一种变电站直流越坑电源的制作方法

本发明属于变送电，具体涉及一种变电站直流越坑电源。

背景技术：

1、当前电力系统的各级变电站大多采用如附图1的结构，外电源s1,s2经过断路器gb1，gb2送到母线g1，g2。g1、g2根据运行需要可通过断路器gb0连接或断开。主变ptm1经过断路器gt1，gl1给母线l1供电；主变ptm2经过断路器gt2，gl2给母线l2供电。母线l1，l2 根据运行需要通过断路器gl0连接或断开。母线l1，l2的电源通过断路器b1……bn，向用户送电。

2、由于电力系统的各元件在运行过程中会发生各类故障，特别是短路故障，若不及时把故障元件从系统中切除，局部故障就会扩大成系统故障造成大面积停电。为及时切除局部故障，电力系统的各变电站都配备了保护系统，当电力系统发生局部故障时，保护装置能及时停电切除故障点，保障其它正常设备继续工作对外供电；如附图1所示，当故障点在出线上f3时，由保护控制单元cpc发出让断路器bn的跳闸命令，从而使断路器bn跳闸，断开故障点f3与系统的连接，把故障点切除。保障其它无故障设备正常运行。每个变电站好像都配备了完美的保护系统，然而而近年来国内外还是发生很多大面积停电事件。考察其原因很多都归结为一种直流电源在正常运行时不能表现出来，但是在系统发生短路故障情况下就会表现出来的潜故障。这种潜故障造成保护控制单元cpc工作电压恶性降低到必须的工作电压以下，使全站保护装置失灵，不能及时切除故障元件，引起事故扩大，造成火烧连营式设备损坏和大面积停电，这种危险的潜故障简称直流电压跳坑。

3、关于直流电压跳坑的描述：如附图1所示，电池组btc保险fu1断开时，保护控制单元ctc的工作电源完全由站用变stv经过整流柜rtc提供，整流柜输出的直流电压完全随着站用变stv的输出的交流电压的变化而成正比例变化；当站用变stv输出电压降低时，输出到保护控制单元cpc的电压也相应降低。按目前标准，当cpc直流工作电压降幅超过额定工作电压的10%时，就不能保证cpc正常工作。cpc的功能是操控站内各电力设备（主要是保护跳闸和各开关停送电）。如图1所示，当f3点短路时，cpc就因工作电压太低而不能发出跳闸指令，或即使发现跳闸指令但断路器bn因操作电压太低而不能跳闸断电切除故障，造成事故扩大甚至火烧连营。

4、直流电压跳坑原因分析：如附图2所示，是在图1中保险丝fu1断开或其它原因电池组失灵时，因保护控制单元cpc的直流工作电压是经过站用变stv输出的交流电压整流后直接供给cpc的。因此cpc的工作电压v将随着站用变stv的交流输出电压变化而做实时变化。当系统发生短路故障时，站用变stv的输出电压将随着短路点与stv的电气距离的变化而变化，短路点距离stv越近，stv输出的交流电压越低，因而由stv输出电压整流后直接送到cpc的直流工作电压也越低。cpc的工作电压分为三个等级，第1个等级是系统正常工作的额定电压，第二等级是断路器正常跳闸所需的最低电压，第三等级是保护装置正常工作所必须的最低电压。

5、以下以短路点f距stv电气距离远近不同分三种情况分析直流电压跳坑的情形，同时参照附图1，附图2。

6、第一种情况：短路点f离stv足够远

7、如附图1假设事故点f距stv很远，当事故发生时，因stv电压降低导致cpc工作电压按图2的f-a1-b1-c1规律变化，因cpc的工作电压虽然降低一些，但不影响cpc内各种设备的正常工作，保护装置仍能在a1点正常发出跳闸指令，断路器操控机构仍然能正常跳闸，断路器在b1点跳闸后，短路点从电力系统断开，stv电压按b1-c1方向恢复正常。

8、第二种情况:短路点f距stv不太远

9、这种情况下，cpc的工作电压按（f-a2-b2-c2-d2-e2-f2）规律变化，此时因cpc的工作电压下降到断路器跳闸必须的工作电压以下，但还保持在保护装置必须的工作电压以上，这时虽然保护装置仍能正常发现跳闸指令，并报出保护动作信号，但是由于cpc工作电压低于断路器跳闸要求的电压，因此本站内断路器不能跳闸，保护装置发出断路器跳闸失败的信号，由于本站不能跳闸切除故障点，经过较长延时后引起上级变电站越级跳闸，造成更大范围的设备损坏和停电，如图2所示是这种类型的潜故障造成的一例火烧连营事件。

10、第三情况：短路点离stv特别近，此时cpc工作电压下降到保护装置工作电压和断路器跳闸电压以下，这时保护装置不能发出跳闸指令和报出信号，断路器更不能跳闸，cpc工作电压按（f-a3-b3-d2-e2-f2）规律变化。

11、综合各种情况，在电池组失灵的情况下，电力系统发生短路故障，都会造成站内cpc直流电压曲线出现一个如附图2所示的坑。当这种坑的深度跌破断路器跳闸电压时，就造成变电站保护失灵，即触发直流电压跳坑的潜故障。

12、直流电压跳坑的根本原因是电池组在事故状态下未能有效向直流母线提供合格电压，具体有以下几种情形：

13、1.直流母线上电池组超期服役，电池组性能劣化，输出电压低于断路器跳闸电压。

14、2.电池组与直流母线之间的熔断器已熔断或损坏未被及时发现。

15、3.电池组在试验或检修状态下，需要与直流母线断开连接。

16、4.直流电池组断开与母线连接进行检修（如更换某个不合格电池）检修作业完成后未恢复与直流母线的连接。

17、其中第3条，电池组在检修或试验过程中，断开与直流母线的连接，此时若变电站近处出现短路事故，则直流电压一定出现跳坑现象，而用一个便携式备用电池组，在工作用电池组检修时，临时替换工作电池组工作，在目前情况下也不现实，原因如下：

18、为了变电站交流电源失电时，提供较长时间的事故照明和断路器操控电源，当前变电站直流母线上的电池组共由18节12v电池组成，重量600kg以上，体积为一个标准控制柜。按目前技术水平和工艺条件没法做成便携式，但是电池组又对变电站安全运行至关重要，因此需经常进行养护或维修，且大多这样的养护需要将电池组从直流母线上断开连接来进行。（如目前需要定期进行的电池组核容放电工作，每次至少要断开连接6小时以上）这就造成了电力系统一个巨大的安全隐患，就是电池组因正常养护或检修过程中cpc保护控制柜直流电压在系统正常运行时也保持正常，而在近母线短路故障发生时，stv电压严重下降到断路器跳闸必须的电压以下时，变电站内cpc内的保护控制设备都会因工作电压太低而失灵，造成严重事故。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种变电站直流越坑电源。以超级电容为核心提供一种便携式储电装置，其具有体积小，重量轻，方便携带的特点，在变电站发生短路事故状态时，能持续向直流母线提供工作电压，从而避免变电站内cpc的保护控制设备因工作电压太低而失灵。

2、本发明的目的是这样实现的：一种变电站直流越坑电源，它的内部设置有以超级电容c为核心的充放电电路，所述充放电电路包括有合闸母线+hm、合闸母线-hm和超级电容放电总线chm，所述合闸母线+hm上设置有第一接点、第三接点、第五接点、第七接点和第九接点，所述合闸母线-hm上设置有第二接点、第四接点、第六接点、第八接点和第十接点，所述超级电容放电总线chm上设置有第十一接点、第十三接点、第十五接点和第十七接点；

3、电压继电器k3第二个常开接点k3_2的第一端连接合闸母线+hm上的第一接点，电压继电器k3第二个常开接点k3_2的第二端连接指示灯ld1的第一端，指示灯ld1的第二端连接合闸母线-hm上的第二接点；

4、电阻r1的第一端连接合闸母线+hm上的第三接点，电阻r1的第二端连接电阻r2的第一端，电阻r2的第二端连接电阻r3的第一端，电阻r3的第二端连接二极管d1的第1端，二极管d1的第二端连接超级电容放电总线chm上的第十一接点，超级电容放电总线chm上的第十一接点连接超级电容c的第一端，超级电容c的第二端连接合闸母线-hm上的第四接点；

5、电压继电器k1的接点k1的第一端连接合闸母线+hm上的第五接点，电压继电器k1的接点k1的第二端连接电阻r2的第一端；电压继电器k2的接点k2的第一端连接合闸母线+hm上的第七接点，电压继电器k2的接点k2的第二端连接电阻r3的第一端；

6、电压继电器k3的接点k3_1的第一端连接合闸母线+hm上的第九接点，电器继电器k3的接点k3_1的第二端连接二极管d2的第二端，二极管d2的第一端连接超级电容放电总线chm上的第十七接点；

7、电压继电器k1线圈的第一端连接超级电容放电总线chm上的第十三接点，电压继电器k1线圈的第二端连接合闸母线-hm上的第六接点；电压继电器k2线圈的第一端连接超级电容放电总线chm上的第十五接点，电压继电器k2线圈的第二端连接合闸母线-hm上的第八接点；电压继电器k3线圈的第一端连接超级电容放电总线chm上的第十七接点，电压继电器k3线圈的第二端连接合闸母线-hm上的第十接点。

8、所述变电站直流越坑电源可向直流母线提供提供15秒最大负荷的工作电压，其全部重量在10kg以下，尺寸在550mmx600mm以下。

9、所述电阻r1、所述电阻r2和所述电阻r3的阻值均为20ω。

10、所述电压继电器k1、所述电压继电器k2和所述电压继电器k3的额定工作电压均为250v。

11、所述二极管d1和所述二极管d2型号相同，其额定电流均为10a。

12、所述超级电容c的容量为20f，工作电压为250v，其充电电流不大于4a。

13、所述变电站直流越坑电源上设置连接端口a和连接端口b，所述连接端口a与所述充放电电路的合闸母线+hm相连接，所述连接端口b与所述充放电电路的合闸母线-hm相连接，所述变电站直流越坑电源可通过其上的连接端口a和连接端口b与变电站合闸母线相连接。

14、本发明的有益效果：本发明的一种变电站直流越坑电源，其内部设置有以超级电容c为核心的充放电电路，所述充放电电路包括有合闸母线+hm、合闸母线-hm和超级电容放电总线chm，当本电路接入合闸母线时，合闸母线通过（+hm→r1→r2→r3→d1→c→-hm）回路给电容c充电；当电容c两端电压充到80v时，继电器k1动作，此时，合闸母线通过（+hm →r2→r3→d1）回路给电容c充电；当电容c两端电压充到160v时，k2动作，合闸母线通过（+hm→r3→d1）回路给电容c充电；当电容两端电压充到220v时，电压继电器k3动作，接通电容c向母线放电，回路接通指标灯ld1，告知操作者电容已充充分，可以断开电池组进行维护了，此时该装置已完全代替电池组工作，保障电力系统发生短路故障，站用变stv失电时所有保护装置可正常工作；本发明的一种变电站直流越坑电源，通过以时间换空间、以时间换重量的方式，以超级电容为核心提供一种便携式储电装置，其具有体积小，重量轻，方便携带的特点，在变电站发生短路事故状态时，能持续向直流母线提供工作电压，从而避免变电站内cpc的保护控制设备因工作电压太低而失灵。