10kV配电网二次系统电源配置.pdf

第 3 3卷第4期 湖南电力 H U N A N E L E C T R I C P O WE R 2 0 1 3年 8月 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 1 3 0 4 0 1 1 1 0 k V配电网二次系统电源配置 曾欣强 。陈永平 ( 国网湖南省 电力公 司株洲供 电分公 司，湖南 株洲 4 1 2 0 0 0 ) 摘 要：分析交、直流电源系统配置方案及其优缺点，提 出使用超级 电容作为保护装置 开关电源的储能元件的新型开关电源实现方案 ，指 出超级 电容在电力 系统中将有广阔的 发展 前景 。 关键词 ：l 0 k V配电网；二次 系统 ；电源 系统；直流 系统；超级电容 中图分类号 ：T M6 4 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 8 0 1 9 8 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 3 4 0 2 1 配 网二次 电源配置现状概述 1 0 k V开关站 、开闭所 目前二次系统 电源一般 有交流电源和直流电源 2种方案 ，直流电源配置一 般采用整流设备配置蓄电池的方式 ：交流 电源配置 一 般有低压侧外引电源 、互感器抽取低压电源 2种 方式。由于设备投资成本及直流 系统要求专业维护 等问题 ，大多数开关站 、开闭所未能配置直流供电 电源 ，因此 ，这些站所一次高压设备及二次保护装 置均采用交流电源进行控制和操作 。 目前湖南省配网开关站二次电源大多采用从站 用电接取交流 电源的方式 。配电线路多采用 r r V二 次绕组电压 ，再经过小型变压器转化为 2 2 0 V交流 电源 ，仅有少数关键重点开关站采用直流电源系统 。 2直流 电源配置 对于重要的 1 0 k V开关站 ，为保证保护装置及 二次回路 、断路器动作 的可靠性 ，一般采用直流控 制系统 、独立的整流设备并配置蓄电池组 ，实现实 时的充放电及交流电源停 电时直流蓄电池持续供 电 的功能。配置 1个充电馈电屏及 1 个电池屏 ，采用 双路交流输入 自动切换装置 ，双路交流输人端带保 护 ，且带机械和电气联锁 ，保证 了充电屏 电源的可 选择性 ，当一路交流电失电时，自动采用另一路交 流输入。当双路交流输入均失 电时，充电屏暂停工 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 1 2 6 3 4 作 。由蓄电池组提供装置及操作用直流电源。充 电 浮充电装置一般采用高频开关 电源模块并联运行 ， 以保证出现单个模块故障时不影响整个充电装置的 运行 。采用监 控控制装置实现实 时监控 、自动控 制 要求保证直流充电模式可在浮充 、均充间自由 切换 ，并实时监测各项充电技术参数 。采用全系统 直流及蓄电池配置方案投资大，且专业维护要求及 成本高，同时又受实际配电网运维队伍专业素质水 平等多方面因素的影响，运行状况不容乐观。 3 交流 电源配置 3 1 低压侧 外 引 电源 在配网站 、所未送电前 ，站、所 自身无法提供 交流 电源 ，常规的方法是 由外部 电缆 引入交 流电 源 ，保证站 、所的控制系统电源，送 电后则 由低压 馈线柜单支路电源馈线引接。对于 1 0 k V高压柜体 不影 响断路器控制操作及保护的辅助 回路 通常采 用直接外引的交流电源。 3 2 互感器抽取低压电源 在配网站 、所送电后，可 由电压互感器柜或计 量柜的 T V处抽取交流 1 0 0 V电源供站 、所控制 电 源系统。为确保计量 准确并防止偷 、漏 电许 多 站、所要求计 量柜能提供 独立 、专供计 量 的 T V， 且 T v为可铅封的单独二次绕组 。因此 ，可在进线 柜设置进线 T V，采用变 比为 1 0 0 1 0 1的 2个二 第 3 3卷第 4期 曾欣强等 ：1 0 k V配电网二次系统电源配置 2 0 1 3年 8月 次绕组 ，准确级别 为 0 2级 绕组作为进 线 电源监 视 ；准确级别为 0 5级绕组 ，作为控制 电源抽取 ， 如需要 2 2 0 V交流电可采用小型变压器转换或者 直接联系厂家生产二次 电压为 2 2 0 V的二次绕组。 4 嵌 入式壁挂 电源 系统 目前正在应用及推广的新型电源系统 中有嵌入 式壁挂电源系统 ，其原理与一般直流电源系统基本 相同，但蓄电池容量相对较小，2 2 0 V系统一般为 3 8 A h ，1 1 0 V系统一般为 6 5 A h 。它一般采用一体 化设计 ，由配 电箱和 电池箱组成 ，配电箱 是核心 ， 负责 电池充放 电管理和回路的供 电。交流输入采用 T V二次绕组的交 流输 出和市 电交流电源，可 自动 切换 。该系统既有直流电源系统 的安全可靠性 ，同 时又 因安装时可采用嵌入式方式 结构简单 。维护 方便 ，适用于带开关 电缆分支箱 、智能化开闭所 、 智能箱式变电站 、环网柜等地方 。主要缺点是蓄电 池容量较小 ，如果蓄电池运维状况较差 ，可能造成 供电系统故障时蓄电池不能正常供电。 5新型 电源 系统研究概述 采用直流系统及蓄电池配置时 ，成本较高 经 济性差 ，且若蓄电池运维状况较差 ，可能造成供电 系统故障时蓄电池不能正常给二次系统供电：目前 大都采用交流电源配置方案 。但这种配置在配电系 统失 电后全部二次系统将会失电 所有保护将不再 起作用 ，因此有必要对 电源系统进行改进。 为了使备用电源无缝投入。可以利用电容器储 能 ，当主电源失电时 ，电容器通过放电过程进行供 电。但采用电容器储能的开关电源作后备电源的最 大问题是续电能力受电容器容量 的限制 。 随着材料科学的发展 ，目前一种新的储能元件 超级电容逐渐发展起来 ，其容量可达到法拉级 甚至数千法拉 。它是介于电池与传统电容器之间的 一 种储能元件 ，不存在介质 ，电容系统为达到电化 学的平衡 ，电荷在电极和电解质的界面之间自发地 分配形成 阴阳离子的界面 ，从而达到保存能量的目 的，因为极 板为活性炭 它具有极 大的有效表 面 积 ，所以能获得大的比电容 ，而且适用于短时间大 电流 的放 电。 如果能采用超级电容器作为保护装置的开关电 源的储能元件 ，这种开关电源系统应是配电系统二 次系统电源的较佳选择方案。 新开关电源系统 的组成 如图 1所 示 主要 由 A c D c变换器 、升降压变换器 、保 护电路 、超级 电容器构成。 图 1 新 开 关 电源 系统 的组成 正常工作期间。输入单相交流经过 A c D C变 换器后 ，输出满足要求 的直流电压，一部分经过升 降压变换器为装置元件提供稳定的直流电源：另一 部分 向超级电容器充电，补充其漏电损失 ，使其 电 压保持稳定。 在交流正常上电启动时 。A C D C变换器 向超 级电容器充电，当充电到超过欠压保护值时。变换 器启动工作 ，开始向二次系统供电；当充电到给定 电压时，超级 电容器处 于浮充状态。在充 电过程 中，A c D c变换器的输出电压跟随超级电容器缓 慢上升，但由于升、降压变换器的调节作用，仍可 为保护装置提供稳定 的输 出电压 。当交流失 电时， 超级电容器开始放电。经过升降压变换器向二次系 统提供稳定的输出电压 ，以实现对二次系统 的不间 断供 电。当超级电容器 的电压下降到设定的欠压保 护值时 ，通过欠压保护电路 ，发 出关断升 、降压变 换器的信号 ，系统才停止为配网二次系统供 电。 6 结语 目前 1 0 k V配电网二次电源系统配置方案有多 种 ，其 中新 电源系统使用超级电容作为保护装置开 关 电源的储能元件 ，采用电容储能的电源能够满足 失去正常供 电电源后保 护装置 、操作 和通信的需 要 ，实现不问断供电，可满足断电后所期望 的时间 要求 ，达到给定的电气性能指标要求 。超级 电容在 电源系统中的应用 ，可以根据负荷大小以及重要程 度的不同 ，实现不同的解决方案 。合理选择这些方 案可以解决 由于蓄 电池 而给 电源系统带来 的环保 、 维护、寿命等问题 ，提高电源系统的可靠性 、可维 护性和可用性 ，随着超级电容的不断发展 新电源 系统在电力系统将获得更广泛的应用 。 ( 下转第 3 7页) 3 5 第 3 3卷第4期 周绍庚 ：火电厂 T V熔断器熔断及开关爆炸事故分析 2 0 1 3年 8月 J jt I a _ r lnH 删 1 J M 儿 y y f J 川 川 f 3 I t 儿 l - m m 0 A A A A A 8 川 叭 y I 图 3 4发 电机 I V B段 A相 完全接地 录 波 图 2 2 事故对象调查 现场对 4发电机 6 k V IVB段进线 T V熔断器熔 断及厂用电电源开关 2 4 0 2开关 的损毁情况进行 了 仔细检查 ，发现 4发电机 6 k V 1 gB段进线 T v高压 熔断器三相均 已熔断 ：厂用电 电源开关 2 4 0 2开关 B，C相上端头严重烧毁 ：整个开关柜 内充满黑色 烟尘 ：厂用 电电源开关 2 4 0 2开关真空泡并没有损 坏痕迹 ；开关触头也未发现有 电弧灼伤 的痕迹 ：检 查 A段分支未发现异常。 2 3 故障点调查 结合故障情况 ，技术人员对现场故障点仔细进 行 了查看 ，发现 1台电动机 A相存在接地。 3 事故分析 与建议 3 1 事故分析 结合故障录波图及现场调查情况分析初步推 断此次故障点为 电动机 A相弧光接地。具体故障 ( 上接 第 3 5页) 参考文献 1 胡毅 ，陈轩怒 ，杜 砚 ，等 超级 电容 器的应 用与 发展 J 电力设备 ，2 0 0 8 ，9( 1 )：1 9 2 2 2 徐丙垠 配 电 自动化 远方 终 端技 术 J 电力系 统 自动化 1 9 9 9 ，2 3( 5 ) ：4 1 4 4 3 隋 国正 ，张力 大F T u供 电电源方 案改 进 J 电工 技术 2 0 0 8 ( 1 ) ：1 6 1 7 4 陈英放 ， 李嫒嫒，邓梅根超级 电容器的原理与应用 J 电子元件 与材料 ，2 0 0 8 ，2 7 ( 4 ) ：6 - 9 时间为 0 8 ： 0 6 ： 2 2 6 2 1 2 0 0 ，接地故障持续至 0 8 ： 0 9 ： 4 6 0 8 7 5 0 0时刻发展成三相短路故障该故障持续 至 0 8 ： 0 9 ： 4 8 9 5 8 5 0，在该时间段 内，T V高压侧熔 断器熔断， 2高厂变差动速断动作 ，跳高厂变 ，启 备变备用开关动作 。0 8 ： 0 9： 4 7 6 1 9 2 0 0启备变 6 k V B段 分 支 过 流 动 作 ，动作 持 续 至 0 8 ： O 9： 4 7 8 1 8 8 0 0时刻终止。 分析启 备变 6 k V IVB段分支 过流动作情况 可判断 4发电机厂用电电源开关 2 4 0 2此 时已经发 生短路 故 障 。这 也 与 4发 电机 厂用 电电源 开关 2 4 0 2 B，C相相间上端头严重烧毁相吻合 。即厂用 电电源开关 2 4 0 2故 障并不是 由于其开断短路 电流 所引发 ，而是由于厂用电电源开关 2 4 0 2本身存在 绝缘薄弱点 ，引起相间短路所致 。 由于该厂厂用接地保护不能出口，此次故障在 电动机发生接地后一直没能及时跳开故 障电动机， 最终导致了故障扩大 ，将系统内绝缘薄弱点击穿 。 3 2建议 建议投入厂用电系统各分支的接地保护。 参考文献 1 汉川电厂 “ 4 9 ” 事故分 析及反措 J 湖北 电力 技术监督 ， 1 9 9 3 ，2 0( 3 ) ：7 - 9 2 赖绍和韶关发 电厂 1 0号机组 “ 3 1 9 ”事故 分析处理与建议 J 广西 电力 ，2 0 0 5 ，2 8 ( 5 )：3 9 4 0 ( 3 薛艳丽6 k V高 压室 爆炸 事故 的原 因 分析 J 机 电安全 ， 2 0 0 9 ，2 6( 1 2 ) ：1 9 2 0 4 任 秀勤 ，梁俊清 ，刘振 峰，等两起 厂用 电系统 事故 原因分 析及对策 J 电力安全技 术 ，2 0 1 0 ，1 2 ( 2 ) ：2 8 3 o 5 周金萍 ，张永红6 k V系 统典型 事故分 析及 改进措 施 J 湖北电力 技术监督 ，1 9 9 8。1 0 ( 6 ) ：9 1 0 5 吴杰