浅析矿区35kV变电站直流系统电源保障及系统优化方案的应用关素旗

浅析矿区35kV变电站直流系统电源保障及系统优化方案的应用关素旗

关素旗

（永煤集团安阳鑫龙煤业公司河南安阳455000）

摘要：矿区35kV变电站直流系统原设计由一套直流电源供电，运行设备的操作、控制、监测、信号及继电保护等装置均由直流系统提供工作电源。由于矿区变电站的高压馈电柜不具有手动合闸操作功能，直流系统的电源保障，直接制约着矿井回路馈电柜的合闸操作，与矿井的安全生产密切相关。为确保直流系统可靠供电，在矿区变电站增加一套直流电源保障直流负载供电，并对直流系统进行优化，以提高变电站安全运行水平，确保矿井安全供电。

关键词：直流系统；电源保障；馈电网络优化；安全供电

一、概述

红岭35kV变电站是一所红岭、主焦两对生产矿井供电的矿区变电站，变电站原设计直流系统由一套直流电源供电，接线方式采用单母线接线。直流馈电网络采用分层辐射方式，由直流母线分别向35kV系统馈电柜与6kV系统馈电柜的屏顶小母线、以及在主控室集中组屏的1#、2#主变保护测控屏、公用测控屏的屏顶小母线馈出直流电源，各屏柜的直流负载在就地位置由屏顶小母线接入工作电源（见图1）。

变电站原设计直流系统实际运行过程中暴露出来的缺点有：直流系统一套工作电源供电，当蓄电池组或高频开关充电装置出现故障时，会影响直流系统的正常供电；直流负载的所有出线由直流单母线馈出，当母线出现故障时，会影响全站的直流供电；在任一点发生接地故障时，因所有负载由同一母线供出，会影响整个直流系统，且故障排查工作量大、繁杂，不利于快速恢复系统的正常运行；变电站35kV馈电柜与6kV馈电柜所有断路器均不具有手动合闸操作功能，如直流系统出现故障，则无法进行任何应急送电操作，威胁矿井的安全生产。因此，提高直流系统电源容量冗余度，增加一套直流电源，并对直流系统进行优化，是提高其供电可靠性，保障变电站安全运行与矿井安全生产的可行方案。

二、可行性分析

1、方案可行性分析

变电站直流系统原有的一路直流电源，由一组100AH阀控式蓄电池组与一套电力智能高频开关充电装置组成。在此基础上再采购一组100AH阀控式蓄电池组与一套电力智能高频开关充电装置，形成直流系统二路直流电源。直流母线分成两段运行，变电站所有直流负载分别从直流一路、直流二路两段母线馈出。同时，对直流馈电网络进行改造优化，使两路直流母线互为备用，提高直流系统供电冗余度，防止一套直流电源出现故障，造成全站直流系统失电，威胁全站的设备运行安全。

2、施工安全性分析

因红岭变电站建造在地势较低的位置，为防止雨季洪水对电气设备的威胁，现计划将布置在一楼的主变保护屏、公用测控屏及6kV馈电柜等设备迁移到相邻新建供电楼的二楼。利用红岭变电站这次搬迁改造的机会，在6kV高压馈电柜与主控制室的直流电源与保护、测控设备搬往新所重新就位安装时，可将新增加的一路直流电源与原有的一路直流电源一起组建变电站新的直流系统，完成对变电站的直流系统进行冗余度优化升级，不需要对6kV馈电设备与35kV馈电设备单独停电进行改造。因此，利用变电站设备搬迁施工的机会实施直流系统冗余度优化方案，无影响设备安全运行的弊端，在方案实施上具有安全可行性。

三、方案实施的准备工作

1、技术准备。确定拟新增直流电源的相关技术参数，制定直流系统的优化方案及实施步骤，并根据优化方案绘制出直流系统馈电网络接线图。

2、物资准备。列出采购清单、制定采购计划。在红岭变电站设备搬迁施工前，将采购的直流电源、直流空开及二次线缆等施工耗材运至红岭变电站。

3、人员确定。由负责变电站直流系统维护工作的专业技术人员，承担红岭变电站直流系统优化方案的具体实施，并负责落实方案实施前的各项准备工作。

四、方案实施的主要内容

1、新购一组100AH的蓄电池组与一套电力智能高频开关电源充电装置，与原有设备组成变电站直流系统的两套直流供电电源，使直流系统的蓄电池容量由100AH增加到200AH，直流系统的供电容量增加一倍，提高变电站直流电源供电容量的冗余度。

2、每套电力智能高频开关充电装置的工作电源均采用两路低压380V交流输入，一用一备，由分列运行的1#、2#站用变压器分别供出。在一路交流输入电源失电时，另一备用交流电源可自动投入，为电力智能高频开关充电装置提供可靠的工作电源。

3、两套直流电源各带变电站一半的负载运行，直流系统的母线接线方式由原来的单母线接线方式变为单母分段接线方式。两段直流母线间安装一联络转换开关LK1，当有一套直流电源因故障不能供电时，可合上LK1联络开关，由另一套直流电源向全站负载供电（见图2所示）。

4、对负荷层的屏顶直流小母线进行更换，全部用规格为ZR-BVR6mm2的阻燃型绝缘铜导线替换裸露的铜元小母线，以提高直流系统的绝缘水平。

5、在35kV与6kV馈电柜的屏顶直流母线分段处，各安装一联络开关LK2与LK3。正常工作时，LK2与LK3均在断开位置。当发生直流系统接地故障时，可根据需要分、合联络开关，方便接地故障快速排查。

五、方案实施后取得的效果

红岭变电站的直流系统优化方案实施后，增加了变电站直流系统电源容量的冗余度，使直流负载具有了更加可靠的电源保障，取得到了以下实施效果：

1、变电站的直流系统由两套直流电源供电，直流母线分段运行，从本质上消除了一套直流电源、或一段直流母线发生故障造成全站直流失压，从而影响变电站供电运行安全这一设计缺陷。

2、直流母线分段运行，通过联络开关实现互备，使直流系统的运行方式更加灵活。并且在直流系统发生接地故障的情况下，可采用分段排查法，缩小直流系统停电范围，将接地故障对变电站运行安全的危害降到最低限度。

3、屏顶直流母线采用阻燃型绝缘铜导线，有效防止了导体裸露造成直流短路故障发生的可能性，提升了直流系统的绝缘水平，使变电站的安全水平得到提高。

4、直流系统的冗余度设计，为断路器的操作提供了可靠的直流操作电源，从根本上消除了断路器不具有手动合闸操作功能的不足，为矿井供电提供了可靠保障。

六、结语

直流系统能否可靠供电，决定着变电站各类监测、保护、调控等自动化装置工作的可靠性，影响着变电站供电设备的安全运行。因此，通过对直流系统馈电网络进行优化，增加直流系统电源容量的冗余度，对保障变电站安全运行、确保矿井可靠供电具有重要的现实意义。