變電站直流系統(tǒng)知識課件

1、變電運行專業(yè)繼電保護知識講座皮志勇二0一0年八月第一講：直流系統(tǒng)1.11.1直流負荷的分類直流負荷的分類運行的保護裝置及自動裝置電源信號燈、位置指示器逆變電源經(jīng)常性負荷經(jīng)常性負荷非經(jīng)常性負荷非經(jīng)常性負荷分合閘控制電源儲能機構(gòu)動力電源跳合閘控制電源跳合閘動力電源事故照明電源第一章第一章 直流系直流系統(tǒng)統(tǒng)1.2蓄電池概述 蓄電池是一種化學(xué)電源，它既能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，又能將儲存起來的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能輸送出去。這兩個能量的轉(zhuǎn)化過程，就叫做蓄電池的充電和放電。 蓄電池是獨立的電源，不會受電力網(wǎng)的影響。它具有電壓穩(wěn)定、使用方便和安全可靠等優(yōu)點，并可根據(jù)需要選擇其容量或形式。所以，在國防、科研和

2、國民經(jīng)濟各個部門中，特別是電力工業(yè)和通訊等部門都普遍采用蓄電池作為直流電源。 蓄電池按電解質(zhì)的不同，分為酸性蓄電池和堿性蓄電池。 發(fā)電廠、變電所目前采用的蓄電池主要有防酸隔爆式、消氫式及閥控式密封鉛酸蓄電池。老式開口式鉛酸蓄電池已被淘汰。堿性鎘鎳蓄電池因具有體積小，機械強度高，工作電壓平穩(wěn)，大電流放電特性好而應(yīng)用于發(fā)電廠，變電所的直流電源。但由于價格昂貴，制作材料選擇困難，因而目前不如鉛酸蓄電池應(yīng)用廣泛。1.3蓄電池的容量 蓄電池的容量(Q)是蓄電池蓄電能力的重要標志。容量 Q是在指定的放電條件(溫度、放電電流、終止電壓)下所放出的電量稱為蓄電他的容量，單位用 A h(安培小時)表示。蓄電池放

3、電至終止電壓的時間稱放電率，單位為 h(小時)率。 蓄電池的容量一般分為額定容量和實際容量兩種。 1額定容量 額定容量是指充足電的蓄電池在25時，以10h放電率放出的電能。 2實際容量 蓄電池實際容量與放電電流的大小關(guān)系甚大，以大電流放電，到達終止電壓的時間就短；以小電流放電，到達終止電壓的時間就長。2.2 鉛酸蓄電池的電化學(xué)原理鉛酸蓄電池的工作原理可知，在放充電過程中有如下反應(yīng)過程：正極 負極放電PbO22 H2SO4+ Pb PbSO42H2OPbSO4 充電 由于正、負極板的電化反應(yīng)各具特點，所以正、負極板的充電接受能在存在差別，當(dāng)正極板充電到70%時，開始析氧O2；負極板充電到90%時

4、，開始析氫H2。 。正極 H2O 1/2O22H+2e -負極 2H+ 2e - H22.3 閥控式鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池主要由正極板、負極板、電池槽、電解液所組成。一般每只電池的正、負板總數(shù)為 奇數(shù)，負板至少有 4 片以上 。 閥控式蓄電池與普通鉛酸蓄電池的區(qū)別 閥控式蓄電池屬于貧電解液蓄電池，其內(nèi)部電解液全部吸附在隔膜和極板中，隔膜處于90%的飽和狀態(tài)，電池內(nèi)無游離電解液，不會有電解液溢出。蓄電池在任何位置均能正常工作。 閥控式蓄電池在正常浮充電狀態(tài)下，處于密封狀態(tài)，裝設(shè)有能自動開啟和關(guān)閉的安全閥。當(dāng)內(nèi)部壓力超過規(guī)定開閥值時，安全閥自動開啟；壓力低于關(guān)閥時又自動關(guān)閉。安全閥上有濾酸裝置，不

5、會排出酸霧等有害氣體，也不會發(fā)生電解液泄漏，可防火花引起電池爆炸。2.4閥控式鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)2.5 閥控式蓄電池的運行參數(shù)浮充電壓：廠家規(guī)定為2.23-2.28VN，我們?nèi)?.25N均充電壓：廠家規(guī)定為2.30-2.35VN，我們?nèi)?.35NN=104 234V N=106 238.4V N=108 243VN=104 244.4V N=106 249. 1V N=108 253V 南橋蓄電池為104只，馬家磅、郢中、胡集為106只，長林、棗山為108只浮充電流：在25時，浮充電流小于2mA/AH,浮充電壓的調(diào)整：溫度每升高或下降5電壓校正系數(shù)相應(yīng)減少或增加15mV閥控式蓄電池的使用環(huán)境：5

6、-30 充電機的直流輸出紋波系數(shù)2%閥控式密封鉛酸蓄電池在運行中電壓偏差及放電終止電壓的規(guī)定閥控密封鉛酸蓄電池標稱電壓2V6V12V運行中的電壓偏差值0.05V0.15V0.3V開路電壓最大最小電壓差值0.03V0.040.06放電終止電壓值1.85.410.82.6閥控密封鉛鉛蓄電池為什么要進行補充充電 閥控式密封鉛酸蓄電池在運行過程中，因浮充電電流調(diào)整不當(dāng)，補償不了閥控式密封鉛酸蓄電池自放電、爬電、漏電而造成蓄電池容量虧損。因此根據(jù)需要設(shè)定時間（一般為3個月），充電裝置將自動或手動進行一次恒流限壓充電-恒壓充電-浮充電過程，使蓄電池組隨時處于滿容量狀態(tài)，以確保直流電流運行的安全可靠 。2.

7、7閥控式蓄電池的 閥控密封鉛酸蓄電池的充放電制度 恒流限壓充電 采用1.0I10電流進行恒流充電，當(dāng)蓄電池組端電壓上升到（2.302.35）VN限壓值時，自動或手動轉(zhuǎn)為恒壓充電。 恒壓充電 在（2.302.35）VN的恒壓充電下，1.0I10率充電電流逐漸減小，當(dāng)充電電流減小至0.1I10充電電流時，充電裝置的倒計時開始啟動，當(dāng)整定的倒計時結(jié)束時，充電裝置將自動或手動轉(zhuǎn)為正常的浮充電運行，浮充電壓值宜控制為（2.232.28）VN。 1.8 閥控式蓄電池核對性放電1、直流系統(tǒng)有一組閥控式蓄電池的核對性放電當(dāng)發(fā)電廠或變電所的直流系統(tǒng)只安裝有一組蓄電池組時，為了確保直流系統(tǒng)運行的安全可靠，蓄電池組

8、不能退出運行，也不能作全核對性放電。只能在充電機停用后，由蓄電池組向直流負載和放電電阻供電，放電電流放電電阻調(diào)節(jié)到1.0I10電流進行。當(dāng)恒流放出額定容量的50%，蓄電池端電壓不低于2V時，應(yīng)立即用1.0I10電流對蓄電池組進行恒流限壓充電-恒壓充電-浮充電。蓄電池經(jīng)過反復(fù)放充2-3次，其容量可得到恢復(fù)。2、直流系統(tǒng)有兩組閥控式蓄電池的核對性放電當(dāng)發(fā)電廠或變電所的直流系統(tǒng)只安裝有兩組蓄電池組時，可先對其中一組蓄電池進行全核對性放電。放電電流以1.0I10電流恒流進行，當(dāng)蓄電池端電壓下降到1.8VN時，停止放電，隔1-2H以后，再用1.0I10電流進行恒流限壓充電-恒壓充電-浮充電。反復(fù)放充電2

9、-3次，其容量可得到恢復(fù)。若經(jīng)過3次全核對性放電，蓄電池容量達不到額定容量的80%，可認為此組蓄電池組的使用期限已到，應(yīng)采取更換措施。 高頻開關(guān)整流器由主電路、調(diào)整控制電路和輔助電路三部分組成。主電路由交流整流濾波、直流直流變換（高頻變換）器等元器件組成，其作用是從單相或三相交流電網(wǎng)取得交流電，并將其轉(zhuǎn)換為符合要求的直流電?？刂齐娐纺壳耙话悴捎肞WM脈寬調(diào)制電路，它包括輸出采樣、信號放大、控制調(diào)節(jié)、基準比較等單元，其作用是對輸出電壓進行檢測和取樣，并與基準定值進行比較，從而控制高頻開關(guān)功率管的開關(guān)時間比例，達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。功率因數(shù)校正網(wǎng)絡(luò)也是高頻開關(guān)整流器的重要組成部件，其功能是通過控

10、制過程，使輸入電流波形跟蹤正弦基波電流，且相位與輸入電壓同相，以保持輸出電壓穩(wěn)定和功率因數(shù)接近于1.0。輔助電路包括手動調(diào)整、穩(wěn)壓電源、保護信號、事故報警以及通信接口等。1.9 高頻開關(guān)整流器原理 整流電壓PWM調(diào)制輸出電壓1.10微機高頻開關(guān)電源參數(shù)1、高頻開關(guān)電源浮充時，直流輸出調(diào)節(jié)范圍為95%-117%Un，均充時，直流輸出上限值為120%Un。2、在單機50%-100%額定輸出電流范圍內(nèi)，其均負荷的不平衡度不超過直流輸出電流定值的5%。3、輸出電流限制整定在1.05-110In，過流整定在1.151.20In。4、穩(wěn)流精度1%，穩(wěn)壓精度0.5%，紋波系數(shù)0.5%5、高頻開關(guān)整流模塊的額

11、定電流及整流屏上的模塊數(shù)量不宜超過6-10個。6、穩(wěn)流精度檢查：充電機在充電（穩(wěn)流）狀態(tài)下，交流輸入電壓在10%Un范圍內(nèi)變化，輸出電流在20%-100%范圍內(nèi)的任一數(shù)值上穩(wěn)定，充電電壓在規(guī)定的調(diào)整范圍內(nèi)變化時，其穩(wěn)流精度應(yīng)符合規(guī)定值。 式中：I-穩(wěn)流精度； Im -輸出電流波動極限值； Iz -輸出電流整定值。 100%I)I-(IzZmI7、穩(wěn)壓精度檢查：充電裝置在浮充（穩(wěn)壓）狀態(tài)下，交流輸入電壓在10%Un范圍內(nèi)變化，輸出電流在0%-100%范圍內(nèi)變化，輸出電壓在其浮充電壓調(diào)整范圍內(nèi)變化時，其穩(wěn)壓精度應(yīng)符合規(guī)定值。式中：u-穩(wěn)壓精度； Um-輸出電壓波動極限值； Uz-輸出電壓整定值。

12、8、紋波系數(shù)檢查：充電裝置在浮充電(穩(wěn)壓)狀態(tài)下，交流輸入電壓在超過其額定值的+15%、-10%的范圍內(nèi)變化，輸出電流在其額定值的0%100%范圍內(nèi)變化，輸出電壓在浮充電電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)任一數(shù)值上，測得電阻性負載兩端的紋波系數(shù)均應(yīng)規(guī)定。紋波系數(shù)用以下公式計算： 式中：-紋波系數(shù)； Uf-直流電壓脈動峰值； Uq-直流電壓脈動谷值； Up-直流電壓平均值。100%UzUz)-(Umu100%2UpUq)-(Uf微機高頻開關(guān)電源型號說明可編輯1.11 調(diào)壓裝置根據(jù)工作原理的不同，調(diào)壓裝置可分為硅鏈分級調(diào)壓和開關(guān)變換型無級調(diào)壓兩種。硅鏈調(diào)壓是利用大功率整流二極管PN結(jié)正向壓降疊加來產(chǎn)生調(diào)整壓降，具有安

13、全、可靠、抗電流沖擊性好、容易維護等優(yōu)點；無級調(diào)壓裝置實際上是一種串聯(lián)調(diào)節(jié)BUCK開關(guān)變換器，通過控制PWM脈沖的寬度來調(diào)節(jié)控制母線的電壓，優(yōu)點是可以實現(xiàn)電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)，缺點是電路相對復(fù)雜、不易維護等。1.11.1硅鏈自動調(diào)壓裝置硅鏈是由多只大功率整流二極管串聯(lián)而成，利用PN結(jié)基本恒定的正向壓降來產(chǎn)生調(diào)整電壓，通過改變串入線路的PN結(jié)數(shù)量來獲得適當(dāng)?shù)膲航担_到電壓調(diào)節(jié)的目的。1.11.2 DC/DC斬波穩(wěn)壓器 DC/DC斬波穩(wěn)壓器是一種開關(guān)變換型無級調(diào)壓裝置，它采用了VMOS場效應(yīng)功率模塊和專用PWM集成控制芯片，通過控制PWM脈沖的寬度來調(diào)節(jié)控制母線的電壓。 何為直流系統(tǒng)接地當(dāng)直流系統(tǒng)的正極

14、或負極與大地之間的絕緣水平降到某一整定值或低于某一規(guī)定值時，統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)接地；當(dāng)正極絕緣水平低于某一規(guī)定值時稱為正接地； 當(dāng)負極絕緣水平低于某一規(guī)定值時稱為負接地。 系統(tǒng)電壓(V)絕緣整定值(K)220251107241.7 表表1 1 絕緣電阻整定值絕緣電阻整定值DL/T856-2004DL/T856-2004附錄附錄A A（規(guī)范性附錄）（規(guī)范性附錄）1.12 直流接地的危害與檢測按故障類型分為：直接接地（金屬接地） 直接接地是指直流系統(tǒng)電源正極或負極對地的電阻等于或接近于零的情況。這種接地情況在直流系統(tǒng)中如果同時出現(xiàn)兩點時，就很可能造成斷路器誤動或拒動，或熔斷絲燒斷等現(xiàn)象間接接地（非金屬

15、接地） 間接接地是指直流系統(tǒng)電源正極或負極對地絕緣電阻低至某一允許值之下。這時的接地電阻是否會對系統(tǒng)造成危害，就要看各個單位的具體情況，它與系統(tǒng)接地的位置和繼電器的靈敏度有關(guān)比如當(dāng)前發(fā)電廠和變電站中最靈敏的中間繼電器的內(nèi)阻，對于為，對為，對為絕緣降低 絕緣降低是指直流系統(tǒng)所采用的電纜、設(shè)備的絕緣電阻由于某種原因低于出廠數(shù)值。這些電纜，設(shè)備構(gòu)成的直流系統(tǒng)的直流電源的正，負極對地絕緣電阻總體上低于充許值直流系統(tǒng)接地故障分類電纜引起 故障主要是由于電纜絕緣層的老化或電纜加工、敷設(shè)過程中的工作不慎損傷電纜絕緣層造成。設(shè)備引起 設(shè)備在制造過程中絕緣部分受損或者絕緣材料質(zhì)量低，經(jīng)過一段時間之后，薄弱部位就

16、會裸露出來，如果空氣潮濕就可能產(chǎn)生直流接地故障。其他外來物引起 外來物包括外來金屬碎片、設(shè)備的緊固件及小動物軀體等。直流絕緣異常常見情況當(dāng)直流系統(tǒng)正極接地時，將會有造成保護誤動的可能；當(dāng)直流系統(tǒng)負極接地時，將會有造成保護拒動的可能。因此，當(dāng)正極發(fā)生一點接地后，危害性很大直流接地故障的危害 直流系統(tǒng)中有一點接地是不會對直流系統(tǒng)造成直接危害的，但是必須及時消除故障，否則在直流系統(tǒng)中再有一點接地就可能造成對整個電力系統(tǒng)的嚴重危害。直流接地故障常見情況u兩點接地可能造成斷路器誤跳A、B兩點，A、C兩點，A、D兩點，D、F兩點接地都可能造成斷路器誤跳。u兩點接地可能造成斷路器拒動B、E兩點，D、E兩點或

17、C、E兩點接地都可能造成斷路器拒動。u兩點接地可能引起熔斷器熔斷 A、E兩點接地可能引起熔斷器熔斷。當(dāng)接地點發(fā)生在B、E和C、E兩點，保護動作時，不但斷路器拒動，熔斷器熔斷，而且還有燒壞斷電器觸點的可能。圖1 直流系統(tǒng)接地情況圖 R正與R負為R1R5的等效電阻，系統(tǒng)正常時，R正=R負，V+=V-=110V，當(dāng)系統(tǒng)正級或負級發(fā)生接地或絕緣異常時，其正對地與負對地電壓即會發(fā)生變化。如果正極接地電阻為RX，如圖4,得：接地阻值與電壓偏差關(guān)系分析圖3 電橋等效原理圖圖4 正接地等效原理圖電壓偏差越大，接地越嚴重？它們之間有何種關(guān)系？VVRRRX負正/VVV220則：VRRRRVX負正負/220VRRR

18、RVX負正正/220 分別以R正=R負=1M，以及R正=R負=50K時正接地電阻為50K時考察電壓的變化情況。 平衡電阻為1M 時，V+ +=10.5V,V- -=209.5V 平衡電阻為50K 時，V+=73V, V-=147V接地阻值與電壓偏差關(guān)系分析1.13 220kV變電站直流饋線系統(tǒng)標準接線方式 直流系統(tǒng)供電方式總體原則：直流系統(tǒng)宜采用直流系統(tǒng)屏（柜）一級供電方式，二次設(shè)備室的測控、保護、故障錄波、自動裝置、電能采集、220kV以及110kV斷路器儲能回路等采用輻射式供電方式，35(10)kV開關(guān)柜采用環(huán)網(wǎng)供電方式。220kV線路單元 I段直流母線饋電屏提供1路饋出給第一套線路保護、

19、第一組跳閘回路（含合閘）及斷路器機構(gòu)壓力監(jiān)視回路提供電源；II段直流母線饋電屏提供1路饋出給第二套線路保護、第二組跳閘回路提供電源。主變壓器單元I段直流母線饋電屏提供3路饋出：分別給第一套主變保護及高壓側(cè)第一組跳合閘回路（含機構(gòu)壓力監(jiān)視）、非電量保護、中壓側(cè)斷路器操作箱等提供電源；II段直流母線饋電屏提供3路饋出：分別給第二套主變保護及高壓側(cè)第二組跳閘回路、低壓側(cè)斷路器操作電源、主變測控屏提供電源。110kV線路單元110kV線路保護、操作及測控電源由直流饋電屏按間隔單獨輸出1路，相鄰線路間隔供電電源宜分別取自不同的直流母線段。低壓部分對于新建站點，35（10）kV保護測控及斷路器儲能回路電源

20、宜按段（按主變單元劃分）分別采取兩路電源環(huán)網(wǎng)供電方式，運行時開環(huán)運行。改（擴）建站點，可以不按段分別供電，但中間應(yīng)設(shè)置分段開關(guān)。站內(nèi)其它雙重化的智能裝置，其供電電源應(yīng)分別取自直流系統(tǒng)的不同母線段；單一性質(zhì)的智能裝置供電電源宜合理取自直流系統(tǒng)的不同母線段。若變電站220kV僅配置單套母差、單套失靈保護，其母差、失靈保護也應(yīng)分別取自直流系統(tǒng)的不同母線段。線路保護（）段合閘電源儲能電源控制母線段直流電源段直流電源測控裝置第二套電源第一組電源第二套保護第二組跳閘斷路器機構(gòu)壓力第一組跳閘第一套保護直流饋線空開直流饋線空開直流饋線空開第 一 套 保 護高 壓 側(cè) 第 一 組 跳 合 閘段 直 流 電 源段 直 流 電 源控 制 母 線高 壓 側(cè) 儲 能 電 源（） 段 合 閘 電 源主 變 保 護低 壓 側(cè) 操 作 電 源非 電 量 保 護中 壓 側(cè) 操 作 箱高 壓 側(cè) 第 二 組 跳 合 閘第 二 套 保 護測 控 裝 置直 流 饋 線 空 開直 流 饋 線 空 開直 流 饋 線 空 開直 流 饋 線 空 開直 流 饋 線 空 開直 流 饋 線 空 開機 構(gòu) 壓 力 監(jiān) 視直 流 饋 線 空 開直 流 饋 線 空 開中 壓 側(cè) 儲 能 電 源直 流 饋 線 空 開直 流 饋 線 空 開線 路 1保