第一篇：智能高频开关电源在变电站直流系统改造中应用
智能高频开关电源在变电站直流系统改造中应用
1直流系统改造的目的和必要性
变电站内的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和电气设备的远距离操作，一般采取直流电源，所以直流电源的输出质量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电。变电站的直流系统被人们称为变电站的“心脏”，可见它在变电站中是多么的重要。中原油田的电力系统始建于上世纪70年代末，因受当时技术条件的限制，陆续建起的变电站直流系统设备有的为硅整流电容补偿直流电源，有的为带有铅酸蓄电池的KGCA—50/98～360、KGCFA—75/200～360型硅整流直流电源，有的为BZGN—20/220型镉镍电池直流屏。部分投运较早、运行时间较长的变电站直流设备老化严重，给变电站的安全、可靠运行带来了严重的威胁。如某110kV变电站就曾因直流系统故障，造成越级跳闸，导致全站失电的恶性事故。其它各站虽未发生大的事故，总因直流系统经常发生问题，缺陷较多，有的缺陷无法处理，致使直流系统长期处于“带病”运行状态，导致给用户无法正常供电。
随着电力工业的迅速发展，为提高电网的供电质量，使电网安全、经济运行，并实现电力系统的自动化，从而对电力控制系统的关键设备—控制电源的要求也越来越高。而原来的直流设备均采取传统的相控电源，效率低、纹波系数大，在电磁辐射、热辐射、噪声等方面都不尽人意。另外，监控系统不完善，采取1＋1备份方式，对二次电路越来越先进的仪器仪表、控制、自动化设备很难满足其技术要求。此外由于相控电源浮充电压易波动，会出现蓄电池脉动充放电现象，对免维护蓄电池损害极大，影响电池寿命。加之其它设备改造和新设备的投入，原来的相控电源已远远不能满足中原油田电力系统的需要，急需进行改造更换，才能保证电气设备的安全运行和平稳供电。而智能高频开关电源由于其体积小，重量轻，技术指标优越，模块化设计，N＋1热备份方式，便于“四遥”等优点，已在诸多领域得到广泛应用。上世纪90年代以后，国外先进工业国家新建或改造电厂和变电站已全部采用高频开关电源，其蓄电池亦全部采用免维护蓄电池。为了实现中原油田电网设备达到同行业先进水平的目标，根据电网实际情况，直流系统设备改造采用目前先进的智能高频开关电源系统。2智能高频开关电源系统的性能特点
为了保证智能高频开关电源系统的质量，我们组织了多名技术人员对多个生产厂家进行了考察，了解厂家的生产工艺、规模和实验测试手段等情况，经过“货比三家”后，技术改造决定使用GZDW—200/220型操作电源。它是专为电力系统研制开发的新型“四遥”高频开关电源，采取高频软开关技术，模块化设计，输出标称电压为220V，配有标准RS?232接口，易于与自动化系统对接，适用于各类变电站、发电厂和水电站使用。此设备有下列性能特点： 1）模块化设计，N＋1热备，可平滑扩容。
2）监控功能完善，高智能化，采取大屏幕液晶汉字显示，声光告警。
3）监控系统配有标准RS?232接口，方便接入自动化系统，实施“四遥”及无人值守。
4）对蓄电池自动管理及自动维护保养，实时监测蓄电池组的端电压，充、放电电流，自动控制均、浮充以及定期维护性均充。5）具有电池温度补偿功能。6）模块可带电插拔，更换安全方便。
7）降压方式采取新型高频软开关无级双向调压，摒弃传统硅堆降压方式，输出电压精度高，动态响应速度快。8）采用最新软开关电源技术，采用进口器件。3智能高频开关电源系统的组成及各部分作用 智能高频开关电源系统由交流配电，绝缘检测，监控模块、整流模块、调压模块，直流馈电等组成。系统工作原理框图如图1所示。
交流配电为系统提供三相交流电源，监测三相电压、电流及接触器状态；判断交流输入是否满足系统要求，在交流输入出现过压、欠压、不平衡时自动切断有故障的一路，并切换到另一路供电，系统发出声光告警。装有每相通流量40kA、响应速度为25μs的三相避雷器，能有效地防止雷击对设备造成的损坏。
绝缘监测采用进口非接触式直流微电流传感器，利用正负母线对地的接地电阻产生的漏电流，来测量母线对地的接地电阻大小，从而判断母线的接地故障。这一技术无须在母线上叠加任何信号，对直流母线供电不会有任何不良影响，彻底根除由直流母线对地电容所引起的误判和漏判，对于微机接地监测技术是一重要突破。
监控模块是整个直流系统的控制、管理核心，其主要任务是对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量数据及运行状态实时进行处理，并以此为依据对系统进行控制，实现电源系统的全自动精确管理，从而提高电源系统的可靠性，保证其工作的连续性、安全性和可靠性。具有“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能，配有标准RS?232接口，方便纳入电站自动化系统。
整流模块为合闸母线、控制母线提供正常的负荷电流，本身具有LCD汉字显示、操作键盘，模块工作状态和工作参数一目了然，可以带电插拔，具有软件较准，自主均流、ZVS软开关技术。
调压模块无论合闸母线电压如何变化，输出电压都被稳定控制在220（1±0.5％）V，具有带电拔插技术、软开关技术和双向调压特性。
直流馈电设有控制输出、合闸输出、电池输入、闪光、事故照明、48V电源输出等。控制母线有三种途径供电，确保控制母线供电安全可靠。配有智能直流监控单元，可测量母线电压、电流及开关状态等。电池巡检仪对电池电压进行实时监测，将信息及时反馈到监控模块。
蓄电池全密闭、免维护、无污染、无腐蚀，任何方向可放置使用，使用温度范围宽（－40℃～60℃）；深放电至零伏，24h内充电可恢复；可大电流放电，起动电流大，自放电率极低，具有安全防爆排气系统，是理想的操作、控制不间断电源。4直流系统设备改造中改进的问题 1）改进了新设备直流馈出线部分的不合理布置。为节省投资，我们利用原来直流系统的控制、信号及合闸电路的出线，但与新设备馈出线的位置及大小都不相适应，为此，我们对新设备直流馈出线部分按现场实际情况进行了改造，使安装更加容易，布线更为合理，运行更加可靠。2）添加了蓄电池的放电电路。
3）结合中原油田电网实际，对设备出厂时参数设置的不适应之处进行了改变，保证设备运行后更加可靠。
4）对闪光继电器等电气元件安装位置进行了调整。原元件安装位置不尽合理，损坏后不便维护、更换，改造后的位置便于维护，省时省力。
5）对模块监控单元、直流监控单元、交流监控单元进行了改进，增加了防护盖以防短路、灰尘进入等。5智能高频开关电源系统应用情况
改造后的直流系统设备经过两年来的运行，技术指标合理，各项参数显示正确，操作方便、直观，自动化程度高，维护工作量大幅度减少，设备保护功能齐全，能可靠动作。反映故障及时且准确无误，对电池能自动管理无须专人维护，设备运行稳定可靠，从未发生影响正常供电的现象。
改造后的直流系统与原来的直流系统相比较，性能稳定，精度高，安全、可靠，保证了油田的油气生产，居民生活及医院、道路等的用电，降低了噪音，改善了值班人员的工作环境，确保了变电设备安全可靠运行，产生了明显的经济效益和社会效益，主要体现在以下几个方面：
1）原来的相控电源纹波系数大，其输出含有的交流成份较大。尤其是赵村变电所最为明显，交流成份含量更高，对二次设备影响最大，造成二次设备误动、损坏、甚至有的设备无法正常工作。而改造后的智能高频开关电源纹波系数很小，输出特别稳定。2）原来的相控电源采用硅堆调压，硅降压响应速度慢，反应时间为几十毫秒，输入电压突变时在输出上会产生很大的冲击，因冲击不稳定而易烧坏二次设备。而改造后的高频开关电源采用无级调压方式，响应速度快，输入电压突变时，模块在200μs内调整完成，过冲小于5％。
3）原来的相控电源充电机、浮充机等噪音较大，且无降温措施，有的变电站浮充机发热严重。而改造后的智能高频开关电源噪音小，模块采用优质风机降温，保证了模块元器件正常工作，使值班人员的工作环境大大改善。
4）原来用的是铅酸电池或镉镍电池，既需要专门设置蓄电池工进行维护、保养，还需要配备维护电池用的有关容器、仪表、原料、蒸馏锅、蒸馏水等。而改造后用的是美国“理士”免维护电池，平时不需要进行一系列的维护工作，减少了人力物力。5）原来的相控电源功率因数低，一般在0.7以下，效率在60％左右，而改造后的智能高频开关电源功率因数达0.9以上，效率高达94％以上。
6）原来的相控电源经常出现故障，有时因无法操作送电而造成原油生产损失，如1997年9月23日某110kV变电所因直流系统故障造成越级跳闸，全站失电，烧毁35kV线路3公里，其经济损失高达400多万元；近几年直流系统经常出现各种故障给油气生产造成了很大的损失，同时也给居民用户生活带来不便、给工业用户带来巨大的经济损失。而改造成智能高频开关电源后，直流系统至今未发生任何事故，供电更加可靠。
7）改造后的智能高频开关电源具有48V电源出口，为变电站的通讯网络等提供了电源，不必另外购置专门的48V电源，减少了设备的投资和占用空间。
8）改造后的控制母线有下述三种途径供电，确保了控制母线供电安全可靠，做到了万无一失。——在交流电正常时，控制母线可由整流模块直接供电； ——在交流失电时，由降压模块供电；
——从电池90％电压处通过二极管供电到控制母线。6结语
由于改造后的智能高频开关电源系统性能稳定，精度高，安全、可靠性更强，创新点多，收到了良好的效果，取得了明显的社会和经济效益，为中原油田的油气生产及其它负荷提供了可靠的电力保障。同时也为变电站实现自动化奠定了基础。
第二篇：变电站直流系统改造技术
变电站直流系统改造技术
摘 要 由于变电站直流系统的改造难度大，风险高，必须结合变电站实际情况，综合性、系统性、科学性的提出相关改造技术措施，以保证改造过程中电力系统的安全运行，避免相关事故或者缺失的发生，文章主要以110kV变电站直流系统为研究对象，针对当前变电站直流系统运行过程中存在的不足，提出了改造当前变电站直流系统的技术措施。
关键词 变电站；直流系统；改造；问题；方案
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)101-0099-02
直流系统是变电站的动力核心，为继电保护设备、自动装置、监控系统、远动系统等电气设备的正常运行和遥控操作提供直流电源保证。伴随着电力、通信、计算机技术的飞速发展，微机型保护装置和安全自动装置被广泛应用于变电站，这就对站用直流电源提出了更高的要求。目前而言，大部分110kV常规变电站的直流系统为电磁型直流设备（相控硅整流电源），这种直流系统在精准性、可靠性、稳定性、纹波系数、效率等方面都已不能满足电网的发展趋势，以及二次设备的应用要求，变电站直流系统的改造将是不可避免的趋势，也是电力系统持续发展的需要。变电站直流系统运行及改造存在的问题
随着电力技术的发展，许多110kV常规变电站被改造成综合自动化变电站以实现了无人值班，原有直流系统的缺陷逐渐显现出来，这些缺陷是不能适应电网的发展趋势的，所以必须对其进行改造。当前大多数110kV变电站仍采用单电单充直流系统供电模式。传统的变电站直流系统主要呈现出以下几个方面的问题：
1）工作母线结线布置复杂。控制屏中直流母线水平置于屏的中部，屏顶还设有多根小母线主要是控制信号音响等，因结构复杂和设备间距比较小，在设备出现接触不良等与之相关的问题时而难以处理
解决。
2）灯光信号和仪表维护困难。传统的直流屏，由于其屏的正面不使用活动门的方式，这样就不能更换装于屏面上损坏后的仪表、信号等设备。
3）绝缘监察装置动作灵敏度不高。传统的直流系统虽能能正确反映单极明显接地现象，但无法反映出正确的接地回路，因为它主要是采用电磁式绝缘监察装置反映直流系统的接地，才会导致这种现象发生。
4）通讯接口与微机进行联接时无法提供数据。随着电力系统自动化的不断深入，以及电网规模的扩大，必须对存在以上缺陷的变电站直流进行改造，但供电模式下的110kV综合自动化变电站的改造也面临着一些问题：①在一些变电站中，因为服役时间较长，需要日常维护的铅酸蓄电池和直流电源系碱性蓄电池组，已不能适应电力系统继电保护装置，尤其是不能适应微机保护装置对直流电源的安全技术标准。②在更换过程中，如果发生断线、短路或者接地等问题时，都极有可能致使保护装置误动或拒动造成大面积停电发生，更为严重的能造成电网事故。为了保证供电的安全可靠要求在全站不失去直流电源的情况下更换，也就是不停电进行直流系统更换。③直流改造时旧直流屏不能带电移出，新直流屏不能带电就位，以确保设备及人身的安全。新、旧直流屏电路割接的难度大，在旧屏转换为新屏的过程中，如何确保继电保护及开关操作所需的直流电源安全可靠，成为了110kV变电站直流系统改造工程需要解决的关键问题。变电站直流系统改造方案
直流系统改造的目的就是提高直流系统运行的可靠性和供电质量，这是衡量直流电源的重要指标，所以需要综合性、科学性的制定改造
方案。
在变电站直流系统改造过程中对于合闸电源及控制电源需要做出以下情况说明：
1）变电站断路器合闸电源仅在断路器合闸时使用，因为平时空载，所以允许短时的停电，因此在更换过程中不再对合闸电源进行说明，停用各馈线重合闸就可以了。
2）要保证电力设备的安全运行，控制、保护电源及信号电源至关重要，绝不允许中断。因此，主要对控制电源进行情况说明。对原有直流系统馈线网络进行认真的核查后，才能制定更换方案，总体的更换方法是：利用临时系统转接负载来搭建一个简易的临时直流系统，如图1所示。用临时电缆将馈线支路直流，是由这条支路的受电侧电源接入点而引至空气开关的下侧。此时，就相当于把原来的直流电源引至空气开关的下方向。在它具体的实施方法上面临以下两个方案：①先把原来的直流系统断掉，然后把上图中的空气开关和上，这样做的有利之处是两套直流系统间的转换过程简单化。虽然在这种转换过程比较快，但是瞬间的变化直流电压，很容易产生一些严重的后果，例如：电源插件损坏、保护装置误发信号等。为了避免这些问题要提前申请退出全站的保护出口压板，等到直流系统转换完成后再恢复压板，而且必须在新的直流系统安装调试完成后，再重复一次上述的过程，然后拆除临时直流电源。这样至少需要2h左右的操作过程，这是不能允许的，因为在这段时间内，就相当于变电站在没有保护的情况下运行。②首先把空气开关闭合，把临时直流电源合并入系统拆去原来的直流电源，等新的直流屏安装和调试完成后，然后重复以上的方法拆掉临时直流系统就可以。这样做的缺点在于容易导致不同直流系统间产生压差，而且因为蓄电池的内阻较小致使容易产生较大的环流。同时这样做也有很多优点：第一，确保了在更换直流的过程中可以保持对外的直流供电；第二，更换过程中避免了对保护设施压板的操作，所以选用这种方法。避免产生环流，可以调整临时直流系统的电压来把两套直流系统间的电压差缩小，并缩短两套直流系统并联时间，这样就把环流的影响降到了最低程度。
根据上面成功的实验方案，制定了下面直流屏更换“旧直流屏一临时直流电源系统一新直流屏”供电转换施工方法：用临时充电机和电池组搭建一个临时的系统，将直流馈供支路转到临时直流系统空气开关下面；在临时直流系统中引出一组直流电源，然后接到空气开关上方，再把原直流系统的充电机停止使用；切断原来直流屏的馈供支路并合上临时充电机的交流输入电源，合并空气开关，这样负载转到临时直流电源供电；这样使临时直流系统工作正常；切断旧直流屏交流输入电源拆除旧直流屏；新直流屏回到原来的位置，然后安装电池，连线接交流，并调试正常；重复上述方法，就可以把负载接入新的直流屏；核对检查一下各馈供支路极性是否正确，新屏是否运行正常。变电站直流系统改造注意事项
1）事先熟悉现场直流系统设备实际接线图纸、负荷电缆出线走向，核实原直流接线合闸正母线与控制母线是正极还是负极共用，仔细查看工作地点与其他设备运行是否相互联系。
2）更换前，需要对作为临时系统的蓄电池组进行仔细检查，将电池组充好电，测量其输出电压是否满足要求，以保证临时供电系统的可靠性。直流系统大多采用辐射型供电，负载线路多，在切改过程中为了防止出现漏倒的现象，要求我们提前做好负载线路的标识工作，将出线名称与电缆一一对应清楚，并标识明确。
3）临时接线时考虑引线截面，各连接头接触良好、牢固。由于一般的临时充电机只有一路交流电源输入，这样为了不让失去交流电带来的一些问题发生，在更换之前就应对站用低压备用电源自动投入功能进行检查试验。
4）电池容量选择和模块的配置。首先电池容量在选择时要进行直流负荷的整理统计，直流负荷按性质通常分为经常负荷、冲击负荷、事故负荷。经常负荷的作用是保护、控制、自动装置及通信的设置。冲击负荷是指极在短时间内，增加大电流负荷。冲击负荷是指在瞬间时间内来增加的大电流负荷，例如合闸操作、断路器分等。事故负荷是指在停电后，必须采用直流系统供电的负荷，比如：通信设置、UPS等。针对以上三种直流负荷统计分析，就可以把事故状态下的直流放电容量整理计算出。一般直流系统的蓄电池（220kV的变电站）要选用两组电池的容量是150AH～200AH。直流系统的蓄电池（110kV的变电站）要选择一组电池容量是100AH～150AH。直流系统的蓄电池（35kV的变电站）要选择一组电池容量是50AH～100AH。模块数量的配置是要全部模块出额定电流总值要大于或等于最大经常负荷加蓄电池充电电流。例如：100AH的蓄电池组，它的充电电流是0.1c100=10A，在没有计算经常负荷时，选用两台额定电流5A电流的模块就可以满足对蓄电池的充电，要实现N+1冗余总共选择3台5A模块。
5）尽量避免在更换过程中对变电站设备进行遥控分、合闸操作。如必须操作，只能在变电站手动分、合闸。更换过程中密切监视直流系统电压情况。
6）直流系统改造过程中为了确保设备及人身的安全，旧直流屏不能带电移出，所以在拆除旧直流屏前应确保设备不带电。结束语
通过对变电站直流系统改造及对显示模块、告警模块、手动调压、控制方式等方面的测试，各个部分的操作和功能都得到了改善，满足相关技术要求，且蓄电池组放电容量充足，池电压均衡、平稳。改造后的直流系统满足变电站设备对直流系统可靠性、安全性、稳定性等方面的要求。为保证五常变设备的安全运行起到至关重要的作用。
参考文献
[1]贺海仓,朱军.变电站直流系统配置应注意的几个问题[J].铝加工,2011,1.[2]黄振强,林品凤.110kV变电站直流系统剖析[J].电力学报,2010,6.
第三篇：超级电容在变电站直流系统中的应用
超级电容在变电站直流系统中的应用
2010-5-29 19:10:00 来源：
1、当前变电站直流屏存在的问题
在我国110kv、35kv、10kv终端变电站，以及厂用6kv配电系统，广泛采用了蓄电池直流屏和硅整流电容储能直流屏、作为操作、控制以及保护的电源。几十年来，较多的产品在运行中存在以下问题：
1.1镉镍蓄电池直流屏
直流母线输出220v时，一般由180只蓄电池组成。蓄电池在加工生产中不可能做到每只电池的充放电特性完全一致，虽然生产厂家在出厂时进行了匹配组合，到了用户手中就没有挑选的余地了。在使用中，用同一个充电电源，又向同一负荷放电，久而久之，个别电池由于特性差别越来越大，而影响整个装置的性能。
镉镍蓄电池在运行中，长期处于浮充状态，充电机性能的好坏，直接影响电池的寿命。一般厂家承诺电池寿命大于10年，但在实际运用中，往往只有3～5年。这是因为，如果浮充电流过大，会使电解液中的水电解成氢和氧，这两种气体混合是危险的爆炸气体，如果通风不良，有资料介绍，某无人值班变电站，曾发生直流屏爆炸的事故。
过充电还会使电池冒液。在电池外表及连接片上产生墨绿色氧化物，腐蚀构件，降低绝缘，使自放电增加。过充还会产生氧化还原反应，在负极板上生成氧化镉，减少极板有效面积，容量减小，这就是俗称的“记忆”效应。为了保持电池的容量，每年需对蓄电池进行1～2次的“活化”试验，试验必须按生产厂家规定的标准制度进行充放电，才能保证电池的有效率。作为使用维护者来说，是一个令人头痛的事情。由于镉镍电池有较硬的放电特性曲线，放电量达到80%时，电压下降也不明显。稍有疏忽，会造成电池过放电，出现极性反转而报废。由于直流屏是变电站设备中的重中之重，直接影响到变电站的安全运行。在“安全工作重于泰山”的环境下，很多单位都将直流屏列入日常必检项目进行考核。
1.2密封铅酸蓄电池直流屏：
由于镉镍蓄电池维护量大，一种免维护密封铅酸蓄电池，简称阀控蓄电池或vrla电池，开始得到广泛应用。因为是全密封电池，无须加水，这给维护带来很多好处的同时，也给观测和维护带来困难。“免维护”这一名词又给使用者带来认识上的误区，导致使用者放松对蓄电池的日常维护管理。由于阀控蓄电池在我国问世只有十年左右，至今还没有成熟的制造、运行经验。去年在深圳召开的evc会议，汇集国内蓄电池有关使用、制造的专家，总结了国内阀控蓄电池的制造、运行方面的经验，达成如下共识：
（1）阀控蓄电池的寿命：
厂家说明书将蓄电池的寿命标注为10、15、20年，是过分夸大了。无论进口、国产电池，实际使用后都证实了这一点。因而在说明书上标称5年比较适当；对于胶体蓄电池，如德国阳光、银彬方可用十年以上。另外厂家说明书上标注的寿命是有前提的，要在规定的运行温度，标准的充放电方式[包括负载大小] 下运行，实际上这些条件，只有在实验室才能达到。
（2）影响阀控蓄电池寿命主要有如下几个因素：
a.阀控蓄电池寿命对温度十分敏感
生产厂家要求电池运行环境温为15℃－25℃，当环境温度超过25℃后，每升高10℃电池寿命就要缩短一半，例如：对5年期寿命的电池，当环境温度为35℃时，实际寿命只有2.5年，如果再升高10℃达到45℃时，其寿命只有约1.25年了。对于处在广大的华中、华南地区来说，全年平均气温超过25℃的时间将长达3个多月，加上安装阀控蓄电池的配电室，为防小动物入室，门窗都比较封闭，室内温度还要升高，对蓄电池的运行极为不利。
b.过度放电：蓄电池被过度放电是影响蓄电池使用寿命的另一重要因素。这种情况主要发生在交流停电或充电模块损坏后，蓄电池组为负载供电期间。当蓄电池被过度放电到输出电压为零时，会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸付到电池的阴极表面，形成电池阴极的“硫酸盐化”。由于硫酸铅本身是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充、放电性能产生不好的影响。因此，在阴极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的充、放电性能就越差，其使用寿命就越短。
（3）板栅的腐蚀与增长:.板栅腐蚀是影响蓄电池使用寿命的重要原因。在开路状态下，铅合金与活性二氧化铅直接接触，而且共同浸在硫酸溶液中，它们各自与溶液建立不同的平衡电极电位。正极栅板不断溶解，特别是在过充电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，h+增加，从而导致正极附近酸度增高，反栅腐蚀加速，如果电池使用不当，长期处于过充电状态，那么电池的栅板就会变薄，容量降低，会缩短使用寿命。
（4）浮充电状态对蓄电池使用寿命的影响：目前，蓄电池大多数都处于长期的浮充电状态下，只充电，不放电，这种工作状态极不合理。大量运行统计资料表明，这样会造成蓄电池的阳极极板钝化，使蓄电池内阻急剧增大，使蓄电池的实际容量（ah）远远低于其标准容量，从而导致蓄电池所能提供的实际后备供电时间大大缩短，减少其使用寿命。
（5）失水：
蓄电池失水也是影响其使用寿命的因素之一，蓄电池失水会导致电解液比重增加，电池栅板的腐蚀，使蓄电池的活性物质减少，从而使蓄电池的容量降低而导致其使用寿命减少。当失水5.5％时，容量降到75％；失水达到25％时，容量基本消失。
1.3电解电容储能直流屏
二十世纪60-70年代，由于电解电容储能直流系统，投资小，维护量小，在110kv以下小型变电站得到广泛的应用。经过多年的运行暴露出一个致命的缺陷：由于储能电容的容量只有数千微法，事故分闸的可靠性差。在全国范围内造成多起事故。目前，这类直流系统面临更新改造阶段。2.超级电容用于直流屏的有关实验
超级电容器是一种专门用于储能的特种电容，实现了电容量由微法向法拉级的飞跃，是一种理想的大功率物理电源。它不需要任何维护和保养，寿命长达10年以上，用它来代替老式电容储能硅整流直流屏，和蓄电池将产生革命性的进步。
2.1、用超级电容对断路器合闸的试验：
实验地点：武汉市白沙洲水厂变电站 615柜.高压断路器型号kyn—10—10ⅱ型
额定电压：10kv，额定电流：1000a 操作机构型号cd—10ⅱ。合闸电压直流220v，电流100a。
试验方法：模拟正常方式合闸，按下合闸接钮，记录合闸次数和电容端电压，见下列：
合闸次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
电容端电压v 245 240 235 230 225 220 215 210 203 197 190
共合闸15次，每次都合闸成功，考虑到从第9次开始电容端电压已降至额定电压-10%以下，可靠性变差，合闸速度变慢，剔除不算，因而可作如下结论：
电容充电至+10%额定电压时，可对cd—ⅱ型电磁机构可靠合闸大于8次，每次合闸使电容端电压下降5v。
2.2超级电容充电时间测试：
超级电容的初充电，如不加限流电阻，相当于发生短路。生产厂家推荐使用1000w碘钨灯作限流电阻，其冷态电阻较热态电阻小近10倍，符合电容电压上升后宜减小限流电阻的要求。以下试验数据均是串入1000w碘钨灯实测的数据。
用变电站直流电源充电：
时间（秒）0 30 45 55 60 80 120 180 充电电流（a）4.5 3 2.5 2 1.8 1 0.2 0.05
2.3 超级电容自放电测试
将超级电容充至242v后，与负载完全脱离，隔日同一时间测量电容端电压记录如下:
时间 6月24日 6月25日 6月26日 6月27日 6月28日
电容端电压v 260 233 212 194 178.6 δv/h 1.12 0.88 0.74 0.645
注：δv/h为电容端电压下降速度，用下降电压变化量除以小时。
小节：端电压下降速度与是否经过浮充有关，未经浮充开始几个小时达2～3v/h，既每小时下降2～3v，经过浮充半小时以后，自放电速度明显变缓，可能是电容内部电荷来不及分布均匀有关。在正常运用时，超级电容处在长期浮充状态，完全断开负载后可维持有效电压达3天（72小时）。
2.4带经常性负载的放电试验：
模拟当电网失电后，由电容放电来维持直流母线电压的试验。根据电力工程设计手册中,关于直流系统控制母线电压允许波动范围为85%～110%vn，vn=220v时，电压波动范围为187v～242v。下面是母线电压242v，电容放电至187v时，不同负载的维持时间的实测值。
小节：中小型变电站如将信号灯换成led节能灯后，控制母线电流一般小于2a，将保持30分钟的跳合闸能力。在实际运用中，将配备2只电容,一只为热备用，另一只为冷备用.防止因雷击, 或电力系操作过电压而造成的损坏.可将冷备用一套应急投入.3.超级电容直流屏与蓄电池直流屏的性能对比
（1）无任何种蓄电池都需要配置一套精确的，性能优良的充放电装置。这套装置故障率相对较高，而用超级电容的直流屏可简化这套装置，降低了故障率，使成本下降。
（2）蓄电池过充电、过放电都会缩短使用寿命，而超级电容不存在过充电、过放电的问题，只需限制最高充电电压就行了。
（3）蓄电池有较大的维护量，即便是免维护蓄电池，同样需要维护；而超级电容只需定期检测其容量是否下降就行了，做到了真正意义上的免维护。
（4）蓄电池一旦过放电，要恢复其容量得充电数小时；而超级电容恢复到额定电压，仅需几分钟。单只电容合闸后端电压下降5v，数秒钟即可复原。
（5）电网停电后，直流屏依靠蓄电池放电来维持直流母线电压，电池组的能量毕竟有限。停电时间过长，会使电池的能量放完，如不加限制，必然会导致电池组电压下降到终止电压以下而受损，甚至无法再充电而报废。而超级电容当电网停电后，在带有经常性负荷的情况下仍可保证近千次的跳闸和数百次合闸。这一点对具有综合重合闸装置和备用电源自动投入装置的中小型终端变电站足矣。
如果是母线短路，引起电网电压过低，只要继电保护能正确动作，在短短的几秒钟内，更能可靠的跳闸，事故跳闸后，没有必要维持一定时间的直流供电。当事故处理完毕后，电网恢复供电，在几分钟内，又具有分、合闸能力了。
第四篇：变电站直流系统蓄电池更换改造
******股份有限公司
***分公司****变直流系统蓄电池更换改造
技 术 规 公司生产管理部批准：
分公司审核：
设备管理部审核：
车间审核：
编制：
**********车间2010年12月15日
范
一、说明：
******车间所辖一期直流系统存在如下问题：
*****变电所直流系统有三个：分别是主控室直流系统、**10KV直流系统和**10KV直流系统。直流系统的主要作用是提供本所高压开关的控制和储能电源，同时还为设备提供保护电源，其在整流所的作用非常重要，平时由交流带充电机给蓄电池充电，如果在交流失电的情况下，由直流蓄电池接带全部直流负荷，确保操作和保护动作正常。主控室直流蓄电池电源柜有两组（型号：GZDW43-180×2Ah/220V-2CK1-M），蓄电池规格型号:A412—180,本所投运时已安装。柜内各安装德国阳光蓄电池18节，为免维护铅酸蓄电池，电池容量为180Ah，单节电压为13V，总电压为240V。**10KV和空压10KV直流系统跟主控室一样，不同的是电池容量为100 Ah,电池柜型号为GZDW33-100Ah/220V-2CK1-W, 蓄电池规格型号:A412—100。
经对上述蓄电池充放电检查，发现部分电池性能明显下降，容量已不达标，直接威胁到本变电所的供电安全。咨询设备厂家，回复说蓄电池使用期限已到（7-10年）。
为保障**设备直流系统的供电正常可靠，提高整个**供电的安全稳定性，针对设备（系统）存在的问题，决定进行如下改造：
主控室两组蓄电池更换一组，**10KV和**10KV共两组蓄电池，也更换一组。将性能好的蓄电池拼凑成另一组使用，待多数蓄电池性能下降后再进行更换，以便节省开支。
二、工作环境：
1、海拔2019米；
2、环境温度：主控室室温；
3、平均相对湿度 30 %；
4、强磁场；
三、技术要求及参数：
1、主控室直流系统的两组蓄电池采用相同的规格和型号，两组蓄电池（共36节），更换一组（18节），必须有蓄电池的出厂检验报告及合格证书；
2、**10KV直流系统的两组蓄电池采用相同的规格和型号，两组蓄电池（共36节），更换一组（18节），必须有蓄电池的出厂检验报告及合格证书。
四、设计、制造（购置）、安装、调试、验收标准选用：
1、提供的图纸、技术条件及制造检查合格证，设备说明书。
2、所有设备在安装前均做外观检查，并达到标准要求。
3、所有原材料质量须符合相关国标要求。
4、外包装应明确以下事项： 产品名称、订货编号、发货日期等。
5、其它相关技术标准按国标、部标或行业标准执行。
6、安装完通过试运期后参与验收。
五、资料提供：
1、施工方提供提供蓄电池材料说明书；一式四份
2、施工方提供蓄电池安装维护保养使用说明书，一式四份。
六、供货范围：（施工范围）
1、施工方提供此改造所需的所有材料，由厂家配合分别对主控室的一组蓄电池和**、**10KV直流蓄电池进行拆除更换，将拆下的蓄电池与余下的一组蓄电池进行测试，选择性能好的蓄电池进行拼组。
2、施工范围为：********10KV直流配电室。
第五篇：变电站不停电对直流系统改造
关于变电站不停电对直流系统进行改造的思路
王伟 马军林
甘肃省平凉市平凉供电公司
甘肃平凉
744000
【摘要】直流系统在变电站的运行中起着举足轻重的作用，如何能够在保证变电站正常运行的情况下对直流系统进行改造就显得至关重要，结合以往的工作经验，制定出了“变电站不停电对直流系统进行改造实施方案”。
【关键词】不停电；直流系统；改造
一、引言
近年来，随着经济的迅猛发展和公司售电量指标的不断提高，变电站停电的时间也有了更加严格的限制。然而，由于运行年限太长，部分变电站的直流系统面临着设备老化严重、二次回路绝缘降低等问题，已经成为了变电站安全运行的隐患。对部分老化的直流系统进行改造势在必行。
二、直流系统的重要地位
众所周知，变电站的直流系统是独立的重要操作电源，主要用于开关的控制、继电保护及安全自动装置、信号装置、监控系统、事故照明等的电源，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。因此，适时的对老化严重的直流系统进行改造，不但可以提高设备运行的稳定性，也可以节约日常运行维护的人力、物力资源。
三、不停电对直流系统进行改造实施方案
综上所述，既要对老化的直流系统进行改造，但又不能对变电站进行停电，还要保证设备的正常稳定运行，如何才能做到三者兼得呢？为了解决这个难题，我们根据以往的工作经验摸索出了一套“变电站不停电对直流系统进行改造实施方案”，它既可以同时满足以上三个条件，实施起来也具有可行性和易操作性，具体实施如下：
1.准备阶段：
消耗性材料和工器具准备。2．过渡方案实施阶段：
（1）利用临时直流充电机代替原有直流系统带全站直流负荷。
（2)制作临时直流供电系统，利用直流空气开关制作I、II段分段式供电系统，由临时充电机将电源送至制作的分段式供电系统。
（3）检查变电站直流控制、保护、合闸回路中的联络开关是否在合闸位置。直流馈线屏I段各馈线均应在合闸状态，II段各馈线均应在分闸状态。
（4）临时充电机将直流输出至分段供电系统，测量各段电压均正常后，停用现有直流系统交流电源并退出直流充电系统。将现有直流馈线屏II段各馈线分别拆除转接至临时电源系统；投运接入的临时直流系统II段各空气开关，断开现有直流系统I段各馈线空气开关，先断合闸后断控制，断开空气开关后检查供电正常方可断下一个馈线。拆除现有直流馈线屏直流馈线屏I段各馈线并转接至临时电源系统。
（5）将拆除的电池组放置在一旁重新连线组装起来，并与便携式充电机 并联接入组成一套完整的临时直流系统，系统接线如下图：
为了使本套临时保护装置能够更加完善，我们在该套装置的控制回路中加入了一些简单的保护措施：在其输入交流回路安装了带有辅助接点的空气开关(DK)，用以监视整套装置工作状况；输出回路加装了熔断器(FUSE)用来作为本装置与变电站直流母线之间的直接保护，并且安装了简单的音响回路，若输入回路断开且转换开关(ST)在“投入”位置时(接点1-3导通)将启动电铃(DL)告知运行人员，以便及时查找问题和解决问题。本套装置退出运行时将转换开关(ST)打到“退出”位置(接点1-3断开)、断开空气开关(DK)、取下熔断器(FUSE)即可完成。
3.直流系统屏位拆除及安装阶段：在所有电缆拆除后，将原有直流系统全部屏位拆除，并安装新的直流系统屏位。
4.直流系统蓄电池充放电试验阶段：新的直流系统屏位安装后，且蓄电池及交流电源均已接入即可进行蓄电池充放电工作。充放电采用全容量核对试验，其中充放电试验按照2个轮次计划，若2个轮次试验不满足要求则做第3次，相应工作计划时间顺延。
5.二次电缆接线阶段：在蓄电池放电试验完毕并合格后，方可进行直流系统技改工程装置屏与相关端子箱的二次电缆接线工作，接线前应停用新直流系统充电装置。为了保证接线的正确性，对每根电缆用通灯核对、编号，接线时必须严格按照图纸严禁凭记忆凭经验。接线时先将临时供电I段接线拆除并接入1＃馈线屏，接好后投入运行并测量，各回路均正常依次打开临时供电II段接线，若打线过程出现停电现象应立即回复，待查找回路正常后方可回复工作。打开的临时II段接线接入到直流2＃馈线屏，此时投入直流系统充电装置。
6.直流系统技改工程装置调试、验收阶段：由于是新投运装置，装置调试工作应全面准确；二次回路因为是重新接入，所以应进行回路的完整性检验。试验结束后工作负责人会同工作班成员检查试验记录，应：试验项目齐全；试验数据及结论正确。验收中做到及时发现问题，及时处理问题，确保改造工程质量。
7.安全注意事项：
(1）为保证在所用失电的情况下，不发生全站直流失压，配备一台三相发电机。在所用失电后用发电机待临时充电机，以保证全站直流系统能正常运行。
(2）拆接线过程中线芯是带电的，应将拆除的线芯用绝缘胶布包好。(3）运行人员应加强对全站开关储能情况的检查，以防出现特殊情况影响设备的正常运行。四．结束语
在变电站不停电的情况下对直流系统进行改造，提高了变电站电气运行的安全性，也提高了供电可靠性，满足了电力客户的需求，保障经济社会发展，对于电力企业发展意义重大。参考文献
[1]刘峻，张琴等，甘肃省电力公司直流电源系统管理规范，甘肃
[2]王典伟，顾霓鸿，卓乐友，陈巩等，电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程
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