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变电站并联智能直流电源系统在高海拔地区应用存在的问题分析

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：曹晓凤

[导读] 本文对采用新型的第三代直流电源系统技术——并联型智能直流电源系统变电站，在高海拔地区的应用存在的相关问题进行了分析。

国网青海省电力公司检修公司曹晓凤青海西宁 810003

摘要：本文对采用新型的第三代直流电源系统技术——并联型智能直流电源系统变电站，在高海拔地区的应用存在的相关问题进行了分析。
关键词：并联型；直流电源；高海拔
        变电站直流电源系统从新中国成立起，共发展了三代，从第一代加水式铅酸蓄电池到第二代密封阀控式铅酸蓄电池均为串联型直流电源系统，第三代并联型智能直流电源系统于2010年提出以来，2014年正式试用，技术逐渐成熟。2020年并联型智能直流电源系统首次应用在高海拔地区青海电网330kV变电站。本文首先介绍了变电站并联智能直流电源系统工作原理，然后根据高海拔地区海拔高、环境温度低、温差大等特殊环境条件，对变电站并联型智能直流电源系统应用过程中存在问题进行分析。
        1 并联智能直流电源系统工作原理
并联智能直流系统主要将直流系统、不间断电源、事故照明功能一体化，由并联蓄电池、并联蓄电池模块、并联蓄电池监控模块、直流采集单元、交流监控单元、绝缘监测仪、UPS装置、事故照明装置、一体化总监控器、馈线检测单元等主要设备组成。其中蓄电池与蓄电池模块同屏安装，核心部件并联电池模块通过将单只蓄电池与匹配的AC/DC充电模块、DC/DC升压模块、智能管理电路等器件集成设计为一体，取代串联型直流电源设计的“充电机+蓄电池组+蓄电池巡检” 装置组合；对蓄电池自动管理，实现自动在线全容量核容，实时监测蓄电池组的端电压，充、放电电流，单节蓄电池电压自动控制均、浮充以及定期维护均充。
        第三代并联智能直流系统，以电力电子成熟技术做基础，进行系统创新，多模块+电池并联冗余方式为应用基础，大大提高了直流系统的运行可靠性，推动智能电网、电源技术发展。
        2 高海拔地区应用存在的问题分析
        2.1 温度低影响蓄电池核容试验
        现场环境温度直接影响阀控式铅酸蓄电池的寿命（最佳温度为20-25℃），环境温度过高或过低对蓄电池的使用寿命影响很大，温度过高过低都会影响电池的使用寿命，温度过低还会导致电池容量下降。蓄电池放电容量与环境温度曲线图如下图1：

        图1 蓄电池放电容量与环境温度曲线图
        在青海电网330kV变电站新建工程项目直流设备安装验收正值冬季，现场环境温度在零下12℃，温差大，现场单体12V阀控式铅酸蓄电池长期处于低温状态，蓄电池极板的活性物质和电解液的活性均降低，当放电后再充电接收能力会变差，若长时间处于低温下，会导致内部结晶，会造成负极活性物质不可逆硫酸盐化，电池放电反应中内部会产生水，最终导致电池容量降低。
面对高海拔地区温度低的特殊环境情况，建议现场施工单位或厂家对现场到货的阀控式铅酸蓄电池环境温度应采取简洁有效专门的标准化措施，将环境温度维持在25℃；或者考虑采用耐受高温、低温、抗爆性好的新型电池。
       2.2 无高海拔额度修正
        目前并联智能直流系统制造厂提供给的产品，说明书备注适用于海拔≤2000m的地区，对超过2000m高海拔地区应用未作出相关说明。
        根据相关规范，当直流充电(AC/DC)装置安装地点海拔大于2000m时（直流变换电DC/DC装置安装地点海拔大于1000m时），应降额使用，宜按照制造厂提供的降额要求或工作海拔每超出100m，自然冷却的装置降额1%使用，强迫冷却的装置降额1.5%使用原则进行修正。
        高海拔地区交流不间断电源系统（UPS）应降容使用，容量修正应符合DL/T 5491《电力工程交流不间断电源系统设计技术规程》5.3.3条规定。当UPS安装地点海拔高度大于1000m，应降容使用，降容系数 Kd如下表1所示：

        海拔高度（m) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
        降容系数(Kd) 1.00 0.95 0.91 0.86 0.82 0.78 0.74 0.70 0.67
        在并联智能直流系统中，AC/DC、DC/DC装置已集成一体设计为并联电池模块，取代了串联型直流电源设计的“充电机+蓄电池组+蓄电池巡检” 装置组合，该规定是否适用于并联智能直流系统还需并联智能直流系统制造厂通过试验进一步验证；现场使用的UPS装置制造厂对高海拔地区应用未作出相关说明，一体化监控装置也未针对UPS降容使用设置相关控制功能。
        针对并联智能直流系统相关直流装置、UPS装置海拔额度修正问题，建议制造厂应根据自身产品进一步通过试验验证确定海拔额度修正相关参数，进一步完善一体化监控装置中高海拔地区使用相关控制功能，确保新技术下的产品在高海拔地区的安全稳定运行。
        2.3 信息上传后台延时长
        并联智能直流系统通讯依旧采用的传统串口RS-485将各装置信息通过通讯管理机集中上传至一体化监控装置，再由一体化监控装置通过网口上传至后台监控系统，现场存在信息上传后台延时超过30s的情况。
查阅相关资料，变电站直流系统信息上传后台延时虽无相关规定数值，但是规定应实时上传相关信息，延时应越短越好。针对信息上传后台延时长的问题，建议应改进的通讯方法、加装通讯加速器、配置直流系统专用交换机逻辑上实现点对点的通讯避免信道冲突等相关办法提高并联智能直流系统信息上传后台效率。
        2.4 通讯网络违规外联风险
       并联智能直流系统能实现自动在线全容量核容试验，待所有模块核容完成转至浮充后，并联电池监控模块背后设置有USB接口，可以插入U 盘，通过并联电池监控装置导出核容试验报告。为了保证电力系统变电站网络不被非法访问及入侵，电力系统装有违规外联监测报警装置，变电站内所有装置备用网口、USB接口必须按规定全部关闭，并联电池监控模块背后插入U 盘导出核容试验报告存在造成通讯网络违规外联的风险。
针对并联电池监控模块背后设置的导出核容试验报告的USB接口，建议应将此接口通讯限制在并联电池监控装置内，与变电站后台及远动装置隔离，避免造成电力系统通讯网络违规外联的风险。
        3结束语
        第三代并联智能直流系统具备的单体电池开路直流电源系统不退出运行、不同生产时间及不同品牌的蓄电池可以混合使用、自动在线全容量核容等优势，其供电可靠性和运维效率将大大高于第二代的串联型直流系统；在高海拔地区的应用存在的问题进一步解决完善后，必将逐步取代串联型直流系统在整个电力系统推广应用。
参考文献：
1、DL/T 728-2000 电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程
2、DL/T 856-2004 电力用直流电源监控装置
3、DL/T 5149—2001 220kV~500 kV变电所计算机监控系统设计技术规程
4、GB/T 19826-2014 电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求
5、DLT 5044-2014 电力工程直流电源系统设计技术规程
作者简介：
曹晓凤（1987—），女，工程师，从事继电保护及自动化专业工作。