中国电力工业直流电源系统的辉煌成就

　　1、前言

　　电力工业中的 直流电源 系统是发电厂、变电所中一个十分重要的独立系统，它为发电厂、变电所提供了一个可靠的操作、控制、保护、通信和事故照明电源。1993年以前，我国电力系统中，因直流电源系统设备陈旧落后、可靠性差，不能保证发电厂、变电所的安全运行和事故处理，造成了巨大的经济损失，从而引起了电力部安生司生技处的高度重视，决定成立“电力部直流电源联合设计组”，起草直流电源方面的有关标准和研制新型可靠的直流电源成套设备。在原电力部安生司的直接领导下，联合设计组各位专家通过15年以来的努力拼搏，编制了一系列的直流电源行业标准，开发出了具有世界先进水平的微机型高频开关直流电源成套装置，为我国发供电工程及城乡电网改造提供了可靠先进的微机型直流电源设备，确保了发供电的安全可靠运行，获得了巨大的社会效益和经济效益。为我国电力工业的大发展作出了重大的贡献。

　　2、1993年前中国电力工业直流电源系统的落后面貌

　　2.1蓄电池性能差

　　1993年以前，我国电力工业主要采用铅酸蓄电池和镉镍蓄电池，存在的问题是酸雾大、污染大、漏液、爬碱、维护困难，达不到额定使用年限。

　　2.2充电装置技术参数落后

　　1993年以前，我国发供中的直流电源设备，其充电装置主要是磁饱和式充电装置和相控式充电装置，噪声大、稳流稳压差、精度低，效率低，无法控制浮充电流的大小，常导致过充或者欠充，严重影响了蓄电池的使用寿命，严重威胁着电网的安全运行。

　　2.3主接线方案落后

　　主接线方案单一，常采用单母线、单蓄电池组，一台主充电装置，一台备用充电装置，各条输出支路均为刀闸加熔断器保险，级差配合难度大，常发生越级熔断，安全运行受到严重威胁。

　　2.4常发生事故

　　a）不能满足事故处时间的要求
电网系统故障解列，交流电源终断，蓄电池组根本没有95%以上的容量，无法满足事故处理时间的要求（变电站为1h，发电厂2h），直流操作电压下降到不能恢复正常运行的方式，造成长时间的停电事故；

　　b）雷击过电压使直流电源终断

　　雷击过电压使直流电源线路短路或接地，总熔断器熔断，造成了操作电源和保护电源终断，多次发生发电机，主变压器的高压开关均不能断开短路电流而被烧毁，也多次发生高压开关柜火烧连营事故，其经济损失和政治影响巨大。

　　3、成立“电力部直流电源柜联合设计组”

　　3.1联合设计组的指导思想：

　　中国改革开放的春风吹进了电力科技人员的心，充分发挥个人才干的机会到来了，他们立志要改变中国电力工业直流电源系统的落后面貌，即不能长期依靠国外购买设备，也不能坐着去等待，只有解放思想，立志于创新开拓，因此，认识到只有编写出具有世界先进水平的“直流电源技术标准”，开发出具有世界先进水平的，全面满足中国电力工业直流电源系统要求的高科技直流电源成套设备，才能不断更新改造过去的落后设备，才能逐步改变中国电力工业直流电源系统的落后面貌，在这种思想的指导下，原电力部安生司生技处作出了果断决策，于1991年成立了“电力部直流电源柜联合设计组”。

　　3.2 联合设计组的组成：

　　a）直接领导单位：原电力部安生司生技处；

　　b）联合设计组组长单位：中国电力科学研究院开关所

　　c）联合设计组副组长单位：四川电力试验研究院

　　d）联合设计组主设计兼总工程师单位：四川电力试验研究院

　　e）联合设计组组成单位：

　　中国电力科学院、电力试研院、中电联标准化中心、电力规划院、电力设计院、电业局、供电局、整流器研究所、继电器研究所、整流器厂、蓄电池厂、直流电源柜生产厂、配套元器件生产厂等单位的电源专家和工程技术人员所组成，进行分工合作，协调并进，按计划完成了标准编制和设计计算、样机试制等任务。

　　3.3联合设计组所创建的运转模式

　　电力部直流电源柜联合设计组，在整个的设计开发过程中，创建了标准编写、设计创新、开发研制、型式试验、产品鉴定、推广应用、运行意见反馈、标准修订等一个十分科学的运转模式，从而使标准、设计、研制、试验、鉴定，运行等实现了一体化管理。

　　4、电力系统直流电源行业标准的编制：

　　4.1标准编制：

　　电力部直流电源柜联合设计组，受原电力部安生司生技处和中电联标准化中心的委托，先后负责起草了直流电源系统一系列的标准，由电力出版社出版发行。这些标准的名称和应用范围如表所示。

　　电力系统中直流电源设备执行的电力行业标准

　　以上标准，为我国电力工业直流电源系统指明了设计原则，选型订货、运行维护、新产品开发，从而为改变我国电力工业直流电源系统的落后面貌作出了贡献。

　　4.2建立直流电源试验站：

　　有了直流电源方面的标准，就有了对直流电源方面的试验方法。电力部直流电源柜联合设计组的专家们，根据试验方法的要求，对试验人员进行了培训，在电科院开关所和四川电力试验研究院高压室建立了我国电力工业中以前从来没有的两个“直流电源试验站”。从而对我国直流电源方面的新产品研制开发和产品质量把关作出了贡献。

　　4.3直流电源系统管理规范的编制：

　　为了加强我国电网直流电源系统的有效管理，认真贯彻DL/T459《电力系统直流电源柜订货技术条件》，DL/T724《电力系统用蓄电池直流电源装置运行维护技术规程》，国家电网公司组织人员对两个标准进行了细化，修编出适合现场应用的技术标准、运行规范、检修规范、技术监督规定、反事故措施和评价标准（简称为5+1规范）。同时建立了直流电源专职工程师制度，加强了对直流运行检修人员的技术培训，提高了他们的运行维护水平，使直流电源设备在动行中的安全可靠性得到了提高。

　　5、电力系统直流电源成套设备的研制开发

　　5.1通用型GZD直流电源柜的研制开发（第一代产品）

　　电力部直流电源柜联合设计组1991年成立后，分成三个小组，对我国东北、华北、西北、西南、华中、华东六大区进行了广泛的调查和收资，分析了我国电网中直流电源系统落后的根本原因是：直流电源系统的主接线不合理，充电设备落后，刀闸加熔断器的极差配合不可靠，蓄电池质量差，运行中不能保持所要求的最低容量，不能应对雷击事故和电网解列停电事故处理时间的要求，事故多，损失十分惨重，解决办法如下：

　　a）主接线研制：

　　根据10-500KV变电站和大中小型发电厂的不同要求，联合设计组编制了十个主接线方案图，1992电力部安生司邀请了全国电力系统100多名专家的在北京进行审查，修改和认定，确定了十个主接线方案，这是一个重大的成果，它奠定了我国电力工业直流电源系统安全可靠运行的基础。

　　b）提高充电设备技术参数

　　改进充电设备的主接线方式，改6相次整流为12相次整流，使稳流稳压精度大为提高，纹波系数大为下降，可靠性大为增强。

　　c）采用交直流两用空气断路器

　　在1993年，我国还不能生产直流空气断路器，只有采用交直流两用的空气断路器，须然不理想，总算是走出了第一步，取替了落后的刀闸加熔断器的方案。

　　d）修改蓄电池技术参数

　　根据编写的蓄电池订货技术条件，对我国主要的蓄电池生产厂家提出了电网使用蓄电池的要求，把原来厂家的20h充放电制度，更改为10h充放电制度，改进极板的合金配方和涂膏的化学配方，满足使用寿命长、容量足、端电压差值小、内阻小的要求。

　　有了以上主要元器件的改进，联合设计组通过两年奋斗拼搏，完成了GZD通用型直流电源柜的设计、样机制作、型式试验、部级鉴定，并获国家实用新型专利（专利号：ZL93223344.9），1993年向全国发图和推广应用，从而对10-110KV变电站和中小型发电厂的直流电源系统进行更新换代，1994-1997年之间，在我国电网的直流电源系统中，形成了一个更新换代的高潮，从而确保了电网的安全和可靠运行。电力部直流电源柜联合设计，取得了第一阶段的初步胜利，是值得庆幸的。

　　5.2微机型GZDW直流电源柜的研制开发（第二代产品）

　　1995年，国家电力公司提出10-110KV变电站逐步实现无人值班和智能化管理。1996年直流电源联合设计组决定进行GZDW微机型直流电源柜的设计开发。在这次联合设计中完成了以下创新项目的设计：

　　a）智能化运行状态示波图的编制：

　　直流电源设备要实现恒流充电自动转为恒压充电，再自动转为浮充充电，自动投入正常运行，交流电源中断后直流电源必须连续供电，交流电源恢复送电后，直流电源应自动恢复正常运行等，按实际运行状态编出各种情况下的运行状态示波图，把这些状态示波图汇编成电脑程序，置入微机监控器中，从而实现直流电源设备的智能化管理，按规约连接上通讯接口，就具有遥信、遥测、遥控的“三遥”功能，实现了无人值班的要求，这个“运行状态示波图”的设计成功，是电力部直流电源联合设计组在研制开发中的重大创举和重大贡献，它是手动操作和智能化管理的分水岭，这一成果已写入了出版的标准中，在国内已得到了广泛的应用，现已获得了良好的社会效益和经济效益。
微机控制直流电源系统运行状态示波图如下：

　　b）高频开关整流充电模块的设计开发

　　1997年以前，我国电力工业直流电源系统中，还没有高频开关整流充电模块。根据设计组编写的产品技术条件，经过一年多的努力，由联合设计组成员单位，珠海泰坦科技有限公司负责试制，完成了直流输出10A、20A，直流电压为220V，两种高频开关整流模块的设计、试验和鉴定。它体积小、噪声低、效率高、参数精度高，并获得多项国家专利（高频开关电源均流电路实用新型专利，专利号：ZL2005200646142，高频开关电源电路实用新型专利，专利号：ZL200520066182.9，高频开关电源模块输出软启动电路专利，专利号：ZL2005200664102等）。电力用高频开关整流模块的研制成功，推动了我国整流电源行业的重大变革和老旧产品的更新换代。

　　c）直流空气断路器的设计开发：

　　1997年以前，我国还不能生产直流空气断路器，世界上也只有美国、苏联、德国、日本才开始有直流空气断路器，但价格十分昂贵。联合设计组决定立项开发这一重要元件，由设计组成员单位、北京人民电器厂承担试制任务，通过一年半奋斗拼搏和反复试验，完成了额定直流为 32A和80A两种急需的直流空气断路器的设计、试制、型式试验，1997年由北京市机械局组织了鉴定，结论是：直流空气断路器的研制成功，填补了我国的空白，为祖国争了光，并获得多项国家专利（直流断路器双磁吹弧装置专利，专利号：01223666.7，直流断路器短延时脱扣机构专利：01223668.3，直流断路器强制灭弧装置专利：03119432.x等）

　　直流电源联合设计组通过两年多的奋斗拼搏，完成了GZDW微机型高频开关直流电源成套设备的设计、样机试制、型式试验、部级鉴定，填补了我国空白，1998年向全国发图生产，从而推进了我国电力工业直流电源系统的智能化管理和无人值班，其经济效益和社会效益是巨大的。

　　5.3微机型GCFW、KCFW整流逆变设备的研制（第三代产品）

　　a）概述

　　原国家电力公司发输电运营部于2000年2月28日以发电输电输函[2000]51号文成立《国家电力公司发电厂、变电所蓄电池用整流逆变设备联合设计组》，设计、开发和试制微机型整流逆变设备。由联合设计组成员、珠海泰坦科技有限公司和深圳科陆电子科技有限公司承担试制样机的工作。

　　通过两年多的艰苦奋斗和一个个技术难关的攻破，于2004年上半年完成了样机的试制和型式试验，全面达到了中华人民共和国电力行业标准DL/T857-2004《发电厂、变电蓄电池用整流逆变设备技术条件》的要求。2004年8月8日在北京，由中国电力企业联合会邀请了全国电力系统的专家进行了鉴定。GCFW微机型高频开关整流逆变设备的研制成功，是国内首创，也是填补我国空白的高新产品，并获得国家专利。（并联逆变电源控制系统实用新型专利：ZL2005200646138，有源逆变电源限流保护电路实用新型专利：ZL2005200658794）。2004年在全国发图，进行定点生产。

　　b）智能化管理功能

　　正向整流充电的智能化管理功能

　　微机监控装置按设计编好的正常运行程序，进行以下自动转换：恒流充电－恒压充电－浮充充电－正常运行－1个月或2个月自动作一次补充充电程序，确保蓄电池组始终有95%以上的容量，保证在事故处理时间内的用电。

　　反向有源逆变放电的智能化管理功能

　　微机监控装置按设计编好的有源逆变放电程序，对蓄电池组进行有源逆变放电活化或者进行有源逆变核对性放电，把蓄电池组输出的直流电流逆变为交流电流返回到电网中，取缔了常规放电方法的烦琐接线和各种放电电阻器，在有原逆变放电的过程中，具有蓄电池组的巡检、数据储存和数据打印，当巡检到某一只蓄电池电压为设定终止电压时，有源逆变放电将立即终止，并发出信号，运行维护人员可以从安时计表上直接读出蓄电池组所放出的安时容量。安时计表也可读出蓄电池组在充电时的安时容量。发电厂、变电所蓄电池用整流逆变设备的研制成功，将把我国电网中蓄电池组的维护检修人员，从烦琐的劳动中解放了出来，同时也提高了运行维护的质量，延长了蓄电池组的使用寿命，回收了电能，防止了对环境的污染。发电厂、变电所蓄电池用整流逆变设备的研制成功，将使我国电网中的直流电源系统逐步实现智能化管理。

　　GCFW、KCFW微机型整流逆变设备，适用于10-1000KV变电所和大中小型发电厂直流电源系统的设计选用、老旧整流设备的更新换代，在今后的电力建设中，整流逆变设备将是直流电源系统中的最佳选择，从而使我国电网全面实现运行和维护的智能化管理，成为世界上具有整流逆变智能化技术的领先国家。

　　5.4电力部直流电源柜联合设计组产品研制开发一览表：

　　从1991年至2004年，联合设计组进行了三次开发设计，经过15年的艰苦奋斗和拼搏，卓有成效地完成原电力部安生司生技处交办的设计任务，是这些先进的高科技直流电源设备大量地投入了电网运行，才改变了我国电力工业直流电源系统过去的落后面貌。
三次联合设计的产品及配置如表所示：

　　6、电力系统直流电源技术委员会的建立和作用

　　在国家电网公司领导下，成立了“电力系统直流电源技术委员会”，委员会由电科院、电研院、电力规划院、电力设计院、电力公司、生产厂家等单位的直流专家所组成，它的性质为民间组织，它的任务是：承担电力系统直流电源设备的标准起草、新产品开发、推广应用、技术培训、每年召开一次年会，分析研讨我国电网直流电源系统存在的问题和发展方向。

　　2002年创办了我国电力工业中独一无二的“直流电源”专刊，为我国电力系统直流电源专业提供了一个技术交流、信息交流、新产品介绍的平台，为我国直流电源行业的发展作出了贡献。

　　7、结束语

　　在原电力部安生司生技处的领导下，通过电力部直流电源联合设计组专家们15年以来的艰苦拼搏，编写出版了一系列的直流电源标准，进行了三次联合设计，完成了GZD、GZDW、GCFW、KCFW微机型直流电源柜的设计，型式试验、国家级鉴定，推广应用，更新换代，全面满足了我国电力工业高速发展的需要。确保了我国电网的安全可靠运行，为实现我国电力工业直流电源系统的智能化管理作出了重大贡献。目前我国的高科技直流电源设备处于世界领先地位，从2000年起，我国电力工业直流电源设备就全面实现了国产化、停止了进口，并配套出口援外工程，为祖国争得了荣誉。 （王典伟）