变电站直流系统综述

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1、 变电站直流系统 主讲人：* * 一、（1）什么是直流系统？ （2）直流系统在变电站中的组成单元 二、蓄电池简介及日常维护 三、UPS电源系统及日常维护 四、（1）直流系统接地有哪些危害？ （2）直流接地故障的处理方法 什么是直流系统？ 直流系统是应用于水力、火力发电厂，各类变电 站和其它使用直流设备的用户，为给信号设备、 保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器 分、合闸操作提供直流电源的电源设备。 直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂 用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中 断的情况下，保证由后备电源蓄电池继续提供 直流电源的重要设备。直流屏的可靠性、安全性 直接影响到电力系统

2、供电的可靠性和安全性。 直流系统的心脏是蓄电池，对蓄电池进行科学的 维护是直流系统的核心工作。 二、直流系统在变电站中的组成单元 一部份是电池屏,另一部份是直流充电屏（直流屏 ）。 电池屏就是一个可以摆放多节电池的机柜。电池 屏中的电池一般是由2V-12V的电池以9节到108节 串联方式组成，对应电的电压输出也就是110V或 220V。目前使用的电池主要是阀控式密封免维护 铅酸电池。 直流屏主要是由机柜、整流模块系统、监控系统 、绝缘监测单元、电池巡检单元、开关量检测单 元、降压单元及一系列的交流输入、直流输出、 电压显示、电流显示等配电单元。 整流模块系统 电力整流模块就是把交流电整流成直流

3、电的单机 模块，通常是以通过电流大小来标称（如2A模块 、5A模块、10A模块、20A模块等等），按设计理 念的不同也可以分为：风冷模块、独立风道模块 、自冷模块、自能风冷模块和自能自冷模块。 它可以多台并联使用，实现了N+1冗余。模块输出 是110V、220V稳定可调的直流电压。模块自身有 较为完善的各种保护功能如：输入过压保护、输 出过压保护、输出限流保护和输出短路保护等。 监控系统 监控系统是整个直流系统的控制、管理核心，其 主要任务是：对系统中各功能单元和蓄电池进行 长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状 态，根据测量数据及运行状态及时进行处理，并 以此为依据对系统进行控制，实现电

4、源系统的全 自动管理，保证其工作的连续性、可靠性和安全 性。 监控系统目前分为两种：一种是按键型还有一种 是触摸屏型。监控系统提供人机界面操作，实现 系统运行参数显示，系统控制操作和系统参数设 置。 绝缘监测单元 直流系统绝缘监测单元是监视直流系统绝缘情况 的一种装置，可实时监测线路对地漏电阻，此数值可 根据具体情况设定。当线路对地绝缘降低到设定值时 ，就会发出告警信号。直流系统绝缘监测单元目前有 母线绝缘监测、支路绝缘监测。 电池巡检单元就是对蓄电池在线电压情况巡环检 测的一种设备。可以实时检测到每节蓄电池电压的多 少，当哪一节蓄电池电压高过或低过设定时，就会发 出告警信号，并能通过监控系统

5、显示出是哪一节蓄电 池发生故障。电池巡检单元一般能检测2V-12V的蓄电 池和巡环检测1-104节蓄电池。 电池巡检单元 开关量检测单元 开关量检测单元是对开关量在线检测及告警干节 点输出的一种设备。比如在整套系统中哪一路断 路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断后开关 量检测单元就会发出告警信号，并能通过监控系 统显示出是哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪 路熔断器熔断。目前开关量检测单元可以采集到1 -104路开关量和多路无源干节点告警输出。 配电单元 配电单元主要是直流屏中为实现交流输入、 直流输出、电压显示、电流显示等功能所使用的 器件如：电源线、接线端子、交流断路器、直流 断路器、接触器

6、、防雷器、分流器、熔断器、转 换开关、按钮开关、指示灯以及电流、电压表等 等 三 三、蓄电池 1、简述（1） 蓄电池是一种化学电源，它既能将电能转 化为化学能储存起来，又能将储存起来的化学能转化为电 能输送出去。这两个能量的转化过程，就叫做蓄电池的充 电和放电 （2）蓄电池是独立的电源，不会受电力网的影响 。它具有电压稳定、使用方便和安全可靠等优点，并可根 据需要选择其容量或形式。 （3） 蓄电池按电解质的不同，分为酸性蓄电池和 碱性蓄电池。本风电场使用阀控式铅酸蓄电池。 阀控式 蓄电池阀控式电池由于采用了AGM材料和贫液设计，在 充电过程中，由正极生成的氧能与负极活性物质迅速反应 还原成水，

7、因此，正常情况下，电池电液不会损失，不用 添加蒸溜水 阀控式蓄电池在正常浮充电状态下，处于密封状态，装设 有能自动开启和关闭的安全阀。当内部压力超过规定开阀 值时，安全阀自动开启；压力低于关阀时又自动关闭。安 全阀上有滤酸装置，不会排出酸雾等有害气体。 2、蓄电池的容量 蓄电池的容量(Q)是蓄电池蓄电能力的重要标志。容 量 Q是在指定的放电条件(温度、放电电流、终止电压)下 所放出的电量称为蓄电他的容量，单位用 A h(安培小 时)表示。蓄电池放电至终止电压的时间称放电率，单位 为 h(小时)率。 电池容量选择要进行直流负荷的统计，直流负荷按性质分 为经常负荷、非经常负荷、事故负荷。 直流负荷

8、的分类 运行的保护装置运行的保护装置 信号灯、位置指示器信号灯、位置指示器 逆变电源逆变电源 经常性负荷经常性负荷 直流负荷直流负荷 非经常性非经常性 负荷负荷 分合闸控制电源分合闸控制电源 储能机构动力电源储能机构动力电源 跳合闸控制电源跳合闸控制电源 跳合闸动力电源跳合闸动力电源 事故照明电源事故照明电源 事故负荷事故负荷 3、蓄电池组运行过程中的充电方式： （1）初充电 （2）浮充电 （3）均衡充电 （1）初充电： 新安装的蓄电池或大修中更换的蓄电池第一次充电， 称为初充电。初充电电流为1.0倍I10（10小时率放电 电流），单体电池充电电压到2.32.4V时电压平衡， 电压下降即可投运

9、，即转为浮充运行。 （2）浮充电 阀式电池完成初充电后，转为浮充电运行，浮充电电 压值为2.232.28V之间，根据制造厂家要求和运行具体 使用情况而定。浮充电流值为0.32mAh，作为电池内 部的自放电和外壳表面赃污后所产生的爬电损失，从而 使蓄电池组始终保持95%以上的容量。 （3）均衡充电 阀式电池在长期浮充运行中，如发生以下情况时， 需对蓄电池进行均衡充电： A、当电池安装完毕； B、浮充运行中蓄电池间电压偏差超过规定标准时， 即个别电池硫化或电解液的密度下降，造成电压降 低，容量不足； C、当交流电源中断时，放电容量超过规定（5%10% ）C10以上。 上述情况，按程序进行均衡充电。

10、对第二种情况如 果设有电池监控装置能判断时，根据该装置监测情 况进行均衡充电。如果不准确的电池监控装置时， 则根据制造厂的要求，一般每三个月进行一次均衡 充电，使蓄电池组随时处于满容量状态，以确保直 流电流运行的安全可靠。 4、阀控式蓄电池核对性放电 直流系统有两组阀控式蓄电池的核对性放电： 当发电厂或变电所的直流系统只安装有两组蓄电池 组时，可先对其中一组蓄电池进行全核对性放电 。放电电流以1.0I10电流恒流进行，当蓄电池端 电压下降到1.8VN时，停止放电，隔1-2H以后， 再用1.0I10电流进行恒流限压充电-恒压充电- -浮充电。反复放充电2-3次，其容量可得到恢 复。若经过3次全核

11、对性放电，蓄电池容量达不到 额定容量的80%，可认为此组蓄电池组的使用期限 已到，应采取更换措施。 储能电池的日常维护 虽说储能电池组目前都采用了免维护电池，但这只 是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工 作。但外因工作状态对电池的影响并没有改变，不 正常工作状态对电池造成的影响没有变，这部分的 维护检修工作仍是非常重要的，UPS电源系统的大量 维修检修工作主要在电池部分。 a.储能电池的工作全部是在浮充状态，在这种情况 下至少应每年进行一次放电。放电前应先对电池组 进行均衡充电，以达全组电池的均衡。要清楚放电 前电池组已存在的落后电池。放电过程中如有一只 达到放电终止电压时，应停止放电

12、，继续放电先消 除落后电池后再放。 c.平时应对蓄电池定期测量并做好记录。 d.日常维护中需经常检查的项目有：清洁并检测电 池两端电压、温度；连接处有无松动，腐蚀现象、 检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形 和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；主机 设备是否正常。 e.免维护电池要维护，不是什么无稽之谈，应从广 义的维护立场出发，做到运行、日常管理的周到、 细致和规范性，保证设备（包括主机设备）保持良 好的运行状况，从而延长使用年限；保证直流母线 经常保持合格的电压和电池的放电容量；保证电池 运行和人员的安全可靠。这就是电池维护的目的， 也是电池运行规程中包括的内容和进行规则。 U

13、PS交流不停电电源 UPS（Uninterruptible Power System ），即不 间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主 要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于 给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子 设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时 ，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS 就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池 充电；当市电中断（事故停电）时, UPS 立即将 机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续 供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负 载软、硬件不受损坏。 UPS的原理 AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、

14、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC- DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击 。 DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路 ，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出 阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调 制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论 是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可 靠地工作。 控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心， 它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示 驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由 于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆 变器的动态特性和稳定性。 （ SPWM正弦脉宽调制：由于采

15、用静态和动态双重 电压反馈。极由于全控型电力半导体器件的出现 ，不仅使得逆变电路的结构大为简化，而且在控 制策略上与晶闸管类的半控型器件相比，也有着 根本的不同，由原来的相位控制技术改变为脉冲 宽度控制技术，简称PWM技术。 PWM技术可以极其 有效地进行谐波抑制，在频率、效率各方面有着 明显的优点使逆变电路的技术性能与可靠性得到 了明显的提高。采用PWM方式构成的逆变器，其输 入为固定不变的直流电压，可以通过PWM技术在同 一逆变器中既实现调压又实现调频。 ） UPS电源工作过程 当市电正常380Vac时，直流主回路有直流电压， 供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220Vac交流电压， 同

16、时市电对电流充电。当任何时候市电欠压或突然掉电 ，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能 。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即 将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下 限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载 保护功能，当发生超载（150%负载）时，跳到旁路状态 ，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载（超过 200%额定负载）时，不间断电源立即停止逆变器输出并 跳到旁路状态，此时前面空气开关也可能跳闸。消除故 障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作。为使 不间断电源充分工作，避免在过载或欠载下运行，电源 在开机前，首先计算负载容量。 UPS日常维护与检修 (1)UPS电源在正常使用情况下，主机的维护工作 很少，主要是防尘