直流系统基础知识教材

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1、一、直流系统必备的知识 n直流电在变电所的作用 n直流系统的组成 n直流系统各元件的作用 n直流系统在变电所的重要性 n巡视检查项目 n蓄电池的运行与维护 1、直流电在变电所的作用 n变电所的直流系统是为提供操作电源、继电保护 、信号装置、自动装置、事故照明、应急电源（ UPS）及断路器分、合闸操作提供直流电源的电 源设备。 n直流系统是一个独立的电源，它不受站用变和系 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 响到电力系统供电的可靠性和安全性。 2、直流系统的组成 n直流系统主要由两大部分组成。一部分是电池

2、屏 ，另一部分是直流屏，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 2V12V的数节电池以串联的方式组成，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。 n直流屏主要是由机柜、整流模块系统（充电装置 ）、直流母线（合闸母线和控制母线）、监控系 统（如：广华变是PM4触摸屏的监控）、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组成。 基本概念介绍 n浮充：当电池处于充满状态时，充电装置不会停 止充电，仍会提供恒定的浮充电压与很小浮充电 流供给电池，因为一旦充电

3、器停止充电，电池会 自然地释放电能，所以利用浮充的方式，平衡这 种自然放电。 n均充是一种蓄电池的充电模式。以定电流和定时 间的方式对电池充电，充电较快。充电电压与浮 充相比要大。在专业维护人员对电池保养时经常 用的充电模式，这种模式还有利于激活电池的化 学特性。 问题：均充和浮充的区别？ n均充是给整个电池组一个比较高的电压,然后控制 充电电流维持在一个比较高的值,比如104节2V 电池组,那么可以限制在以60A左右的电流持续充 电,当104节电池总体电压值达到规定同时电流降 低至某一给点值,比如6A,则均充结束,也就是说均 充一直是以大电流进行充电. n浮充就是以一个恒定电压值,比如上面说

4、的104节 电池大约230V,那就长期以234V的电压加在电 池组上,便于当出现某组电池电压降低后立即进行 补充式充电. n控制母线：为操作回路、信号回路、保护 装置等提供电源。电压（220230v） n合闸母线：专门为开关的合闸回路提供电 源。电压（240v245v） 问题：合闸母线电压为什么比控制母线电压 高？ n合闸母线一般240V，控制母线220V。 主要是老式断路器的电磁式操作机构需 要较大的合闸电流，所以弄出一个合闸母 线来。简单来说就是合闸母线带着一个大 合闸线圈，靠磁力吸开关机构来达到合闸 的目的。因为需要的吸力特别大，所以线 圈中的电流特别大，就导致了在合闸的时 候，合母电压

5、降的比较低（简单的欧姆定 律），为了解决电压过低的问题，变电站 专门设置了控制母线（带操作回路、信号 回路、保护装置等等负荷，电压220 230v）和合闸母线（专门带开关的合闸回 路，电压240v245v）。一般情况下合 闸母线比控制母线电压高20v左右。 n 但是现在随着科技的发展，电磁操作机构已经 逐渐被淘汰，取代它的是气动机构、弹簧机构等 新机构，这些开关的跳合闸是靠储能电机提前储 好能量，在开关有操作（保护或手跳合）时把能 量释放出来来完成的。所以不需要很大的合闸电 流，更不需要合闸母线了。现在新建的变电站基 本上都没有什么合闸母线了。但是这个传统却有 所保留，有些设计者设计控制母线带

6、保护装置， 所谓的合闸母线带储能电机，其实这个控母和合 母电压已经统一了，现在合母和控母的概念已经 淡化了，却可以用保护母线和控制母线更恰当些 ，我们这保护母线提供保护装置和其它自动化装 置的电源，控制母线提供开关的操作电源等。（ 如：新建的110KV盐化工变电站） 3、直流系统各元件的作用 n蓄电池：是变电所直流系统的备用电源。正常情 况下，变电所的直流负载是由整流模块（充电装 置）供电，蓄电池处于浮充电状态，以被充蓄电 池的自放电，处于备用状态，当直流充电装置失 去交流电源或充电装置故障，那么变电所的直流 负载的供电就由蓄电池供给。一般变电所蓄电池 配置的容量为300Ah，以30A电流放电

7、，理论上计 算可以放10个小时，以足够的时间进行直流系统 故障处理。 n蓄电池组直流电源系统是电力系统首选的独立操 作电源系统，它电压平稳、容量大、供电可靠， 适用于各种直流负荷。 n1）蓄电池的分类:目前，应用较多的蓄电池主要 有三大类: 铅酸蓄电池、碱性镉镍蓄电池以及阀 控式密封铅酸蓄电池。 n2）蓄电池的容量及放电率 蓄电池的容量（Q）是蓄电池蓄电能力的重要标 志。容量Q是指定的放电条件（温度放电电流、 终止电压）下所放出的电量称为蓄电池的容量， 单位用Ah（安时）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。 n蓄电池的容量一般分为额定容量和实际容量两种。 n额定容量

8、是指充足电的蓄电池在25时，以10h放电率放出的电能 。 QN=INtN 式中 QN蓄电池的额定容量，Ah；IN额定放电电流，即 10小时率 的放电电流，A；tN 放电至终止电压的时间，一般为10h。(如：广 华变电站的蓄电池为65Ah；每一瓶电池UN12V；每一组共18瓶； 12V/65AH的电池是指该电池能够以6.5A的电流恒定放电至终止电压 10.5V，可连续放电10小时。另外要注意，电池放电时间与放电电流不是线 性关系，如100AH电池以100A的电流放电支持不了1个小时，只有数十分 钟；而以1A的电流放电，则会超出100小时（不推荐如此方式放电）。 n实际容量与极板的面积、电解液的密

9、度、放电电流的大小、充电程度 及环境温度等有关，因此实际容量为 Q=It; 式中 Q 蓄电池的容量，Ah；I 非10小时率的放电电流， A； t 放电时间，h。 若电池的放电率是指放电至终止电压的快慢。采用不同的放电率，其 蓄电池的容量是不同的，铅酸蓄电池规定以10h放电率为标准放电率 。当以10h放电率放电到终止电压的容量约是以1h放电率放电到终 止电压时容量的2倍。 n整流模块系统（充电装置）：是供给变电所直流 负载的主要电源。整流模块把交流电整流成直流 电，平时充电装置向直流负载供电的同时，以很 小的电流向蓄电池以浮充电，以补偿蓄电池的自 放电，使蓄电池始终处于满充状态。充电装置每 季度

10、还向蓄电池进行一次静态放电，每月向蓄电 池进行一次动态放电，以解决因蓄电池自放电不 同，出现部分落后电池，而进行一次过充电，并 延长蓄电池的寿命。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），它可以多台并联使用，模块输出是 110V、220V稳定的直流电压。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。 n直流母线：汇集和分配直流电能的设备。充电装 置将输出的直流电汇集到直流母线，再通过直流 母线将电能分配到各个直流负载中去。 n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

11、功能单元和 蓄电池进行长期自动监测，获取系统中各种运行 参数和状态（如：两路三相交流输入电压、一路 电流、交流接触器的状态），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。 n绝缘监测单元：是监察直流系统正极和负 极电源对地绝缘情况的一种装置。可以实 时检测提供多路支路的绝缘电阻，当测量 到某支路正负极对地电阻达到设定的整定 值时，绝缘监察装置发出告警信号，可便 于值班人员检查

12、处理。 n电池巡检单元：对蓄电池在线电压情况循 环检测的一种设备。可以实时检测到每一 节蓄电池的电压是多少，当哪一节蓄电池 电压高过或低于设定值时，就会发出告警 信号，并能通过监控系统显示出哪一节蓄 电池发生故障。电池巡检单元一般能检测 2V-12V的蓄电池和循环检测1-108节电 池。 n开关量检测单元：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。 n降压单元：降压单元就是降压稳压设备， 是合母电压输入降压单元，降压单

13、元再输 出到控母，调节控母电压在设定范围内（ 110V或220V）。当合母电压变化时，降 压单元自动调节，保证输出电压稳定。 n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、防雷器、分流器、熔断器、转换开关 、按钮开关、指示灯及电流、电压表等等 。 4、直流系统在变电所的重要性 n对于绝大部分变电站来说，站内电力一次设备的 控制、保护、储能、闭锁、信号回路以及变电站 应急照明都是用直流电供电的，这个直流电是通 过将0.4KV的交流电经过直流屏的整流电路,将 交流电变流成直流电，从而给电

14、力设备上述几个 回路供电的，同时，这个整流电路输出的直流电 还给站内的蓄电池组进行浮充电，安装蓄电池的 目的是在于，如果站内有事故，造成一次设备全 部停电，站用变压器也停电时，还能够给站内的 电力一次设备的控制、保护、储能、闭锁、信号 这些直流回路提供直流电源，保证在全站停电的 情况下，一次设备还能够正常的运行几个小时。 这是变电站直流系统。 5、巡视检查项目 n交流输入电压，充电装置输出的电压（模块输出电压240V)、电 流值、直流母线电压（控制母线电压220V5%，合闸母线电压 控制母线电压）、蓄电池组的端电压值（2405V），浮充电 流值应正常(一般很小，两组电池浮充电流都有但不是平均分

15、配的 ）。小电流表测试有指示，无过充或欠充情况。 n直流装置上的各种信号灯，音响报警装置，微机监控器工作状态正 常。 n运行中的直流母线对地电阻值应不小于0.2M，定期检查正、负 母线对地绝缘值。 n蓄电池室内室温正常,照明设备完好,排风系统运行正常,室内无强烈 异味。 n蓄电池接头无腐蚀、过热，鼓肚现象。蓄电池应清洁无漏液，蓄电 池外壳无变形。 n触摸蓄电池外壳有无明显发烫，温度否正常。 n定期测试蓄单个电池的电压及每组电池的端电压，并做好记录。 6、蓄电池的运行与维护 n通常所说的免维护电池其定义是不 确切的，所谓免维护密封电池，只 是无须人工加酸加水，而非真正意 义上的免维护，相反其维护

16、要求变 得更高。 n电池长期不用或长期处于浮充状态，电池极板的 活性物质很易硫化，当活性物质越来越少时，电 池的放电能力也越来越差，直至放不出电。此外 ，由于电池之间的离散性，单体电池之间的实际 电压不尽相同，电池标称的浮充电压只是一种均 值，所选定的浮充电压并不能满足每一节电池的 要求，如果电池长期处于浮充状态，其结果必定 是，部分电池的电量能保证充满，而有一部分电 池是无法充满的，这一部分电池表现出来的电压 是虚的，需要放电时，其放电能力很差。因此， 要求充电系统具备定期对电池作维护性的均充活 化功能，以免电池硫化、虚充，确保电池的放电 能力和使用寿命。 n蓄电池平时工作在浮充状态。 n蓄电池均充周期为90天，可自动由浮充转 为均充。（这个过程是不放电的） n蓄电池每年至少进行一次大充大放。所谓 大充大放：就是核对性充放电。 蓄电池大充、大放步骤：放电前应先测 量每组电池电压及电池端电压，并做好记录。 n放电操作步骤： 断开组电池投切空开 合上组电池放电空开 合上放电装置交流空开（所用变屏背面） 放电装置开机确认键在