變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理

1、變電站直流系統(tǒng),一、變電站的操作電源 二、操作電源種類 三、直流系統(tǒng)的組成 四、直流系統(tǒng)的絕緣檢測及接地檢查 五、UPS不間斷電源 六、蓄電池的維護(hù)保養(yǎng) 七、 UPS不間斷電源維護(hù)和使用,變電站的操作電源,一、概述 操作電源就是變電站二次設(shè)備（包括繼電保護(hù)自動裝置、信號設(shè)備、通訊、遠(yuǎn)動、監(jiān)控系統(tǒng)和斷路器分合閘控制等）的工作電源，操作電源的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 二、 操作電源的基本要求 要求操作電源具有高度的可靠性 操作電源要有足夠的容量 操作電源 要有良好的供電質(zhì)量 操作電源應(yīng)維護(hù)方便安全經(jīng)濟(jì) 三、操作電源 的種類,操作電源的種類,一、直流系統(tǒng)的組成 發(fā)電廠、變電站的直流系

2、統(tǒng)主要由直流電源、直流母線、只直流饋線等組成。直流電流包括蓄電池及充電設(shè)備；直流饋線主要由干線和饋線構(gòu)成。1、蓄電池 主要由酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類，長用酸性蓄電池是鉛蓄電池，而常用的堿性蓄電池是鎘鎳蓄電池。它們的化學(xué)方程式如下： （1）鉛蓄電池的正極為二氧化鉛，負(fù)極為鉛（海綿鉛），電解液是硫酸溶液工作時蓄電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)為:PbO2+Pb+2H2SO4 =PbSO4+2H2O(充電放電的過程是可逆的)電池在放電時，正負(fù)極均生成硫酸鉛，而消耗硫酸，充電與放電的過程相反，其正負(fù)極的硫酸鉛分別反應(yīng)生成二氧化鉛及海綿鉛，同時生成硫酸-,（2）鎘鎳蓄電池的正極為氧化鎳，負(fù)極為鎘鐵，其電解液采用氫

3、氧化鈉或氫氧化鉀溶液，并加入少量的氫氧化鋁，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)為： 2Ni（OH)2+Cd(OH)2=2NiOH+Cd+2H2O(充放電過程是可逆的)。（3）電氣參數(shù)，蓄電池的電氣參數(shù)包括： a額定電壓常用鉛蓄電池的額定電壓為2-2.5V/只，鎘鎳電池的額定電壓為1.25V/只。 b額定容量;是指放電時間10h(或)5h，放電終止電壓為1.8V（鉛酸蓄電池）或1V鎘蓄電池時的放電容量。鉛酸蓄電池的容量小的有幾十安時，大的有1600Ah，而鎘鎳蓄電池的容量小的有10Ah,大的有500 Ah,C短路電流：短路是電池共處電流大小，決定于蓄電池的電動勢，內(nèi)阻及外回路的電阻。當(dāng)外回路的電阻等于零時，鎘鎳

4、蓄電池可供出的最大短路電流為1558A（4）蓄電池的充電，蓄電池的充電方法，通常采用恒流的充電方法，充電的種類有初充電、正常充電和均衡充電三種。為提高蓄電池的放電性能，新的蓄電池在交付使用前，為完全達(dá)到荷電狀態(tài)所進(jìn)行的第一次充電稱之為初充電，對已經(jīng)放過電的蓄電池充電稱之為正常充電。為補(bǔ)償蓄電池在使用過程中產(chǎn)生的電壓不均勻現(xiàn)象使其恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)而進(jìn)行的充電成為均衡充電,（5）蓄電池組 發(fā)電廠及變電站直流系統(tǒng)的額定電壓，通常48V,110V及220V三種，為取得各種電壓，需要將多個蓄電池組串聯(lián)起來你，另外為使直流蒂娜元能輸出最大的電流，需要將幾個蓄電池組并聯(lián)使用，直流系統(tǒng)的電壓越高，需串聯(lián)的蓄

5、電池個數(shù)越多，要求直流系統(tǒng)的輸出的電流就越大，需并聯(lián)的蓄電池支路數(shù)越多。 （6）蓄電池的浮充 在充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負(fù)載，以恒壓充電的方式工作，正常運(yùn)行時充電裝置在承擔(dān)經(jīng)常性負(fù)荷的同時向蓄電池補(bǔ)充充電，以補(bǔ)償蓄電池的自放電，使蓄電池組以滿容量的狀態(tài)處于備用，該放電方式叫做浮充，此時充電電源與蓄電池組并聯(lián)運(yùn)行，浮充方式有全浮充和半浮充兩種。,2、充電設(shè)備 為補(bǔ)償電池運(yùn)行中的功率損耗，維持電壓及增大短路容量，需要經(jīng)常對蓄電池充電。 充電設(shè)備通常采用將三相交流整流、濾波及穩(wěn)壓的交流直流轉(zhuǎn)換裝置，應(yīng)滿足以下要求。 （1）充電設(shè)備輸出電壓及輸出電流的調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)滿足蓄電池組各種充電方式

6、的需要，對于直流電壓為110V的直流系統(tǒng)，充電設(shè)備輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)為90160V；對額定電壓為220V的直流系統(tǒng)，充電設(shè)備輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為180V310V （2）具有維持恒定的輸出電壓及恒定輸出電流的調(diào)節(jié)功能，對于用可控硅整流設(shè)備作為充電裝置時首先輸入電壓在額定電壓的+5%-15%范圍內(nèi)變化及輸出負(fù)荷電流在額定電流0%100%范圍內(nèi)變化時，輸出穩(wěn)定電流的誤差小于+5%,（3）輸出電壓的紋波系數(shù)應(yīng)滿足電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行及維護(hù)技術(shù)教程 要求，直流母線及波紋系數(shù)范圍應(yīng)不大于2%。 （4）充電時應(yīng)維持直流母線的電壓的變化小于5% （5）充電設(shè)備的額定電流應(yīng)為n=1.1Qs/T+I

7、jc 考慮到核對性充放電，也可按最大充電 電流選擇，In=(0.10.125)Qs10/10 3、直流母線及輸出饋線 蓄電池組的輸出與充電設(shè)備的輸出并接在直流母線上，直流母線匯集直流電源輸出的電能，并通過各直流饋線輸送到各直流回路及其他直流負(fù)載（例如，事故照明，直流電動機(jī)等）,Qs為蓄電池放電容量 T為蓄電池長期放電時間，取12小時 Ijc為直流系統(tǒng)正常負(fù)荷電流,Qs10為蓄電池10小時放電容量,直流母線的接線方式；取決于蓄電池組的數(shù)量，對直流負(fù)荷的供電方式及充電設(shè)備的配置方式，在大型發(fā)電廠及變電站，直流母線的接線方式為單母線分段或雙母線。根據(jù)需要，從每段或每條直流母線上引出多路直流軟件，將直

8、流電源引至全廠或全站的配電室，及控制室的小母線，或引至動力設(shè)備的輸入母線上。 從各直流小母線上又分別引出多路出線，分別接至保護(hù)盤，控制盤、事故照明盤或其他直流負(fù)荷盤 4、直流監(jiān)控裝置 為測量，監(jiān)視及調(diào)整直流系統(tǒng)運(yùn)行狀況，及發(fā)出異常報警信號，對直流系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置監(jiān)控裝置。直流監(jiān)控裝置應(yīng)包括測量表計，參數(shù)越線和回路異常報警系統(tǒng)等,（二）對直流系統(tǒng)的基本要求 為確保發(fā)電廠及變電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，氣直流系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求 （1）正常運(yùn)行時直流母線電壓的變化應(yīng)保持在10%額定電壓范圍內(nèi)。若電壓過高，容易使長期帶電的二次設(shè)備（例幾點(diǎn)保護(hù)裝置和知識燈等）過熱而損壞；若電壓過低，可能使斷路器等設(shè)備不能正常工作。

9、（2）蓄電池的容量應(yīng)足夠大，以保證在浮充設(shè)備因故停運(yùn)而其單獨(dú)運(yùn)行時能維持繼電保護(hù)及控制回路正常運(yùn)行，要求有人值班的變電所，全所事故停電后電池的放電容量不低于1小時，無人值班的變電所事故停電蓄電池放電容量不低于2小時；此外還,應(yīng)保證事故發(fā)生后能可靠切除斷路器及維持直流動力設(shè)備（例如直流油泵）的正常運(yùn)行，并有一定的冗余度。 （3）充電設(shè)備穩(wěn)定可靠，能滿足各種充電設(shè)備的要求。并有一定的冗余度。 （4）直流系統(tǒng) 的接線應(yīng)力求簡單可靠，便于運(yùn)行維護(hù)，并能滿足繼電保護(hù)裝置和控制回路供電可靠性要求。 （5）具有完善的異常事故報警系統(tǒng)及直流電源分級保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生異?；蜻\(yùn)行參數(shù)越限時，能發(fā)出報警 信號

10、；當(dāng)直流系統(tǒng)某一支路發(fā)生短路故障時，能快速而又選擇性地切除故障饋線，而不影響其他直流回路的正常運(yùn)行,（6）宜使用具有切斷直流負(fù)載能力的不帶熱保護(hù)的小空氣開關(guān)取代原有的直流熔斷器，小空氣開關(guān)的的頂工作電流應(yīng)按最大動態(tài)負(fù)荷電流的1.5倍2倍選用。 （7）對配置了雙重化保護(hù)的廠站還應(yīng)要求直流系統(tǒng)的備用冗余配置，易配置兩組蓄電池，各帶一段直流母線，每組蓄電池的容量應(yīng)能帶全站負(fù)荷，兩端直流母線正常分裂運(yùn)行時，事故時可通過和幕簾開關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)備用，雙重化配置的保護(hù)各在一個直流段上運(yùn)行,直流系統(tǒng)的絕緣檢測,前已述及，發(fā)電廠變電站的直流系統(tǒng)分布面廣，回路繁多，很容易發(fā)生故障或異常，其中最常見的 異?，F(xiàn)象是直流

11、系統(tǒng)的接地故障 一、直流系統(tǒng)的接地危害 運(yùn)行實(shí)踐表明，直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地，容易致使斷路器偷跳。此外，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地后，若在發(fā)生另一點(diǎn)接地后，將可能造成直流系統(tǒng)短路，致使直流電源中斷供電，或造成斷路器 誤跳或拒跳的事故發(fā)生。 當(dāng)控制回路發(fā)生兩點(diǎn)接地后，斷路器會發(fā)生誤跳或拒跳，,當(dāng)A、B兩點(diǎn)接地或A、C兩點(diǎn)接地或A、D兩點(diǎn)接地時，跳閘線圈TQ將有電流通過，致使斷路器跳閘；而當(dāng)C、E兩點(diǎn)接地，或B、E兩點(diǎn)接地或D、E兩點(diǎn)接地時?？蓪?dǎo)致斷路器拒跳，或由于跳閘中間繼電器不能啟動而在繼電保護(hù)動作后，斷路器不能跳閘的現(xiàn)象發(fā)生。 另外，當(dāng)A、E兩點(diǎn)同時接地時，將造成直流電源正極與負(fù)極之間的短路故障，致使

12、熔斷器1FU、 2FU要熔斷，導(dǎo)致控制回路直流電源消失。由于斷路器線圈的動作電壓較低，當(dāng)站內(nèi)的直流系統(tǒng)對地電容較大時，跳合閘線圈前的回路一點(diǎn)接地也會造成斷路器的誤跳誤合,二、直流絕緣檢測裝置 當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地后應(yīng)立即進(jìn)行檢查處理，以避免發(fā)生兩點(diǎn)接地故障。這就需要設(shè)置直流系統(tǒng)對地絕緣檢測裝置，當(dāng)直流系統(tǒng)對地絕緣嚴(yán)重降低或一電接地之后發(fā)出告警信號。 直流系統(tǒng)的絕緣 檢測裝置的種類很多，但是不管那種裝置，其構(gòu)成原理均為點(diǎn)錢平衡原理。目前使用最廣泛的是微機(jī)型絕緣檢測裝置，不但可以檢測全直流系統(tǒng)對地絕緣狀況，還可判斷出接地的極性，還能測試出具體發(fā)生接地的直流饋線,三、直流系統(tǒng)接地位置的檢查,（一)

13、接地所在饋線回路的確定 前已述及，危及性絕緣監(jiān)察裝置，可以確定出接地點(diǎn)所在饋線回路絕緣檢測裝置的直流系統(tǒng)，當(dāng)出線一點(diǎn)接地故障之后，運(yùn)行人員要首先縮小接地點(diǎn)可能所在的范圍，即確定哪一條饋線回路發(fā)生了故障。 運(yùn)行人員確定及地點(diǎn)所在直流饋線回路的具體方法是“拉路法” 所謂“拉路法”是指：依次、分別、短時切斷直流系統(tǒng)中各直流饋線來確定接地點(diǎn)在回路的方法。 例如，發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地后先斷開某一直流饋線，觀察接地現(xiàn)象是否消失。若接地現(xiàn)象消失，說明接地電在被拉饋線回路中，如果接地現(xiàn)象未消失，立即恢復(fù)對，該饋線的供電。再斷開另一條饋線進(jìn)行檢查。重復(fù)上述過程，直至確定出線地點(diǎn)的所在饋線。,用上述方法確定姐弟點(diǎn)所在

14、饋線回路時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)（1）應(yīng)根據(jù)運(yùn)行方式、天氣狀況及操作情況，判斷接地點(diǎn)可能所在的范圍，以便在盡量少的拉路情況下能迅速的確定接地點(diǎn)的位置。 (2)拉路順序的原則是先拉信號回路及照明回路，最后拉操作回路；先拉室外線回路，后拉室內(nèi)線回路 。（3）斷開每一饋線的時間不超過3s,不論接地是否在被拉回路上，應(yīng)盡快回復(fù)供電。（4）當(dāng)被拉回路中接有繼電保護(hù)裝置時，在拉路之前應(yīng)將直流消失后容易誤動的保護(hù)（例如發(fā)電機(jī)的誤上電保護(hù)、啟停機(jī)保護(hù)）等退出運(yùn)行。,（5）當(dāng)被拉回路中接有輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)裝置時（例如高頻保護(hù)等），在進(jìn)行拉路之前，首先與調(diào)度員聯(lián)系，同時退出線路兩側(cè)的縱聯(lián)保護(hù)。 當(dāng)用拉路法找不到接地點(diǎn)

15、所在的饋線回路時，可能的原因有以下幾點(diǎn)： 1）接地位置發(fā)生在充電設(shè)備的回路中，或發(fā)生在蓄電池組的內(nèi)部，或發(fā)生在直流母線上。 2）直流系統(tǒng)采用環(huán)路供電方式，而在拉路之前沒斷開環(huán)路時。 3）全直流系統(tǒng)對地絕緣不良。 4）各直流回路互相穿點(diǎn)或有寄生回路。,UPS不間斷電源概況,不間斷電源供電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是一套將交流電變?yōu)橹绷麟姷恼?充電裝置和一套把直流電再度轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷腜WM逆變器。蓄電池在交流電正常供電時存儲能量，此時它一直維持在一個正常的充電電壓上，一旦市電供電中斷時，蓄電池立即對逆變器供電已保證UPS電源交流輸出電壓的連續(xù)性。在一般情況下，微機(jī)用戶在遇到市電供電中斷時，需要在蓄電池允許的

16、放電時間（一般是15-30分鐘）進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等應(yīng)急操作。,一臺設(shè)計良好的UPS包括以下幾部分 （1）交流輸濾波回路及整流回路 （2）蓄電池及充電回路 （3）PWM脈沖寬度調(diào)制型濾波器 （4）各種保護(hù)（過流、過壓、空載保護(hù)，電池電壓過低，電池極性和交流極性檢測）線路及相關(guān)指示燈和喇叭； （5）交流市電供電與UPS逆變供電的自動切換裝置 （6）控制回路,UPS常見故障分析 UPS不間斷電源若發(fā)生故障時，應(yīng)首先觀察控制面板上各工作狀態(tài)指示燈的工作情況，大概判斷故障是在電源逆變器供電部分還是在市電供電部分。若故障來源于逆變器工作部分，則應(yīng)首先檢查蓄電池電壓是否在規(guī)定的正常值（22-24V）范圍內(nèi)。,故

17、障現(xiàn)象：1、有市電時UPS輸出正常，而無市電時蜂鳴器長鳴，無輸出。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池和逆變器部分故障，可按以下程序檢查： 檢查蓄電池電壓，看蓄電池是否充電不足，若蓄電池充電不足，則要檢查是蓄電池本身的故障還是充電電路故障。 若蓄電池工作電壓正常，檢查逆變器驅(qū)動電路工作是否正常，若驅(qū)動電路輸出正常，說明逆變器損壞。 若逆變器驅(qū)動電路工作不正常，則檢查波形產(chǎn)生電路有無PWM控制信號輸出，若有控制信號輸出，說明故障在逆變器驅(qū)動電路。 若波形產(chǎn)生電路無PWM控制信號輸出，則檢查其輸出是否因保護(hù)電路工作而封鎖，若有則查明保護(hù)原因； 若保護(hù)電路沒有工作且工作電壓正常，而波形產(chǎn)生電路無PWM波形

18、輸出則說明波形產(chǎn)生電路損壞。 上述排故順序也可倒過來進(jìn)行，有時能更快發(fā)現(xiàn)故障。,故障現(xiàn)象：1、有市電時UPS輸出正常，而無市電時蜂鳴器長鳴，無輸出。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池和逆變器部分故障，可按以下程序檢查： 檢查蓄電池電壓，看蓄電池是否充電不足，若蓄電池充電不足，則要檢查是蓄電池本身的故障還是充電電路故障。 若蓄電池工作電壓正常，檢查逆變器驅(qū)動電路工作是否正常，若驅(qū)動電路輸出正常，說明逆變器損壞。,若逆變器驅(qū)動電路工作不正常，則檢查波形產(chǎn)生電路有無PWM控制信號輸出，若有控制信號輸出，說明故障在逆變器驅(qū)動電路。 若波形產(chǎn)生電路無PWM控制信號輸出，則檢查其輸出是否因保護(hù)電路工作而封鎖，

19、若有則查明保護(hù)原因； 若保護(hù)電路沒有工作且工作電壓正常，而波形產(chǎn)生電路無PWM波形輸出則說明波形產(chǎn)生電路損壞。 上述排故順序也可倒過來進(jìn)行，有時能更快發(fā)現(xiàn)故障。,故障現(xiàn)象：2、蓄電池電壓偏低，但開機(jī)充電十多小時，蓄電池電壓仍充不上去。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池或充電電路故障，可按以下步驟檢查： 檢查充電電路輸入輸出電壓是否正常； 若充電電路輸入正常，輸出不正常，斷開蓄電池 再測，若仍不正常則為充電電路故障； 若斷開蓄電池后充電電路輸入、輸出均正常，則說明蓄電池已因長期未充電、過放或已到壽命期等原因而損壞。,故障現(xiàn)象：3、逆變器功率級一對功放晶體管損壞，更換同型號晶體管后，運(yùn)行一段時間又燒壞的原因是電流過大，而引起電流過大的原因有： 過流保護(hù)失效。當(dāng)逆變器輸出發(fā)生過電流時，過流保