皇堕皇鲨垫查－墨圈１ｌＯｋＶ变电站直流负荷转移装置的研制与应用，钟著辉（湖南常德供电公司，湖南常德４１５０００）［摘要］针对常规ｌｌＯｋＶ变电站直流系统改造存在直流电源掉电导致保护及自动装置拒动风险，研制一种直流负荷转移装置。介绍该装置馈线部分设计方法和器件选型；设计基于ＳＴＣｌ２Ｃ５４１０单片机与ＡＤ７７０５的数据采集与监控系统；阐明该装置应用的方法及注意事项。现场应用表明，该装置稳定可靠、直观轻便，满足不停电改造要求，提高了供电可靠性。关键词直流系统负荷转移数据采集不停电蓄电池（１）有２０路直流馈线输出，且可根据现场二次设备数目扩展。装置保险分为总保险和分保险两级，都采用直流空气断路器。（２）基于单片机设计一个控制电路，该控制电路可利用ＬＥＤ显示直流负荷转移系统实时输出电压、电流数据＋且对过压、欠压、过流等情况进行告警。运用现有的直流绝缘监察继电器，在系统绝缘降低或直流接地时，单片机检测到该开入量，便输出声光报警信号［３］。０引言随着电网技术的快速发展，电力系统自动化程度要求越来越高，各种微机型保护及安全自动装置等二次设备得到了广泛应用。而这些二次设备能否可靠动作，电力系统能否稳定运行，很大程度上取决于为其提供工作电源的直流系统‘…。１ｌＯｋＶ变电站的直流系统一般采用单电单充方式，其常规改造都是利用全站停电机会进行，然而在改造周期与主变计划检修时间无法配合时，需在不停电条件下进行，此时一旦发生直流开路、短路或接地事件，继电保护及自动装置就很可能拒动或误动，从而严重影响供电安全可靠性’２］。因此，本文将介绍一种直流负荷转移装置，该装置２直流馈线系统根据系统总体结构图，备用蓄电池电源进入直流负荷转移装置后先经过一级总空开（一般选用额定电流为１００Ａ与备用蓄电池配合，提供一个过渡电源为二次设备供电，从而使得全站的直流负荷转移到备用电源，保证改造期间全站二次设备直流电源稳定。的空开），再经过二级分空开（一般选用额定电流为６Ａ的空开），最后接入站内二次设备一“。各空开都选用具有自动脱扣功能的直流断路器，安装于柜内槽板上，分排布置，便于接线，且馈线支路可根据现场实际需要进行扩展。馈线空开及引出电缆首尾两端都需编号，两者需相互对应。１整体系统设计直流负荷转移装置采用柜式结构、模块化设计，具有便携可靠的特点，主要包括直流馈线部分及基于单片机的人机交互和报警部分。系统总体结构如图１所示。ｆ厂——————叫为保证提供电源的可靠性，本装置必须保证其导电性能、耐压性能以及绝缘强度。其中导电性能直接影响整个直流供电回路的电压降，电压降过大会导致回路中产生很大的环流，因此需要选择合适的导线截面积。导线截面积计算式为：。『ＪＩ辈竺手穗毋■鳖马轨ｈ磊同ｌ互感器’１．：：：：：ｌ’１茧１’匕：：兰：：：ｌ厂———＇｜壁皇墨Ｉｌ备用蓄电池ｌ７Ｌ＿ｊ’匕∑旦！！纠…９自Ｉ鬈二次设备【Ｉ）瓦开ｑ一丝蛳式中，Ｓ为导线截面积，ｍｍ２；ｐ为导体电阻率，铜在２０℃的电阻率为０．０１７５Ｑ／ｍｍ２；ｊ为流过导线的总电流，Ａ；Ｌ为导线长度，ｍ；ＡＵ为电流Ｊ流过长度为Ｌ的导线所产生的电压降。嚣。：：二次设备（二Ｏ）选择长度为１０ｍ的导线，要求其电压降不大于０．２Ｖ，环流小于４Ａ，根据式（１）可计算出其截面积为３．５ｒａｍ２。考虑到安全系数，可选择截面积为４ｍｍ２的软铜线。图１系统总体结构图该装置主要有以下功能。收稿日期：２０１４—０２—２１作者简介：（１９８７一），硕士，从事继电保护研究工作；钟著辉（１９６６一），高级技师，从事继电保护研究工作。万方数据电工技术Ｉ２０１４ｌ８期１１３＿墨墨皇堕皇鲨垫查使用该装置前，需进行耐压试验。在进行耐压试验时，各馈线支路不能接设备，可用工频２ｋＶ对直流母线及各馈线支路进行ｌｍｉｎ耐压试验，应不闪络、不击穿。装置使用前，还需用１ＯＯＯＶ摇表测量直流母线及各馈线支路绝缘电阻，结果应不小于１０ＭＱ。４直流负荷转移装置现场应用１１０ｋＶ变电站直流系统改造需在不停电情况下移出原有直流屏，接人新直流屏，以保证二次设备的正常供电Ｌ７ｊ。本文设计的直流负荷转移装置因其体积小、重量轻、移动方便，可节省馈线电缆，能够适用于各屏位布置方式不同的变电站。本装置在变电站现场应用接入示意图如图３所示。３数据采集与监控系统直流负荷转移装置数据采集和监控系统以ＳＴＣｌ２Ｃ５４１０单片机作为核心控制器，利用模数转换芯片ＡＤ７７０５采集直流母线的电压和电流，并通过ＬＣＤ实时显示系统运行状况；同时以直流绝缘监察继电器输出的信号节点为开入进行系统绝缘监视。选择直流绝缘监察继电器是为了降低成本，减小装置体积。ＳＴＣｌ２Ｃ５４１０单片机具有一个高性能８位ＣＰＵ内核，指令代码完全与８０５１兼容。其本身带有８个模拟量输入通道的Ａ／Ｄ转换器，但只有１０位分辨率。ＳＴＣｌ２Ｃ５４１０单片机在实际应用中受印制电路板布线及外界电磁干扰等影响，达不到１０位的理想精度，因此选用采样转换性能更优越的模数转换器ＡＤ７７０５采集电压电流数据。ＡＤ７７０５是一种１６位Ａ／Ｄ转换器，有２个全差分模拟输入通道，数据转换具有极好的线性度；另外，ＡＤ７７０５还具有自校准和系统校准功能，可与内部增益可图３直流负荷转移示意图以馈线支路１为例，本装置现场应用步骤如下。（１）连接备用蓄电池和直流负荷转移装置，将首尾两端已编号为１的电缆首端接入直流负荷转移装置编号为１的馈线空开下桩头，电缆尾端接入二次设备；备用蓄电池一般容量为１００Ａ・ｈ，使用前需测试直流负荷转移装置输出电压是否满足要求，以减小环流。（２）合上直流负荷转移装置总空开１ＺＫＩ、馈线空开１ＺＫ２，断开原有直流系统馈线空开２ＺＫ２及其与二次设备相连的馈线端子，此过程中要密切关注保护或自动装置有无异常报警；断开与直流母线相连的原馈线屏后馈线支路端子，此时直流负荷完成由原直流系统向直流负荷转移装置的转移，设定特点相结合，有效避免弱信号及信号调理电路带来的漂移影响，简化了外部信号调理电路。ＡＤ７７０５与单片机的接口如图２所示。ＣＳＤＩＮＡＤ７７０５ＤＯＵＴＰｌｌＰｌ２ｓｃ“ＤＥＲＹｍＰＩ．３耵单Ｃ１群２Ｃ５４Ｐ１．５图２ＡＤ７７０５与单片机接口电路图（３）新直流馈线屏就位后，连接馈线屏后馈线支路、引出馈线与二次设备，合上空开２ＺＫ２，使改造后直流系统电源与直流负荷转移装置备用电源并联运行。此时要注意馈线屏前各支路运行指示灯，每接入一路，该路指示灯应点亮，以此可检验馈线屏前所贴指示标签是否与接入二次设备屏相对应。（４）断开空开１ＺＫ２、１ＺＫｌ，退出直流负荷转移装置。直流负荷转移过程中，要密切监视装置ＬＣＤ屏所显ＡＤ７７０５串行数据接口包括片选输入ＣＳ，可配置为三线模式下工作的数据输入口ＤＩＮ、数据转换输出口ＩＸ）ＵＴ、串行时钟输入ＳＣＩ。Ｋ，以及数据输出寄存器准备就绪状态标志位ＤＥＲＹ。单片机检测到ＤＥＲＹ位为低电平时，读取更新后Ａ／Ｄ转换数据，此时若有定时中断，则应先关闭中断，以避免造成读取数据误差增大。单片机读取Ａ／Ｄ转换数据进行处理后，采用直接访问方式访问ＬＣＤ，写入数据进行显示∞：，并判断该数据是否超过之前设定的范围，若超过范围则点亮ＬＥＤ灯并通过蜂鸣器进行声光报警。根据现场测得数据，正常运行时，蓄电池输出电压约为２３２Ｖ，因此电压范围设置为２２５～２４０Ｖ；为监视本装置并接人变电站原直流系统而产生的环流，设置电流阈值为４．５Ａ。直流绝缘监察继电器选用体积小、应用广的ＺＪＪ—ＩＡ型。当直流母线接地或母线任一侧对地绝缘降到２５ｋＱ以下时，直流绝缘监察继电器可靠动作，告警节点闭合邛］。单片机检测到该开入量，便启动声光报警。示的电压值、电流值以及有无报警，并且需避免在改造过程中远方遥控操作变电站设备，以确保负荷转移的安全可靠性。５结束语近年来，随着电网的不断发展，安全可靠供电要求的提高，变电站直流系统改造越来越多，而不停电改造的安全风险较大，因此本文从安全可靠、直观便携、适用范围广等方面出发研制了一种１１０ｋＶ变电站通用的直流负荷转（下转第２０页）１４Ｉ万方数据ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｅｔｌ中国电工同＿墨圈丝皇堡芝垫查３１１０ｋＶ母线保护实现方式该智能化方案中的１１０ｋＶ母线保护为数字式，当主变时接收模拟信号与数字信号，模拟、数字信号间的转换由主机与子机实现，增加了子机装置，且存在主机与子机间的通信问题，其母线保护运行特性主要依赖于厂家的设计能力。１１０ｋＶ侧进线间隔为常规设计时，１１０ｋＶ母线保护仍存在同时接收模拟信号与数字信号、同时开出ＣＡＸ）ＳＥ跳闸及硬接点跳闸的问题，主要有以下解决方案。（１）增加主变１１０ｋＶ进线间隔母线保护专用合并单元。该方案有两种实现形式：一是１１０ｋＶ母线保护通过合并单元接收电流及隔离开关位置接点的数字信号，跳闸出口同时具有Ｇ（）ＯＳＥ开出及硬接点开出；二是１１０ｋＶ母线根据该站实际情况，１１０ｋＶ电压等级仅主变间隔为常规设计；主变中压侧间隔配置母线保护用合并单元，其电流、隔离开关位置信号均通过合并单元接人母线保护；母线保护跳１１０ｋＶ线路／母联间隔均采用光缆直采直跳，跳１１０ｋＶ主变间隔采用光缆直采、电缆直跳方式。４结束语本文根据某变电站的实际情况，结合主要保护厂家设备的原理实现形式，提出了适合现阶段的保护跳闸方案，对特殊智能变电站的设计具有一定的指导意义。参考文献保护通过合并单元接收电流的数字信号，通过硬接点接收隔离开关位置，跳闸出口同时具有ＧＯＯＳＥ开出及硬接点开出。（２）采用分布式母线保护。分布式母线保护由主机和子机构成，主机接收各子机采样信息，得到差动电流和制动电流，完成分相复式比率差动元件为主的一整套电流差动保护方案。主机实现母线差动保护、断路器失灵保护、母联失灵保护、母联死区保护、ＴＡ及ＴＶ断线判别功能，其中差动保护与断路器失灵保护可经硬压板（或软压板）及保护控制字分别选择投退；子机完成间隔模拟量、开关量以及压板状态等的采集，数据经处理后实时上送给主机。主机完成保护逻辑处理后，通过数据通信网向各子机发送跳闸命令，子机接收到主机的跳闸命令后通过自身跳闸空接点完成断路器跳闸功能。分布式母线保护实现原理如图２所示。●。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一Ｅｌｉ弋东方，钟大文．电力工程电气设计书册——电气一次部分［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９８９Ｅ２］弋东方，钟大文．电力工程电气设计书册——电气二次部分ＥＭ］．北京：中国电力出版社，１９８９［３］韩本帅，王侍，孙中尉，等．智能变电站继电保护跳闸实现方式研究Ｅ３］．中国电力，２０１２，４５（８）：２４～２７Ｅ４］高翔．智能变电站应用技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００８Ｅｓ］Ｑ／ＧＤＷ４４ｌ一２０ｌｏ智能变电站继ｅＣ保．ｐ技术规范［Ｓ］Ｅ６］国家电网基建１－２０１１］５８号国家电网公司２０１１年新建变电站设计补充规定［Ｓ］Ｅ７］Ｑ／ＧＤＷ３９３１ｌｏ（６６）ｋＶ～２２０ｋＶ智能变电站设计规范［Ｓ］Ｅ８］钟连宏，梁异先．智能变电站技术与应用［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０ｌＯＥ９－１朱炳铨，王松，李慧，等．基于ＩＥＣ６１８５０模严矩苤研数字芦逮匝蓟ＭＵ／ＧＯＯＳＥ双网Ｌ—厂广一保护主机ｉｌ电磁式互感器１西已《Ｌ——兰箍图２分布式母线保护网络示意图断路器９＋＿－—ＦＩ●Ｆ断路器Ｌ｝’＿一ＧＯＯＳＥ技术的继电保护工程应用ＥＪ］．电力系统自动化，２００９，３３（８）：１０４～１０７Ｅｌｏ］曹海欧，严国平，徐宁，等．数字化变电站ＣＡＸ）ＳＥ组网方案ＥＪ］．电力系统自动化设备，２０１１，３１（４）：１４３～１４６，１５０［１１］傅旭华，黄晓明，王松，等．数字化变电站ＧＯＯＳＥ技术工程化应用ＥＪ］．电力系统自动化设备．２０１１，３１（１１）：１１２～１１６（编辑杨小波）第１种方案增设了母线专用合并单元，１１０ｋＶ母线保护接收数字信号，同时开出Ｇ（Ｘ）ＳＥ跳闸和硬接点跳闸，实现原理简单明了。第２种方案通过不同的子机原理可同（上接第１４页）移装置，并对其使用方法进行了规范。该装置在常德供电公司多个１１０ｋＶ变电站直流改造中成功应用，直流负荷转、ｊｆ４～Ｉｊｆｊ｜［３］沈小军，江秀臣．轨道交通直流电缆绝缘诊断技术现状及展望ＥＪ］．电工技术学报，２００７，２２（９）：２２～２６［４］刘毅，周雒维．直流系统保护电器级差配合的研究ＥＪ］．电力系统保护与控制，２０１１，３９（２）：１５１～１５４移过程中未出现保护及安全自动装置掉电误动情况，确保了电网安全稳定运行，提高了供电可靠性。参考文献［１］刘森，张海风．广州换流站直流电源系统的改造设计与实施［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（９）：４９～５６［２］钱建国，裘愉涛．一种有效防止因直流系统异常导致断路器误动的新方法ＥＪ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（２２）：［５］谢明，钱伟康．液晶显示屏在智能程控直流电源中的应用研究ＥＪ］．仪表技术，２００８，４（１９）：１９～２２Ｅ６］赵兵，胡玉岚．直流系统微机型绝缘监察装置问题的探讨ＣＪ］．广东电力，２００９，２２（２４）：４３～４５Ｅ７］徐凯．对１ｌＯｋＶ变电站直流系统改造方案的探讨ＥＪ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（７）：１１６～１１９２０ｌ万方数据ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｅｔＩ中国电工网110kV变电站直流负荷转移装置的研制与应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
， 钟著辉
湖南常德供电公司,湖南常德,415000电工技术
Electric Engineering2014(8)
引用本文格式：.钟著辉 110kV变电站直流负荷转移装置的研制与应用[期刊论文]-电工技术 2014(8)
