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淺談直流屏的蓄電池混聯方案
時間:2021-09-26 09:49:50 點擊次數:1193

在各類發電廠、變電站中,為控制、信號、維護、自動設備以及某些操作執行機構供電的電源系統,一般稱為控制電源??刂齐娫捶譃閮深悾?/span>①直流電源;交流電源。直流電源由于獨立于交流動力電源系統,不受交流電源系統事端的影響,具有安全可靠、運轉維護便利等特色,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,直流電源幾乎是專注可選擇的控制電源,正由于如此,人們對直流電源十分重視。

一、直流屏電源系統的現狀

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電源系統,電力操作電源一般選用220V/110V電源系統。這兩種電源設備都是由系統監控設備、充電設備、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2V12V的蓄電池經串接而成,作為變電站交流事端停電后直流屏電源系統的后備電源。

由于操作電源和通訊電源一般獨立配備蓄電池,這樣就需要維護兩套直流電源設備,運維辦理成本很高。特別是電力操作電源,蓄電池串聯的數量許多,更簡略出現單體電池電壓不均衡的現象,進而導致有的電池長時間過充電,有的電池長時間過放電,嚴重影響整個蓄電池組的使用壽命。一旦某一只電池出現毛病,整個電池組就發揮不了應有的效果,乃至有時需要把整組電池更換掉,形成不必要的浪費。

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檢驗,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系統的運轉安全帶來巨大危險。

由于直流系統標稱電壓為220V/110V,而蓄電池的單體電壓多為2V12V,這就需要把許多電池串聯起來才華滿足要求。別的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,系統需要通過調壓設備來維持直流母線電壓的安穩。電力操作電源系統典型設計方案如圖1所示。

 

1蓄電池串聯型直流屏電源系統方案圖

為處理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配備12V蓄電池;使用時,電池模塊一起接入AC220V溝通電源和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DC220V/110V。

這種并聯型直流電源雖可處理因單節蓄電池損壞造成整組蓄電池功用反常的問題,卻也存在著不足之處:

①因蓄電池的數量仍與傳統的方案相同,并未減少,而帶有智能監控和充電功用的電池模塊的數量卻需與蓄電池的數量相匹配,由于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成本資金上升許多,不具有經濟性;

②兼有充電和升壓功用的電池模塊是一種需將12V提升到220V/110V的大功率器件,如此數量眾多的電池模塊也會給組屏裝置帶來新的難題。

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,配備DC/DC轉化模塊,輸出48V通訊電源。但這種方案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轉工況。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及以下變電站的常規負荷一般不會逾越20A,通訊電源的常規負荷也不逾越30A。

現在變電站的直流電源設備配備大容量的蓄電池,不是由于負荷需求大電流,而是為了延伸應急供電時刻。因而,在溝通正常情況下,蓄電池組是處于備用狀況,并不需求對外輸出電能。

二、方案介紹

下面重點論述一種混聯型直流屏電源系統方案的優越性,系統方案如圖2所示。

基于蓄電池混聯型直流屏電源系統架構是在原系統架構基礎上的改善,其具有下列功用差異:

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減少,降低了設備維護成本資金。由于N個電池組并聯使用,即使某一組退出,也不存在電池組脫離直流母線的風險。

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,滿意不同場合的需求。

 

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,利用現有技能,線路老到可靠,組屏便當。

4、電力操作電源不再受蓄電池充放電特性的直接影響,能夠撤銷傳統的調壓設備,優化了直流系統裝備。

5、交流停電時,共用電池組自動輸出給變流設備,以便把DC48V轉化成DC220V/110V,滿意電力操作電源的大功率需求。

6、系統監控設備通過交流電壓傳感器來判別交流電是否停電,并辦理充電設備和變流設備的工作。一起,實現對電池組的自動充放電維護,延長蓄電池的運用壽命。

7、該方案不需求每組電池裝備一套充電設備,幾個電池組之間通過共用電池組內部的逆流設備并聯工作,構成各自獨立的充放電回路。當其間一組處于維護情況時,不影響另一組電池的工作,大大提高電源系統的可靠性。

8、共用電池組中若有某一組電池出現毛病,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減少,這樣在一定程度上就降低了資源的浪費。

三、系統方案特色

基于上述剖析,結合現在變電站直流屏電源系統的實踐工作情況,筆者以為針對傳統直流屏電源系統進行優化整合對錯常有意義的?,F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系統處理辦法,該系統方案主要由監控設備、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、在有交流電時,電力操作電源和通訊電源各自都能獨立工作。電力操作電源選用變流設備直接整流后供給DC220V/110V直流母線,通訊電源選用充電設備經由逆流設備后供給-48V通訊電源母線,防止從DC220V/110V直流母線通過DC/DC二次電壓改換。在交流停電時,電力操作電源和通訊電源共用蓄電池組。此時,通過逆流設備并聯起來的蓄電池組,一方面能夠經變流設備升壓后供給電力操作電源,另一方面能夠直接供電給通訊電源。

2、傳統的電力操作電源DC220V/110V的充電設備撤銷,變流設備能夠替代這種充電設備的整流功能。變流設備可多臺并聯輸出,便當系統擴容;當有交流電輸入時,變流設備把AC380V轉化成安穩的DC220V/110V;當交流失電時,則把混聯結構的電池組的DC48V轉化成DC220V/110V。

3、混聯結構的電池組,系統裝備412V242VN個串聯電池組,且這些串聯電池組再以并聯辦法工作。

4、充電設備選用48V等級,充電設備可多臺并聯輸出,便當系統擴容;通過逆流設備將充電和放電回路分隔,一套充電設備能夠給兩組及以上蓄電池充電。

5、系統的組屏辦法仍保存現在一體化電源設備的風格,盤面安頓和內部設備空間都不需求進行大的變化。與傳統的系統方案比較后期維護成本資金改動不大。

6、系統共用電池組后,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工作,無需考慮交流電源遽然停電帶來的危險。選用電池組混聯型接線辦法,改動了蓄電池組串聯的傳統結構,處理了直流屏電源系統因單體蓄電池反常后整組蓄電池無法帶載的問題,極大改進了系統可靠性??蓪我坏男铍姵亟M單獨檢修替換,提高了蓄電池利用效率。

7、正常工作時,變流設備和充電設備受系統監控設備操控,在系統監控設備毛病時,也能夠各自獨立工作在默認值情況。另外,相較于獨立工作的電力操作電源系統和通訊電源系統,該混合型直流屏電源系統中蓄電池的運用數量也明顯減少,從而大大降低了項現在期的投入成本資金。

四、總結

本文提出了一種選用蓄電池混聯辦法的直流屏電源系統的思路,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系統和通訊電源系統,消除了蓄電池組在核容性放電或檢修過程中,遇交流遽然停電導致直流電源癱瘓的危險,便當了變電站的直流屏電源系統的日常工作維護,從而極大地降低了直流屏電源系統的運維辦理成本資金,進一步提高了直流屏電源系統的安全可靠性。

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