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摘要：随着电力行业的发展，各类电力基础设施和电力技术越来越成熟，为国民经济发展提供了很好的支撑，但在某些环节和领域还有深度挖潜的可能，本文所研究的变电站直流系统可靠性课题就是其中之一，变电站直流系统运行质量直接关联着整个电力系统的安全，希望能给专业人士以参考。
关键词：变电站;直流系统;可靠性
引言
电力不管从国民经济发展还是人们生活需要来看，其缺失都是不可想象的。随着近年来社会经济的迅速发展，对于电力的依赖度越来越大，这也对电力安全性和可靠性等指标提出了更高的要求。变电站在整个电力系统中更是发挥着不可或缺的作用，具有电能科学分配、电压的转换以及调节等功能，其安全运营与否对整个电力系统安全稳定发挥着巨大作用。对于变电站的可靠性评估就显得尤其重要。
一、变电站可靠性评估主要区分
一般来说，对于变电站的可靠性评估有两大主要方式方法：一种是模拟法，另一种是解析法。这两种方法适用的环境和条件不同，各具有针对性。模拟法主要适用于求解较为复杂的系统问题，而解析法则适用于解决简单系统的问题，对于元器件较少的尤其适用。本文笔者所研究的直流系统可靠性研究从适用性来看，比较适用于后者，具体解析方法上可以采取最小割集法实施评估，由于直流系统中存在多条供电路径，最小割集法可以对两种或多种常见直流系统变电系统实施评估。
二、影响变电站直流系统可靠性的主要因素
笔者结合多年电力部门工作实践，以云南电网基本情况为研究样本，对可能影响变电站直流系统可靠性的主要因素实施分析。
（一）直流系统改造过程中，需要拆除旧的直流系统充电屏、馈线屏、蓄电池组。安装新的充电屏、馈线屏、蓄电池屏，在拆除过程中，为保证直流系统负荷的不间断供电。需要一个临时的直流电源系统来搭接在馈线屏上，来置换出旧屏，拆除旧屏，安装新的蓄电池及充电屏柜。
（二）按照云南电网有限责任公司《关于印发变电站站用直流电源系统运维管理业务指导书的通知》的要求，在对直流系统核对性放电试验时，要求搭接备用的蓄电池组，假如使用传统的铅酸蓄电池作为备用蓄电池组，阀控式密封铅酸蓄电池因体积大，重量重放电倍率小，将至少需要18只，按每只蓄电池30kG，每组蓄电池18*30kg，对于现场工作搬运将耗费较多人力、物力。而且每次进行试验时还要将备用蓄电池组串联起来，耗费较多的时间，且存在蓄电池组短路的风险。
（三）目前我局运维5座500kV变电站，18座220kV变电站，45座110kV变电站133座35kV变电站，直流系统因运维的变电站数量较多，将不可避免的会有部分充电模块、蓄电池组故障，而申报技改项目更换蓄电池组，到项目的实施需要一段时间，在这段时间内若无备用的充电机、蓄电池组，变电站直流电源将不能满足系统的运行，在系统发生故障时将会造成保护拒动、危及电网的稳定运行。
（四）在对35kV变电站预试定检时，往往停电就全站一次性停电，站用交流失去电源，站内直流负荷转由蓄电池组供电，若停电时间较长将会造成蓄电池长时间放电，有可能放电至截止电压影响蓄电池寿命。对于电池性能较差的情况蓄电池将不足以保证预试定检工作的完成，增加了工作时间，同时还影响了恢复供电的时间。
（五）阀控式密封铅酸蓄电池因体积大、重量重放电倍率小已不适应电力直流抢修中的对备用直流系统的要求。
（六）锂电的充电特性不能够整组一次性充电，需要对电池单只充电，本项目采取将两个电池便携式盛装机构串联，共48V，根据锂电池的充电特性研究出一套能够满足锂电池充电特性的系统。
三、最小割集法可靠性评估
（一）基础理论
所谓最小割集法就是在整个系统集合中，如果将一些设备从整个系统中移除，所有电路均被切断，如果将任意一种设备回到系统中，则至少恢复一条电路，其具体构建模型如图1所示。从图1中不难看出，实践中一般仅仅考虑到二阶割集。
（二）屏柜可靠性指标
通过各屏柜最小割集的获得和求取，较为复杂的模型可以较好转变为较为简单并联和串联模式，而最为集中的是并联关系。
（三）系统可靠性指标
该指标主要用来系统衡量变电站整个直流系统故障严重程度，可靠性指标可借鉴配电系统可靠性指标实施，系统平均停电频率SAIFI[次/（屏·a）]就是重要衡量指标，QK4开关将蓄电池、整流模块与直流母线相连，在通过QK1、QK2分别与一段母线和二段母线相连，该种接线方式简单，操作便捷，仅仅需要一组蓄电池和一台充电模块，投资额度也相对较小，该种模式早期变电站建造时得到广泛运用。缺点就是“一电一充”的模式结构可靠性不够，还有进一步挖掘的空间。
四、变电站直流系统拓扑结构
变电站直流系统拓扑结构按照接线方式区分可以分为“一电一充、二电二充”，下面笔者进行一一介绍。
一是所谓“一电一充”就是指一台充电模块对应一组蓄电池，直流系统可以通过QK3连接到另外的蓄电池和充电模块中去，达到有效降低停电时间和停电频率的效果，有效提升供电可用效率。
二是所谓“二电二充”主要指采用兩个充电模式和两组蓄电池的接线模式，目前作为一种新型系统，通常应用于新建或改建的变电站。该系统通常一段母线通过QK1、QK3和QK4进行第一组系电池和整流模块连接，二段母线则通过QK2、QK5和QK6进行第二组系电池和整流模块的连接，并通过母联开关互为备用，通常情况下，一段母线和二段母线分开运行，母联开关处于断开位置，实现两组蓄电池和充电模块的同时接入。采用这种模式可以使一组直流模块处于故障情形下，进行另一组模块的自动切换，实现电源的互为备份。
通过以上两种接线方式的对接，“二电二充”系统投入更大，但却比“一电一充”型系统更能提升直流系统的可靠性。
五、系统开关设备的影响
直流系统如果安装有直流断路器，则系统发生故障时可以直流断路器来进行断开，所以可以将隔离开关全部替换为直流断路器，其他参数可以参照表1的数据，直流断路器的可靠性参数可以参照交流断路器实施。修复时间为4小时，故障率为0.006次/a。对于表2和表3的结果，在装入直流断路器后，系统的停电频率下降了，停电平均时间下降了，系统正常使用时间变长了，缺供电的情形变少了。就其原因：系统中没有直流断路器时，一个元器件发生损坏，整个系统均不能使用，需要系统停电后进行故障隔离才能继续使用，必然导致停电时间的延长和频率的增加，所以直流断路器对于提升系统可靠性意义重大。
六、结语
综上所述，本文从变电站可靠性评估区分入手，重点分析了最小割集法对于直流系统进行可靠性评估的重大意义，并分别分析了“一电一充”、“二电二充”型系统可靠性指标定性和定量分析，从而得出较为科学的结论，为日常直流系统可靠性评估提供了基本依据。此外，笔者通过调研发现大容量磷酸铁锂动力电池已成熟，可较好应用在要求较高变电站站用电源系统，通过本项目的实施，还可以研制出满足电力变电站直流系统改造、应急抢修的要求的便携式锂电直流系统，同时研制出一套智能锂电池充电管理系统，系统的核心部分采用嵌入式智能单元管理软件，多支路磷酸铁锂专用高频开关电源技术，模块化设计，具有稳压精度高、稳流精度高、纹波系数小、可靠性高以及维护方便携带方便、成本低易于推广等优点。
参考文献：
[1] 黄晓明，杨涛，史清芳.变电站直流系统可靠性研究[J].供用电，2019，09：53-55.
[2] 黎治福，金鹊.变电站直流系统用高可靠性充电电源模块[J].电气自动化，2014，36：97-98.
[3] 王鑫杰.直流供配电系统可靠性评估及其故障隔离社编配置研究[D].浙江大学，2018，01.
作者简介：李世伟（1988-），男，工程师，高级技师，主要从事继电保护设备检修工作;
罗凯（1985-），男，高级工程师，高级技师，主要从事继电保护设备检修工作;
高甲（1984-），男，高级工程师，高级技师，主要从事继电保护设备检修工作。
关键词：变电站;直流系统;可靠性
引言
电力不管从国民经济发展还是人们生活需要来看，其缺失都是不可想象的。随着近年来社会经济的迅速发展，对于电力的依赖度越来越大，这也对电力安全性和可靠性等指标提出了更高的要求。变电站在整个电力系统中更是发挥着不可或缺的作用，具有电能科学分配、电压的转换以及调节等功能，其安全运营与否对整个电力系统安全稳定发挥着巨大作用。对于变电站的可靠性评估就显得尤其重要。
一、变电站可靠性评估主要区分
一般来说，对于变电站的可靠性评估有两大主要方式方法：一种是模拟法，另一种是解析法。这两种方法适用的环境和条件不同，各具有针对性。模拟法主要适用于求解较为复杂的系统问题，而解析法则适用于解决简单系统的问题，对于元器件较少的尤其适用。本文笔者所研究的直流系统可靠性研究从适用性来看，比较适用于后者，具体解析方法上可以采取最小割集法实施评估，由于直流系统中存在多条供电路径，最小割集法可以对两种或多种常见直流系统变电系统实施评估。
二、影响变电站直流系统可靠性的主要因素
笔者结合多年电力部门工作实践，以云南电网基本情况为研究样本，对可能影响变电站直流系统可靠性的主要因素实施分析。
（一）直流系统改造过程中，需要拆除旧的直流系统充电屏、馈线屏、蓄电池组。安装新的充电屏、馈线屏、蓄电池屏，在拆除过程中，为保证直流系统负荷的不间断供电。需要一个临时的直流电源系统来搭接在馈线屏上，来置换出旧屏，拆除旧屏，安装新的蓄电池及充电屏柜。
（二）按照云南电网有限责任公司《关于印发变电站站用直流电源系统运维管理业务指导书的通知》的要求，在对直流系统核对性放电试验时，要求搭接备用的蓄电池组，假如使用传统的铅酸蓄电池作为备用蓄电池组，阀控式密封铅酸蓄电池因体积大，重量重放电倍率小，将至少需要18只，按每只蓄电池30kG，每组蓄电池18*30kg，对于现场工作搬运将耗费较多人力、物力。而且每次进行试验时还要将备用蓄电池组串联起来，耗费较多的时间，且存在蓄电池组短路的风险。
（三）目前我局运维5座500kV变电站，18座220kV变电站，45座110kV变电站133座35kV变电站，直流系统因运维的变电站数量较多，将不可避免的会有部分充电模块、蓄电池组故障，而申报技改项目更换蓄电池组，到项目的实施需要一段时间，在这段时间内若无备用的充电机、蓄电池组，变电站直流电源将不能满足系统的运行，在系统发生故障时将会造成保护拒动、危及电网的稳定运行。
（四）在对35kV变电站预试定检时，往往停电就全站一次性停电，站用交流失去电源，站内直流负荷转由蓄电池组供电，若停电时间较长将会造成蓄电池长时间放电，有可能放电至截止电压影响蓄电池寿命。对于电池性能较差的情况蓄电池将不足以保证预试定检工作的完成，增加了工作时间，同时还影响了恢复供电的时间。
（五）阀控式密封铅酸蓄电池因体积大、重量重放电倍率小已不适应电力直流抢修中的对备用直流系统的要求。
（六）锂电的充电特性不能够整组一次性充电，需要对电池单只充电，本项目采取将两个电池便携式盛装机构串联，共48V，根据锂电池的充电特性研究出一套能够满足锂电池充电特性的系统。
三、最小割集法可靠性评估
（一）基础理论
所谓最小割集法就是在整个系统集合中，如果将一些设备从整个系统中移除，所有电路均被切断，如果将任意一种设备回到系统中，则至少恢复一条电路，其具体构建模型如图1所示。从图1中不难看出，实践中一般仅仅考虑到二阶割集。
（二）屏柜可靠性指标
通过各屏柜最小割集的获得和求取，较为复杂的模型可以较好转变为较为简单并联和串联模式，而最为集中的是并联关系。
（三）系统可靠性指标
该指标主要用来系统衡量变电站整个直流系统故障严重程度，可靠性指标可借鉴配电系统可靠性指标实施，系统平均停电频率SAIFI[次/（屏·a）]就是重要衡量指标，QK4开关将蓄电池、整流模块与直流母线相连，在通过QK1、QK2分别与一段母线和二段母线相连，该种接线方式简单，操作便捷，仅仅需要一组蓄电池和一台充电模块，投资额度也相对较小，该种模式早期变电站建造时得到广泛运用。缺点就是“一电一充”的模式结构可靠性不够，还有进一步挖掘的空间。
四、变电站直流系统拓扑结构
变电站直流系统拓扑结构按照接线方式区分可以分为“一电一充、二电二充”，下面笔者进行一一介绍。
一是所谓“一电一充”就是指一台充电模块对应一组蓄电池，直流系统可以通过QK3连接到另外的蓄电池和充电模块中去，达到有效降低停电时间和停电频率的效果，有效提升供电可用效率。
二是所谓“二电二充”主要指采用兩个充电模式和两组蓄电池的接线模式，目前作为一种新型系统，通常应用于新建或改建的变电站。该系统通常一段母线通过QK1、QK3和QK4进行第一组系电池和整流模块连接，二段母线则通过QK2、QK5和QK6进行第二组系电池和整流模块的连接，并通过母联开关互为备用，通常情况下，一段母线和二段母线分开运行，母联开关处于断开位置，实现两组蓄电池和充电模块的同时接入。采用这种模式可以使一组直流模块处于故障情形下，进行另一组模块的自动切换，实现电源的互为备份。
通过以上两种接线方式的对接，“二电二充”系统投入更大，但却比“一电一充”型系统更能提升直流系统的可靠性。
五、系统开关设备的影响
直流系统如果安装有直流断路器，则系统发生故障时可以直流断路器来进行断开，所以可以将隔离开关全部替换为直流断路器，其他参数可以参照表1的数据，直流断路器的可靠性参数可以参照交流断路器实施。修复时间为4小时，故障率为0.006次/a。对于表2和表3的结果，在装入直流断路器后，系统的停电频率下降了，停电平均时间下降了，系统正常使用时间变长了，缺供电的情形变少了。就其原因：系统中没有直流断路器时，一个元器件发生损坏，整个系统均不能使用，需要系统停电后进行故障隔离才能继续使用，必然导致停电时间的延长和频率的增加，所以直流断路器对于提升系统可靠性意义重大。
六、结语
综上所述，本文从变电站可靠性评估区分入手，重点分析了最小割集法对于直流系统进行可靠性评估的重大意义，并分别分析了“一电一充”、“二电二充”型系统可靠性指标定性和定量分析，从而得出较为科学的结论，为日常直流系统可靠性评估提供了基本依据。此外，笔者通过调研发现大容量磷酸铁锂动力电池已成熟，可较好应用在要求较高变电站站用电源系统，通过本项目的实施，还可以研制出满足电力变电站直流系统改造、应急抢修的要求的便携式锂电直流系统，同时研制出一套智能锂电池充电管理系统，系统的核心部分采用嵌入式智能单元管理软件，多支路磷酸铁锂专用高频开关电源技术，模块化设计，具有稳压精度高、稳流精度高、纹波系数小、可靠性高以及维护方便携带方便、成本低易于推广等优点。
参考文献：
[1] 黄晓明，杨涛，史清芳.变电站直流系统可靠性研究[J].供用电，2019，09：53-55.
[2] 黎治福，金鹊.变电站直流系统用高可靠性充电电源模块[J].电气自动化，2014，36：97-98.
[3] 王鑫杰.直流供配电系统可靠性评估及其故障隔离社编配置研究[D].浙江大学，2018，01.
作者简介：李世伟（1988-），男，工程师，高级技师，主要从事继电保护设备检修工作;
罗凯（1985-），男，高级工程师，高级技师，主要从事继电保护设备检修工作;
高甲（1984-），男，高级工程师，高级技师，主要从事继电保护设备检修工作。