變電站直流系統(tǒng)知識

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)1.1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常性負荷直流負荷非經常性負荷分合閘控制電源儲能機構動力電源跳合閘控制電源跳合閘動力電源事故照明電源事故負荷事故沖擊負荷第一章直流系統(tǒng)1.2蓄電池概述

蓄電池是一種化學電源，它既能將電能轉化為化學能儲存起來，又能將儲存起來的化學能轉化為電能輸送出去。這兩個能量的轉化過程，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、科研和國民經濟各個部門中，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過程：正極負極放電PbO2＋2H2SO4+PbPbSO4＋2H2O＋PbSO4充電由于正、負極板的電化反應各具特點，所以正、負極板的充電接受能在存在差別，當正極板充電到70%時，開始析氧O2；負極板充電到90%時，開始析氫H2。。正極H2O1/2O2＋2H+＋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)，裝設有能自動開啟和關閉的安全閥。當內部壓力超過規(guī)定開閥值時，安全閥自動開啟；壓力低于關閥時又自動關閉。安全閥上有濾酸裝置，不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構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--2.28V×N，我們取2.25×N均充電壓：廠家規(guī)定為2.30--2.35V×N，我們取2.35×NN=104234VN=106238.4VN=108243VN=104244.4VN=106249.1VN=108253V

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,浮充電壓的調整：溫度每升高或下降5℃電壓校正系數(shù)相應減少或增加15mV閥控式蓄電池的使用環(huán)境：5--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2.6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，因浮充電電流調整不當，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閥控式蓄電池的

閥控密封鉛酸蓄電池的充放電制度⒈恒流限壓充電采用1.0I10電流進行恒流充電，當蓄電池組端電壓上升到（2.30～2.35）V×N限壓值時，自動或手動轉為恒壓充電。⒉恒壓充電在（2.30～2.35）V×N的恒壓充電下，1.0I10率充電電流逐漸減小，當充電電流減小至0.1I10充電電流時，充電裝置的倒計時開始啟動，當整定的倒計時結束時，充電裝置將自動或手動轉為正常的浮充電運行，浮充電壓值宜控制為（2.23～2.28）V×N。

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節(jié)到1.0I10電流進行。當恒流放出額定容量的50%，蓄電池端電壓不低于2V時，應立即用1.0I10電流對蓄電池組進行恒流限壓充電----恒壓充電----浮充電。蓄電池經過反復放充2-3次，其容量可得到恢復。2、直流系統(tǒng)有兩組閥控式蓄電池的核對性放電當發(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，當蓄電池端電壓下降到1.8V×N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。反復放充電2-3次，其容量可得到恢復。若經過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，應采取更換措施。高頻開關整流器由主電路、調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，并將其轉換為符合要求的直流電?？刂齐娐纺壳耙话悴捎肞WM脈寬調制電路，它包括輸出采樣、信號放大、控制調節(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，從而控制高頻開關功率管的開關時間比例，達到調節(jié)輸出電壓的目的。功率因數(shù)校正網(wǎng)絡也是高頻開關整流器的重要組成部件，其功能是通過控制過程，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高頻開關整流器原理

整流電壓PWM調制輸出電壓1.10微機高頻開關電源參數(shù)1、高頻開關電源浮充時，直流輸出調節(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，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1.15—1.20In。4、穩(wěn)流精度≤±1%，穩(wěn)壓精度≤0.5%，紋波系數(shù)≤±0.5%5、高頻開關整流模塊的額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范圍內變化，輸出電流在20%--100%范圍內的任一數(shù)值上穩(wěn)定，充電電壓在規(guī)定的調整范圍內變化時，其穩(wěn)流精度應符合規(guī)定值。式中：δI--穩(wěn)流精度；Im--輸出電流波動極限值；Iz--輸出電流整定值。7、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范圍內變化，輸出電流在0%--100%范圍內變化，輸出電壓在其浮充電壓調整范圍內變化時，其穩(wěn)壓精度應符合規(guī)定值。式中：δu--穩(wěn)壓精度；Um--輸出電壓波動極限值；Uz--輸出電壓整定值。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%的范圍內變化，輸出電流在其額定值的0%～100%范圍內變化，輸出電壓在浮充電電壓調節(jié)范圍內任一數(shù)值上，測得電阻性負載兩端的紋波系數(shù)均應規(guī)定。紋波系數(shù)用以下公式計算：式中：δ--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。微機高頻開關電源型號說明1.11調壓裝置根據(jù)工作原理的不同，調壓裝置可分為硅鏈分級調壓和開關變換型無級調壓兩種。硅鏈調壓是利用大功率整流二極管PN結正向壓降疊加來產生調整壓降，具有安全、可靠、抗電流沖擊性好、容易維護等優(yōu)點；無級調壓裝置實際上是一種串聯(lián)調節(jié)BUCK開關變換器，通過控制PWM脈沖的寬度來調節(jié)控制母線的電壓，優(yōu)點是可以實現(xiàn)電壓的連續(xù)調節(jié)，缺點是電路相對復雜、不易維護等。1.11.1硅鏈自動調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結基本恒定的正向壓降來產生調整電壓，通過改變串入線路的PN結數(shù)量來獲得適當?shù)膲航?，達到電壓調節(jié)的目的。1.11.2DC/DC斬波穩(wěn)壓器

DC/DC斬波穩(wěn)壓器是一種開關變換型無級調壓裝置，它采用了VMOS場效應功率模塊和專用PWM集成控制芯片，通過控制PWM脈沖的寬度來調節(jié)控制母線的電壓。

何為直流系統(tǒng)接地當直流系統(tǒng)的正極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；當正極絕緣水平低于某一規(guī)定值時稱為正接地；當負極絕緣水平低于某一規(guī)定值時稱為負接地。表1絕緣電阻整定值DL/T856-2004附錄A（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．比如當前發(fā)電廠和變電站中最靈敏的中間繼電器的內阻，對于２２０Ｖ為２０Ｋ，對１１０Ｖ為６Ｋ，對４８Ｖ為１．５Ｋ．絕緣降低絕緣降低是指直流系統(tǒng)所采用的電纜、設備的絕緣電阻由于某種原因低于出廠數(shù)值。這些電纜，設備構成的直流系統(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、敷設過程中的工作不慎損傷電纜絕緣層造成。設備引起設備在制造過程中絕緣部分受損或者絕緣材料質