.06～2.10V时,进行冲击放电的电压变化曲线。

从图1-2中可以看出,浮充电状态下放电端电压变化较慢,断开浮充电源立即放电端电压变化较快,而以 电流持续放电下冲击放电电压变化更快,大放电率冲击放电端电压变化最快。

2.220KV变电站蓄电池个数的选择及容量计算

某城区220KV有人值班变电站为集控中心站，主变为4×240MVA，220KV电气主接线为双母线三分段接线，出线10回；110KV电气主接线为双母线双分段接线，出线16回。该变电站继电器室布置在主控楼二层，设有专用蓄电池室，布置在主控楼一层，二者距离约30ｍ，该所直流负荷统计如下： 经常负荷：8KW 事故照明负荷：3KW UPS不间断电源：10KW 断路器合闸：220V,2Ａ 断路器跳闸：220V，2.5Ａ

(1)直流负荷按功能分，有控制负荷和动力负荷。

控制负荷：电气和热工的控制、信号装置、自动装置以及仪表等负荷；

动力负荷：各类直流电动机、断路器操动机构的合闸机构、交流不停电电源装置和事故照明等负荷。

(2)该所直流负荷统计表如下：

序号 负荷名称 计算容量 KW 计算电流A 经常电流A 事故放电时间电流A 随机或事故末期

初期 0－1min 1-60min 1 经常负荷 8 36.4 36.4 36.4 36.4 2 事故照明负荷 3 13.6 13.6 13.6 3 UPS不间断电源 10 45.5 45.5 45.5 4 断路器合闸

断路器跳闸

2.5

2.5 6 电流统计（A）

=95.5 =95.5 =4.5 容量统计（A）

95.5 8 容量累计（Ah）

=95.5 解：1）=1.05×220/2.25=103

为保证蓄电池供电的可靠性，故选N=103+1=104个单体电池。

2）假设该蓄电池组仅带控制负荷，事故放电末期允许的最低端口电压

=0.86×220/104=1.82V

只要对控制负荷专用蓄电池组最低端口电压满足要求，对于动力负荷专用蓄电池组的最低端口也满足要求，因为动力负荷的 ,即其电压系数比较大。

由于蓄电池在事故放电允许的最低端口电压 不应于蓄电池放电终止电压（1.75～1.8V），即 大于或等于。又1.82＞1.8V，满足大于蓄电池终止放电电压的要求。

3）由事故持续放电1h及放电最低电压1.82查图，可得容量系数 =0.56，是以额定容量 为基准的放电容量的标么值,即。故蓄电池的容量为

式中： －蓄电池10h放电率计算容量，Ah；

－可靠系数，取1.4；

－事故全停状态下持续放电时间x（h）的放电容量；

－容量系数。

=1.4×95.5/0.56=238.75Ah

所以，选择蓄电池的额定容量 =250Ah。4）电压校验

① 首先校验事故放电初期(1min)承受冲击放电电流时，蓄电池所保持的电压。

－事故放电初期（1min）冲击放电电流值，A；

－事故放电初期（1min）冲击放电系数；

－蓄电池10h放电率标称电流，A； I10=250/10=25A =1.10×95.5/25=4.2

计算出的 在图1-2的“0”曲线查出的单体电池的放电电压值，=2.02V，计算蓄电池组出口端电压 为

N－蓄电池组的单体电池个数；

－承受冲击放电时的单体电池的放电电压，V。

=104×2.02=210.08V,为额定电压的95%。故满足86%～111% 蓄电池端电压的要求。

② 校验事故放电末期承受冲击放电电流时蓄电池所能保持的电压。

－任意事故放电阶段，10h放电率电流倍数，即放电系数；

－x事故放电容量；

x－任意事故放电阶段时间，h； t－事故放电时间，h；

－x事故放电末期冲击放电系数；

－x事故放电末期冲击放电电流值，A =1.10×95.5/1×25=4.2=1.10×4.5/25= 0.2

计算出的放电系数 和冲击放电系数，在图1-2中可根据，即 值查出相应的曲线，在该曲线上再用 ＝0.2值，查出单体电池放电电压值 =1.83V，计算蓄电池组出口端电压为

=104×1.83=190.32（V），为额定电压的86.5%,故满足86%～111% 蓄电池端电压的要求。

计算出的端电压值应不小于负荷允许的要求值。如不能满足要求，将蓄电池的容量加大一级，继续校验，直到母线电压满足为止。

第五章 直流充电模块的选择 5.1 充电装置的配置

充电装置的型式有高频开关和晶闸管两种。高频开关自1992年问世以来，技术技能逐步提高，体积小、重量轻、效率高和使用维护方便，并且可靠性和自动化水平高，已得到广泛应用；晶闸管电装置，接线简单，价格也比较便宜，也同样得到应用。设计中可根据具体情况选用。1.充电装置的配置的要求：充电装置应按蓄电池组配置当变电站仅设一组蓄电池时，应配置两套充电装置；当变电站设有两组相同电压、相同容量的蓄电池时，应配置两套或三套充电装置。2.充电装置的配置的原则：如果采用晶闸管充电装置，原则上可配置1套备用充电装置，即：1组蓄电池配置2套充电装置,2组蓄电池可配置3套充电装置；高频开关充电装置，其可靠性相对较高，且模块冗余、可更换，所以，原则上不设整套装置的备用，即：1组蓄电池配置1套充电装置，2组蓄电池可配置2套充电装置。

3.充电装置是保证蓄电池可靠运行的主要设备，特别是阀控式蓄电池对充电装置性能的要求更高。以往的变电站的充电装置多采用晶闸管整流装置，近年来越来越多的变电站采用智能型高频开关充电装置，且运行情况良好。智能型高频开关充电装置具有技术先进、性能优越和体积小等优点。

故选用两组高频开关充电装置。5.2 高频开关充电模块工作原理

高频开关充电模块由交流输入滤波、整流单元、高频逆变单元（DC/AC）、直流输出滤波、PWM脉宽调制单元和监控单元等组成。

交流工作原理：交流电输入到模块后首先进入输入滤波电路，去除交流电上的干扰，然后经过全波整流电路交换成高压直流电（500V左右），再由DC/AC高频逆变电路变换成20KHz可调脉宽的高频脉冲电，经过主功率变压器的降压，再由高频整流电路整流成直流电，最后经过滤波处理输出稳定的直流电。5.3 充电装置高频开关电源充电模块数量选择

高频开关电源充电模块额定电流有多种规格，220V有5、10、15、20、25、30、40A。充电装置由多个模块并联组成，一般采用N+1备份冗余方式，这是因为一个模块故障不影响整组充电设备的正常工作。充电模块数量与充电装置输出电流有关，充电装置最大输出电流满足均衡充电和直流系统经常负荷的供电要求。

本变电站设计配置两组蓄电池和两套充电装置，两套充电装置的容量相同。则有

－每组充电装置的计算电流；

－经常负荷电流； N－电源充电模块数量；

－电源充电模块额定电流；

n－电源模块冗余量，一般模块少于或等于6块时，n=1；大于6块时，n=2。据以上公式得 =1.4[1.25*25+36.4]=94.71A；N=94.71/20+n=5+1=6。220V直流系统单母分段接线图，如下所示：

第六章 UPS不停电电源的选择

交流不间断电源系统的英文缩写为UPS(Uninterrupted power supply)，以下简称为UPS系统。

6.1 UPS的构成与工作原理

UPS的构成：它由整流器、逆变器、旁路隔离变压器、静态开关、手动切换开关、控制及同步电路、直流输入电路、交流输入电路、交流输出电路等部分构成。

UPS的工作原理：平时由交流工作电源供电，经整流、逆变后提供交流220V恒频、恒压电源；当交流电出现故障时由直流提供能量。因此，只要UPS电源的交流输入和直流输入有一路供电正常，UPS就可输出高品质交流电源为负载提供可靠供电。

6.2 变电站UPS的配置方式

变电站UPS的配置方式：有分散和集中两种配置方式。分散配置，就是根据需要，变电所的计算机监控装置、远动装置、自动化仪表、继电保护等分别设置小容量的UPS，各种装置的UPS之间没有联系；集中配置，就是全所设一套公用的UPS，为所有设备提供不间断的交流电源。这两种配置方式，在实际工程中都有应用。

分散配置的优点：（1）接线简单，投资小；（2）UPS装置故障时影响小。分散配置的缺点：（1）UPS供电的可靠性不高；（2）小容量（2KW以下）的UPS往往内部自备蓄电池，事故时一般只能保证15min全负荷的供电，不能满足事故供电0.5h的要求；（3）互为备用性差。

集中配置的优点：其容量较大，供电的可靠性较高。对UPS系统的各项技术要求容易满足，整体的可靠性较高。

集中配置的缺点：UPS系统接线复杂。投资较大。

采用哪种配置方式要视工程的具体情况而定。一般情况下，对220KV变电所UPS负荷较大，宜设置全所集中公用的大容量UPS系统，并按双重化原则配置。6.3 UPS容量选择

在选择UPS的额定容量时，除了按负荷的视在功率计算外，还要计及动态（从0～100％突变）稳压和稳频精度的要求，以及温度变化、蓄电池端电压下降和设计冗余要求等因素的影响。

考虑到以上影响UPS容量的因素，则

式中： －UPS计算容量（KVA）；

－动态稳定系数，取1.1～1.15；

－直流电压下降系数，取1.1；

－温度补偿系数，取1.05～1.1；

－设备老化系数及设计裕度系数，取1.05～1.1；

－全部负载的计算功率（KW）；

－负载功率因数，为0.7～0.8（滞后）。

则可靠系数 = =1.33～1.530,取可靠系数平均值 =1.43和 =0.7，由公式可得

=2.04 =2.04×10=20.4KVA 6.4 UPS电源系统接线方案

UPS电源依据不同的负载及用户要求，可以组成单机及各种冗余备份电源系统，保证系统运行稳定、可靠，给负载提供优质的不间断电源。

结合220KV系统UPS负载的实际情况以及供电可靠性问题，选用UPS多机N+1并联冗余配置。多个UPS模块按N+1配置，输出并联后接至旁路切换模块，正常时由并联的UPS模块向负载供电，并平均分担负荷电流。当其中一台UPS模块故障时会自动退出运行，不影响其他模块的正常输出；当两台以上UPS模块故障退出，且其余工作模块出现过载时，自动切换到旁路供电。根据UPS的容量及其接线方案，选择3台型号为SWB—15KT/DC220（3/1）的UPS。（SWB—B系列 ；15K—容量为15KVA； T—直立式架构；DC220—直流输入电压为220V；3/1—输入输出形式为三入单出）

第七章 通信直流变换器的选择

由于本220KV变电站的直流负荷中没有通信负荷，故不需要进行选择，仅是对通信部分进行了解。发电厂、变电站必须装设可靠的通信直流电源系统，以确保通信设备的不间断电源，尤其要保证在电网或发电厂、变电站发生事故时不中断通信供电。发电厂、变电站的通信负荷主要是：

(1)生产行政电话机、网络控制室、单元控制室、调度呼叫转移系统等；(2)电力载波机、光纤通信设备、微波和其他通信设备。

根据《220KV—500KV变电站设计技术规程》规定：为保证重要变电所通信设备不间断供电，应根据通信设备的供电电源要求，设置通信专用的蓄电池或由交流不停电电源供电。

通信电源系统主要由四部分构成：交流配电单元、整流单元、直流配电单元、蓄电池直流电源单元。

采用由蓄电池组构成的直流电源系统，具有很高的可靠性，但代价是设备投资增加，并需要专业人员维护。随着变电站综合自动化技术的发展，模块化的通信专用DC／DC变换器在变电站中已得到广泛应用，模块化的通信专用DC／DC变换器是从站内直流控制电源系统的蓄电池组取得直流电，经高频变换输出满足通信设备要求的48V控制电源。

第八章 直流系统中各自开关额定容量的选择

根据有关规定，蓄电池出口回路、充电装置直流侧出口回路、直流馈线回路和蓄电池试验放电回路等，应装设保护电器。8.1 直流断路器的选择

直流断路器应具有速断保护和过电流保护功能。可带有辅助触点和报警触点。直流断路器的选择: 原则一：额定电压大于或等于回路的最高工作电压。原则二：额定电流应大于回路的最大工作电流。

（1）对于此220KV变电站，直流断路器的额定电压大于或等于220V即可。（2）直流断路器的额定电流 1)充电装置输出回路

断路器的额定电流按充电装置额定输出电流来选择，即

式中-直流断路器的额定电流，A；-可靠系数，取1.2；

-充电装置额定输出电流。

=1.2×100=120A

故选择型号为GMB225—125A，即额定电流为125A的壳架等级额定电流代号为225的三段保护的固安详微型断路器。2）蓄电池组出口回路

① 断路器的额定电流按蓄电池的1小时放电率电流选择，即

式中 —蓄电池1小时放电率电流，A，铅酸蓄电池可取5.50I10 =5.5×25=137.5A

② 按保护动作选择性条件，即额定电流应大于直流馈线中断路器额定电流最大的一台来选择，即

式中-直流馈线中直流断路器最大的额定电流，A；-配合系数，一般可取2.0，必要时取3.0。

=2.0×25=50A 取以上两种情况中电流最大者为断路器额定电流，因此取 =137.5A。故选择型号为GMB225—140A，即额定电流为140A的壳架等级额定电流代号为225的三段保护的固安详微型断路器。3)直流馈线回路

对于直流负荷按平均分配于两段母线的原则。

①经常负荷 选择型号为GM5—20A，即额定电流为20A的设计序号为5固安详微型断路器。

②事故照明负荷 选择型号为GM5—10A，即额定电流为10A的设计序号为5固安详微型断路器。

③UPS不间断电源 选择型号为GM5—25A，即额定电流为25A的设计序号为5固安详微型断路器。

4)断路器电磁操动机构的合闸回路和跳闸回路

式中-直流断路器额定电流，A；-配合系数，取0.3；

-断路器电磁操动机构合闸电流或跳闸电流，A。①合闸回路 =0.3×2=0.6A ②跳闸回路 =0.3×2.5=0.75

故合闸回路和跳闸回路都选择型号为GM5—1A，即额定电流为1A的设计序号为5的固安详微型断路器。8.2 刀开关的选择

原则一：额定电压应大于或等于回路的最高工作电压。原则二：额定电流应大于回路的最大工作电流。直流母线联络电器（隔离开关）的选择:(1)对于此220KV变电站，直流母线联络电器（隔离开关）的额定电压大于或等于220V即可。

(2)直流隔离开关，额定电流按以下原则计算

按较大电流的母线上供电的负载工作电流选择，即

（1-24）

式中-较大电流的母线段上全部负载的工作电流之和；-同时系数，取0.5～0.6。

=0.5×50=25A

故选择型号为GMG—125A，即壳架等级额定电流为125A的固安详隔离开关。

第九章 结论

变电站直流监控系统的实现分析 第6篇

1.变电站直流系统运行过程中存在的问题分析

1.1蓄电池故障

当前我国运用在变电站直流系统中的蓄电池一般为阀控铅酸蓄电池，这种蓄电池不仅完全密封，更不需要加水或者调酸就能进行供电，非常适用于电力直流电源供电。而在实际的运用中，往往很多电池的使用寿命都没有完全达到设计寿命，这主要是因为在浮充状态下，电池的单体均一性有一定的偏差，也就是说单体电池的自放电一致性非常差，极易造成寿命缩短的现象。而处于长期浮充状态的蓄电池，浮充电流相同，但各个蓄电池的自放电不一致，有的过充，而有的又欠充，这就是造成过充电池失水，而欠充电池硫化过度实效的根本原因。其实，蓄电池的故障一般包括极板膨胀、腐蚀、钝化以及有效物质脱落、电解液干涸等情况，由此造成的电池实效，不仅很难补救，且会造成较大的经济损失。

随着时间的推移与外部条件的不断变化，直流电源系统中的半导体器件功能会发生漂移，从而导致充电机的参数发生不稳定偏移，如果这种偏移过大，则极可能造成蓄电池失效。而如果不对母线的电压纹波进行在线监测，则很难发现纹波系数过大。事实上，直流电源的充电机在运行的过程中，常常会因为以下故障而导致系数过大。第一，移相触发回路故障，一旦触发的信号不对称，或者单相没有触发信号会造成纹波系数过大;第二，如果遇到某相可控硅故障而造成系统开路，则也会造成系数过大的现象;第三，长期将充电机搁置不使用，也会使得滤波失效，从而引起系数过大;第四，电源中并联的蓄电池因故障造成脱线或者临时解列更换等因素都可能造成纹波系数过大，从而影响系统正常运行。

1.3直流系统接地故障

目前，我国很多变电站采用的都是将蓄电池组与浮充电装置并联的方式来供给直流负荷系统运行。而因分支网络过多、外部所接设备过多等问题，造成了直流电源网络的复杂性，这也在一定程度上加大了回路单线交错、双线交错，直接增加了处理接地故障的难度。众所周知，直流系统的支路较多且负荷涉及面广，因受到环境、气候以及温度等变化，使得接地电缆老化，部分元器件损坏，而造成系统绝缘水平下降而导致接地故障。接地故障如果不及时进行处理，势必会影响直流系统的安全运行，从而影响继电保护装置、安全自动装置可靠运行。

2.加强变电站直流系统的运行维护与接地处理

2.1对于蓄电池的维护

直流系统中的蓄电池在实际的运行使用过程中，会因内部的化学反应造成自放电的现象。对于阀控蓄电池组来说，在正常情况下应以浮充电方式来运行，电压值控制在2.25V/只范围内，一旦欠充将对电池的寿命造成一定的影响。另外，还必须针对直流系统的电池组进行定期的放电试验，检查电池组的容量与活化电池极板。适当的电池组后期维护不仅能保障电池的运行寿命，更是确保直流系统稳定运行的重要途径。

2.2设备检查

当变电站中的交流电源停电时，直流系统中的充电装置就会退出运行。此时，应尽可能的不使用直流负荷，还要密切关注到蓄电池组的端电压，保持其值低于放电终止电压，而当这个值接近放电终止电压钱，应采取转移或者停用的措施。同样，还应定期对直流系统设备进行检查，记录电池组每个电池端电压及外壳的温度，对超标的电池进行更换。

2.3接地故障处理

如果发现直流电源接地，必须首先考虑是直流回路、保护屏以及端子箱等二次回路的工作状态，如果二次回路设备在工作，则应立即停止并进行检查。根据当时的气候、现场工作的条件等内容对回路进行分合实验，以确定故障。其次，如果发现直流系统中是某回路接地，则可以通过将回路分段的形式，逐段进行排查，以缩小故障的范围。而如果接地故障出现在控制和保护回路上，应及时通知人员协助，在断开电源前，应采取防止保护误动操作的措施。此外，在查找直流系统接地时还应注意，必要时可以向调度申请停用相关设备。在消除故障点时，禁止在其它二次回路上工作。

3.结语

总的来说，直流系统是整个变电站的关键。因此，规范直流系统的运行与维护，认真执行变电站直流系统定期维护，并有效及时的处理系统接地故障，可以确保直流系统的运行稳定，从而保障变电站的安全运行。

【参考文献】

[3]马明霞.直流系统的运行维护与接地处理在变电站中的应用[J].科技创新与应用，，36：180.