高可靠性站用不间断闭锁电源装置研发及应用
王袤野 朱李超 周超杰 黄建勇 孟琦斌
摘要：直流闭锁电源装置是安装在变电站中的一个重要装置，为全站一次高压设备的闭锁回路提供电源，对设备及人身安全至关重要。现阶段使用的直流闭锁电源装置无冗余配置，一旦交流失电或内部整流模块出现故障，将导致站内闭锁回路失电，使得设备停复役无法正常进行，影响供电可靠性。鉴于此，研发了一种高可靠性站用不间断闭锁电源装置，可实现闭锁回路不间断输出，并通过研究存量变电站的不间断闭锁电源装置安装方法及现场试验，为相关领域处理闭锁电源问题提供了参考。
关键词：变电站;闭锁电源;不间断;试验应用
0 引言
站内闭锁电源装置为闭锁回路提供电源，是站内设备电气联锁系统的“能量中枢”[1]，其使用时间较长会导致设备老化、本身装置无冗余等[2]，系统内常发生因闭锁电源装置故障无法进行停复役操作的问题，一旦发生此类问题，需申请专人解除五防闭锁或更换闭锁电源装置[3]，无论是哪种方法，都将影响供电可靠性，且存在一定的风险。因此，如何提高闭锁电源装置的可靠性就成为一个亟待解决的问题[4]。
1 站内防误操作系统及闭锁电源装置概况
站内典型防误操作系统由电气五防、机械五防、电磁五防、带电显示器和解锁钥匙智能管理机组成[5]。其中，电气五防、电磁五防、带电显示器均由闭锁电源装置提供电源[6]。图1为典型电容器组成套柜闭锁原理图，由图可见，BSM为闭锁母线，当闭锁电源装置出现故障时，将导致无法进行倒闸操作的问题。
目前系统内典型站内闭锁电源装置基本安装在交流屏或直流屏柜内，电源来自交流小母线，设置独立空开，经内部整流后，输出110 V直流供闭锁母线上设备使用。现阶段使用的直流闭锁电源装置存在以下问题：
（1）闭锁电源内部整流模块无冗余配置，一旦故障将导致闭锁电源失电，进而导致闭锁回路失电，相关设备无法操作。这将导致若干后果，如抢修消缺无法继续进行，延误送电时间等。
（2）电源仅来自交流屏出线空开，输入电源单一。若进线空开因故跳闸，将导致闭锁电源失电。
（3）闭锁回路故障为零缺陷管理办法中规定的危急缺陷，原则上处理时间不超过24 h，这给相关人员造成很大的运维压力。
2 不间断闭锁电源装置研发
2.1 装置改进措施
针对目前直流闭锁电源装置存在的若干问题，研制了一款高可靠性站用不间断闭锁电源装置，该装置采用交直流双路输入，由交流屏的交流电源供给交流输入，直流屏独立馈线供给直流输入，在站用交流电正常情况下，直流输入回路处于备用状态，不消耗直流回路功耗，减少了对直流回路运行安全的影响，在交流电失电情况下自动切换直流供电，确保闭锁回路不间断供电。当交流恢复正常供电以后，装置自动切换至交流输入。
改进设施具备以下特点：交直流双电源输入方案，DC直流不间断输出;多重保护方式，使站内设备高压闭锁回路更可靠;主电路以电流型控制双输出式脉冲宽度调制器为核心;运用单端多晶体管正激变流技术、谐振零电压零电流技术;使用MOSFET作为开关执行元件;具备故障发信功能，可接入站内信号屏柜，在装置输出过压、欠压、短路状态下发信，进一步提高可靠性。
2.2 交直流双电源输入方案研究
闭锁电源装置交直流双电源输入方案的施行，除了装置本身技术因素外，还取决于变电站内实际情况能否满足。
图2为变电站内交直流电源典型设计的系统图，图中显示，闭锁电源模块由交流馈线上独立空开供电。研究典型设计发现，直流母线上存在大量备用空开可供使用，同时空开容量也可满足设计要求。因此，通过直流母线上的备用空开为闭锁电源装置供电，可实现交直流双电源输入。
统计辖区内75座35 kV以上变电站，闭锁电源装置典型安装位置只有两种，一种是安装在交流屏上，另一种是安装在直流屏上。这两种安装方式均能实现加装直流输入的功能，从而实现交直流双输入。图3为变电站内闭锁电源装置典型安装位置。
3 现场试验应用
不间断闭锁电源装置前期调研及软硬件研发结束后，笔者选取了一个10 kV开关站进行试验应用。图4为不间断闭锁电源装置现场试验应用场景，由图可见，装置除了交流输入外，还从直流屏备用空开处引入直流输入，万用表测量闭锁母线电压大小符合运行参数要求。
样机安装好后，进行了模拟故障试验，模拟交流失电或整流模块故障状态下的工作情况，试验应用情况如图5所示。其中图5（a）为正常运行状态，可见交流输入指示灯亮，图5（b）为将交流输入开关手动切除后，用以模拟交流输入故障/闭锁电源装置内部整流模块故障，装置自动切换至直流输入，可见图5（b）中直流输入指示灯亮起。经试验验证，该装置达到设计目标，满足站内运行条件，达到不间断为闭锁母线供电的高可靠性要求。
考虑存量变电站全站带电情况，更换不间断闭锁电源装置所需注意步骤及相关事项如下。
更换步骤：（1）断开闭锁电源装置自身开关;（2）拉开各段闭锁电源装置空气总开关;（3）拉开闭锁电源装置进线开关;（4）进行更换。
更换时注意事项：（1）开展现场勘察，开具正确工作票，履行工作许可制度，进行更换工作时实行工作监护制度等;（2）全站设备带电，工作人员工作时正常活动范围不应小于与带电设备的安全距离;（3）做好安全措施，按照安规要求在更换设备的屏柜对面及两侧设备装设遮栏或红白带;（4）由于更换闭锁电源装置会造成站内闭锁电源短暂失去，因此要考虑避开正常倒闸操作时间。
4 结语
本文通过对目前站内防误操作系统及闭锁电源装置的介绍以及对闭锁电源接线方式的分析，总结出目前变电站内普遍采用的闭锁电源装置存在的问题，进而研制了一种高可靠性不间断闭锁电源装置，可实现交直流双输入，闭锁回路不停电输出，保证了倒闸操作的不间断，降低了停电时户数，提高了供电可靠性。另外，本文还对装置样机进行了现场应用，探寻了推广方式，罗列了装置更换方法及注意事项，对相关人员有一定的参考价值。
[参考文献]
[1] 王博.变电站直流电源系统故障诊断的研究[D].保定：華北电力大学，2018.
[2] 金宇，邱凯翔.一种直流系统接地故障排查方法的研究与分析[J].电工电气，2017（6）：21-24.
[3] 李俊.变电站内直流系统设计及其故障研究[D].北京：华北电力大学，2017.
[4] 刘源俊，杜贵平，黎嘉健，等.变电站直流电源系统现状与展望[J].电源学报，2020，18（3）：86-94.
[5] 史雷敏，郭伟伟，郝雁翔，等.双重化配置继电保护的压力闭锁电源问题分析[J].电力系统自动化，2010，34（16）：97-99.
[6] 潘盛.微机五防系统在东莞供电局变电站的应用及探索[D].广州：华南理工大学，2010.
收稿日期：2021-03-29
作者简介：王袤野（1992—），男，安徽淮北人，硕士研究生，工程师，主要从事变电运维自动化工作。
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