CN106849298B - 用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站的站用电源，特别是一种用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块，其结构要点在于，包括有交流电源模块和直流电源模块，二者均能够插接在分布于屏柜顶部的交流母线；交流电源模块为其负载提供了整流逆变、交流旁路、蓄电池逆变三路交流热备用输出；直流电源模块为其负载提供了整流升压、蓄电池升压两路交流热备用输出；预制舱中的屏柜根据其供电需求选择交流电源模块或者直流电源模块，并将交流电源模块或者直流电源模块安装在对应的屏柜上部，与交流母线连接。本发明优点在于，能够增加二次设备的设计尺寸，节约占地；方便运维，而且大大提高二次系统运行可靠性；蓄电池的利用率大大提高，避免了浪费，降低工程造价。

Description

用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块

技术领域

本发明涉及一种变电站的站用电源，特别是一种用于变电站预制舱的分布式直流电源模块。

背景技术

变电站的站用电源一般由交流电源、直流电源、通信电源、蓄电池组等几个部分组成。在采用预制舱式组合设备的变电站中，变电站的站用电源采用集中成套布置，交直流电源系统屏柜通常布置在二次设备室内，通过电缆辐射供电给户内、户外一二次设备与户外预制舱中的直流分屏，直流分屏再通过电缆辐射式供电给舱内设备。当变电站规模较大、蓄电池容量较大时，站内还需设置独立蓄电池室，集中布置蓄电池组。在110kV变电站中，二次设备室内交直流系统屏柜通常为8~9面屏，每个预制舱内直流分屏通常为1~2面屏。在220kV变电站中，二次设备室内交直流系统屏柜通常为10~14面屏，每个预制舱内直流分屏通常为1~2面屏。然而这种集中供电方式却存在有以下不足之处：

首先，为节约占地，通过设计优化，变电站占地面积在不断减小。然而目前的交直流系统屏柜数量难以缩减，限制了二次设备室尺寸，甚至还须增加蓄电池室，使得变电站的建筑面积、占地面积难以进一步压缩，此问题在城市变电站尤为突出。

其次，传统的直流系统与蓄电池组集中成套布置，蓄电池维护或更换时须整组停运，不仅增加了运维的复杂度，站内所有二次设备同时失去备用直流电源，影响二次系统可靠性。

另外，通常变电站内一次设备不会一次上齐，二期、三期工程往往十余年后竣工。但是为了后期扩建不停电，直流系统须按照终期规模在一期工程中上齐，导致变电站全生命周期过程中蓄电池利用率低。而蓄电池寿命往往只有5~7年使用寿命，蓄电池即使低负载也须定期更换、浪费严重。

最后，交直流系统集中设置，通过电缆为全站设备辐射式供电。当直流系统故障时，会导致全站保护设备失电，安全隐患严重，二次系统可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够有效节约占地、确保二次系统运行可靠性、不浪费蓄电池资源的用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块。

本发明的目的是通过以下途径来实现的：

用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块，其结构要点在于，包括有交流电源模块和直流电源模块，二者均能够插接在分布于屏柜顶部的交流母线；所述的直流电源模块包括交流电源模块，有交流进线开关、交直流转换子模块、蓄电池单元和直流升压子模块；交流进线开关一端连接交流母线，另一端接入交直流转换子模块，交直流转换子模块的输出端连接直流输出母线，而直流输出母线一方面通过模拟开关连接蓄电池单元，另一方面接入直流升压子模块，直流升压子模块通过直流出线开关接入屏柜供电；

所述交流电源模块包括有交流进线开关、交流转直流子模块、蓄电池单元、交流旁路开关和直流转交流子模块；交流进线开关的进线端连接交流母线，出线端接入交流转直流子模块，交流转直流子模块的输出端连接直流输出母线，而直流输出母线的输出端通过模拟开关连接蓄电池单元，另一输出端接入直流转交流子模块，直流转交流子模块通过交流出线开关接入屏柜供电用交流输出母线；交流进线开关的进线端还通过交流旁路开关连接到交流输出母线；

预制舱中的屏柜根据其供电需求选择交流电源模块或者直流电源模块，并将交流电源模块或者直流电源模块安装在对应的屏柜上部，与交流母线连接。

所述交流母线为220V交流电源，一般指交流市电。在直流电源模块中，通过交流进线开关接入交直流转换子模块（AC/DC子模块），整流为12V直流电源接入直流输出母线，一方面为蓄电池单元浮充电；另一方面接入直流升压子模块（DC/DC升压子模块），通过DC/DC升压子模块输出220V直流电源，最后再通过内置直流出线开关输出至柜内负载。当交流进线失去电压时，则交流进线开关断开，蓄电池单元开始放电，经由直流输出母线连接到DC/DC升压子模块，通过DC/DC子模块输出220V直流电源为柜内负载供电。由工作原理可见，直流电源模块为其负载提供了整流升压、蓄电池升压两路交流热备用输出，可靠性大为提高；柜内可根据设备需要配置两套直流电源模块，进一步提高可靠性。

在交流电源模块中，通过交流进线开关接入交流转直流子模块（AC/DC子模块），整流为12V直流电源接入直流输出母线，一方面为蓄电池单元浮充电；另一方面接入直流转交流子模块（DC/AC子模块），通过DC/AC子模块逆变为220V交流电源，最后再通过内置交流出线开关输出至柜内负载。当某个子模块故障时，断开交流进线开关和交流出线开关，合上交流旁路开关，此时二次屏柜内各装置由柜顶交流母线（市电）直接供电；当交流进线失去电压时，则交流进线开关断开，或者交流旁路开关断开，蓄电池单元开始放电，经由直流输出母线连接到DC/AC子模块，通过DC/AC子模块输出220V交流电源为柜内负载供电，若是蓄电池单元故障或者需要检测维护，则断开模拟开关。由工作原理可见，交流电源模块为其负载提供了整流逆变、交流旁路、蓄电池逆变三路交流热备用输出，可靠性大为提高。

这样，将整个预制舱原来集中于交直流屏柜的电源拆分成若干电源模块，根据预制舱中的需要，选择交流电源模块或者是直流电源模块，分布式地安装到对应需要的屏柜上方，有效利用了预制舱的垂直空间，由此省略了预制舱中的交直流屏柜，能够增加二次设备的设计尺寸，节约占地；另外，取消蓄电池室，将蓄电池室分成多个蓄电池单元，并结合到对应的电源模块中，一旦出现蓄电池单元故障，也只需要停运其对应的屏柜即可，不至于使得站内的二次设备都失去备用直流电源，而且不论是直流或者是交流电源模块均独立运行，分散布置，某一电源模块的故障或者检修都不会影响到其他模块的运行，因此不仅方便运维，而且大大提高二次系统运行可靠性；最后，直流系统可以根据二次设备的工期的需求逐步配置，无需一次到位，因此蓄电池的利用率大大提高，避免了浪费，降低工程造价。

本发明可以进一步具体为：

所述直流电源模块还包括有控制器、I/V转换器和电流互感器，I/V转换器为电压采集器，I/V转换器和电流互感器均安装于交流进线开关的进线端，而控制器的数据采集端分别连接I/V转换器、电流互感器和蓄电池单元，控制器的控制端分别连接交流进线开关、直流出线开关和模拟开关。

在直流电源模块中，控制器根据I/V转换器、电流互感器和蓄电池单元提供的电压和电流信号进行监测，当控制器监测到交流进线失去电压时，则控制交流进线开关断开。当控制器监测到某个蓄电池故障时，控制相应的模拟开关断开，等待更换电池。当控制器监测到某个子模块故障时，控制交流进线开关与出线开关断开，上传告警信号给变电站监控系统后台。

所述的交流电源模块还包括有控制单元、I/V转换器和电流互感器，I/V转换器为电压采集器，I/V转换器安装于交流进线开关的进线端，电流互感器有两个，其一安装于交流旁路开关的进线端，另一个安装于交流输出母线的供电端，而控制单元的数据采集端分别连接I/V转换器、电流互感器、交流转直流子模块、直流转交流子模块和蓄电池单元，控制单元的控制端分别连接模块内的交流进线开关、交流出线开关、交流旁路开关和模拟开关。

在交流电源模块中，控制单元根据I/V转换器、电流互感器、交流转直流子模块、直流转交流子模块和蓄电池单元提供的电压和电流信号进行监测：当控制单元监测到某个子模块故障时，控制交流进线开关与出线开关断开，合上旁路开关，此时二次屏柜内各装置由柜顶交流母线直接供电。当控制单元监测到交流进线失去电压时，则控制交流进线开关断开；或者旁路工作时，断开交流旁路开关，合上交流出线开关，此时，蓄电池开始放电，通过DC/AC子模块逆变输出220V交流电源为柜内负载供电。当控制单元监测到某个蓄电池故障时，控制相应的模拟开关断开，等待更换电池。

综上所述，本发明提供了一种用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块，将整个预制舱原来集中于交直流屏柜的电源拆分成若干交流电源模块和直流电源模块，然后根据预制舱中的需要，分布式地安装到需要直流电源的屏柜上部。而所述的直流电源模块为其负载提供了整流升压、蓄电池升压两路交流热备用输出；所述的交流电源模块为其负载提供了整流逆变、交流旁路、蓄电池逆变三路交流热备用输出。优点在于，能够提高二次设备室空间利用，节约占地；方便运维，而且大大提高二次系统运行可靠性；蓄电池的利用率大大提高，避免了浪费，降低工程造价。

附图说明

图1为本发明所述用于变电站预制舱的分布式直流电源模块的原理结构示意图。

图2为本发明所述用于变电站预制舱的分布式交流电源模块的原理结构示意图。

图3为本发明所述用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块在预制舱屏柜中的结构示意图。图4所示为图3的侧面结构示意图。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

具体实施方式

最佳实施例：

用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块，包括有交流电源模块和直流电源模块，二者均能够插接在分布于屏柜顶部的交流母线，如图4所示。

参照附图1，直流电源模块包括有交流进线开关AK、交直流转换子模块（AC/DC子模块）、蓄电池单元和直流升压子模块（DC/DC子模块）；交流进线开关AK接入端连接交流市电AC220母线，输出端接入AC/DC子模块，AC/DC子模块的输出端连接模块内直流输出母线（DC12V母线），而DC12V母线一方面通过模拟开关MK连接蓄电池单元，另一方面接入直流升压子模块（DC/DC子模块），DC/DC子模块通过直流出线开关DK接入屏柜供电。

为了提高运行效率，在直流电源模块内设置有控制器和电量采集单元，电量采集单元包括有I/V转换器和电流互感器CT，I/V转换器（电流/电压转换器）安装在交流进线开关AK的接入端，电流互感器CT有两个，分别安装在交流进线开关AK的接入端和直流出线开关DK的输出端。控制器与模块内的各个部件连接见图1所示的虚线部分，其中与AK、DK和MK的连接为控制输出，其他均为数据监测采集，当控制器监测到交流进线失去电压时，则控制交流进线开关断开。当控制器监测到某个蓄电池故障时，控制相应的模拟开关断开，等待更换电池。当控制器监测到某个子模块故障时，控制交流进线开关与出线开关断开，上传告警信号给变电站监控系统后台。

参照附图2，交流电源模块，包括有交流进线开关K1、交流转直流子模块（AC/DC子模块）、蓄电池单元、交流旁路开关K2和直流转交流子模块（DC/AC子模块）；蓄电池单元包括有若干蓄电池1...n；交流进线开关K1的进线端连接交流市电（AC220V输入），出线端接入AC/DC子模块，AC/DC子模块的输出端连接模块内12V直流输出母线DM，而直流输出母线DM的输出端通过模拟开关MK连接蓄电池单元，另一输出端接入DC/AC子模块，DC/AC子模块通过交流出线开关K3接入屏柜供电用的220V交流输出母线AM；交流进线开关K1的进线端还通过交流旁路开关K2连接到交流输出母线AM。

为了提高运行效率，在交流电源模块内设置有控制单元和电量采集单元，电量采集单元包括有I/V转换器和电流互感器CT，I/V转换器（电流/电压转换器）安装在交流旁路开关K2或者交流进线开关K1的接入端，电流互感器CT有两个，分别安装在交流旁路开关K2的接入端（位于旁路支线中）和交流输出母线AM的供电端。控制单元与模块内的各个部件连接见图2所示的虚线部分，其中与各个开关，包括K1、K2、K3和MK的连接为控制输出，其他均为数据监测采集。当控制单元监测到某个子模块故障时，控制交流进线开关K1与出线开关K3断开，合上旁路开关K2，此时二次屏柜内各装置由柜顶交流母线直接供电。当控制单元监测到交流进线失去电压时，则控制交流进线开关K1断开；或者旁路工作时，断开交流旁路开关K2，合上交流出线开关K3，此时，蓄电池开始放电，通过DC/AC子模块逆变输出220V交流电源为柜内负载供电。当控制单元监测到某个蓄电池故障时，控制相应的模拟开关MK断开，等待更换电池。并上传告警信号给变电站监控系统后台。

如附图3、4所示，预制舱中每个直流屏柜的上部均安置有所述的直流电源模块，交流市电是沿着柜顶分布的，本实施例中，1个主变间隔有2套保护装置和3套测控装置，组两面屏柜，两套保护需要两套独立的220V直流电源，可在保护柜上部布置2套直流电源模块（A，B），分别为两套主变保护供电。3套测控装置可共用1套220V直流电源，可在测控柜上部布置1套直流电源模块，同时为3台测控装置供电，考虑保护可靠性与负载，可在柜上部布置2套直流电源模块（1,2），输出端并联，为3台装置供电。2套直流电源模块互为备用，一套检修，不影响柜内设备运行，提高可靠性。

同样的，预制舱中每个交流屏柜的上部均安置有所述的交流电源模块，本实施例中，1个服务器柜内有2台服务器和4台交换机，可共用1套220V交流电源，在服务器柜上部布置1套交流电源模块，同时为柜内所有装置供电。所述交流电源模块可以直接插接在市电的交流母线排上。

本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (3)

1.用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块，其特征在于，包括有交流电源模块和直流电源模块，二者均能够插接在分布于屏柜顶部的交流母线；所述的直流电源模块包括有交流进线开关、交直流转换子模块、蓄电池单元和直流升压子模块；交流进线开关一端连接交流母线，另一端接入交直流转换子模块，交直流转换子模块的输出端连接直流输出母线，而直流输出母线一方面通过模拟开关连接蓄电池单元，另一方面接入直流升压子模块，直流升压子模块通过直流出线开关接入屏柜供电；

所述交流电源模块包括有交流进线开关、交流转直流子模块、蓄电池单元、交流旁路开关和直流转交流子模块；交流进线开关的进线端连接交流母线，出线端接入交流转直流子模块，交流转直流子模块的输出端连接直流输出母线，而直流输出母线的输出端通过模拟开关连接蓄电池单元，另一输出端接入直流转交流子模块，直流转交流子模块通过交流出线开关接入屏柜供电用的交流输出母线；交流进线开关的进线端还通过交流旁路开关连接到交流输出母线；

直流电源模块为其负载提供了整流升压、蓄电池升压两路交流热备用输出，交流电源模块为其负载提供了整流逆变、交流旁路、蓄电池逆变三路交流热备用输出；

预制舱中的屏柜根据其供电需求选择交流电源模块或者直流电源模块，并将交流电源模块或者直流电源模块安装在对应的屏柜上部，与交流母线连接。

2.根据权利要求1所述的用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块，其特征在于，所述直流电源模块还包括有控制器、I/V转换器和电流互感器，I/V转换器为电压采集器，I/V转换器和电流互感器均安装于交流进线开关的进线端，而控制器的数据采集端分别连接I/V转换器、电流互感器和蓄电池单元，控制器的控制端分别连接交流进线开关、直流出线开关和模拟开关。

3.根据权利要求1所述的用于变电站预制舱的分布式交直流电源模块，其特征在于，所述的交流电源模块还包括有控制单元、I/V转换器和电流互感器，I/V转换器为电压采集器，I/V转换器安装于交流进线开关的进线端，电流互感器有两个，其一安装于交流旁路开关的进线端，另一个安装于交流输出母线的供电端，而控制单元的数据采集端分别连接I/V转换器、电流互感器、交流转直流子模块、直流转交流子模块和蓄电池单元，控制单元的控制端分别连接模块内的交流进线开关、交流出线开关、交流旁路开关和模拟开关。

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