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1、变电站交、直流系统,一、直流系统的作用,直流系统是给信号设备、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。 直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一。,控制回路用直流为什么比用交流可靠？,1、输出电压稳定。 2、单个直流屏有二路交流输入（自动切换），加上蓄电池，相当于有三个电源供电。 3、假如用交流电源，当系统发生短路故障，电压会因短路而降低，使二次控制
2、电压也降低，严重时会因电压低而使断路器跳不开！,二、直流系统的组成及各部件的作用,1、直流系统的基本概念 （1）直流母线：直流电源屏内的正、负极主母线。 （2）合闸母线：直流电源屏内供断路器电磁合闸机构等动力负荷的直流母线。 （3）直流馈线：直流馈线屏至直流小母线和直流分电屏的直流电源电缆。 （4）均衡充电：用于均衡单体电池容量的充电方式，一般充电电压较高，常用作快速恢复电池容量。 （5）浮充电：保持电池容量的一种充电方法，一般电压较低，常用来平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢复电池容量。,二、直流系统的组成及各部件的作用,（6）正常充电：蓄电池正常的充电过程，即由均充电转到浮充电的过程
3、。 （7）定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致电池单体容量不平衡，而周期性地以较高的电压对电池进行均衡充电。 （8）限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电。 （9）恒压均充：以恒定的均充电压对电池充电。,合母与控母的区别,1、控制母线提供持续的，较小负荷的直流电源；而合闸母线提供瞬时较大的电源。在合闸时电流较大，会造成母线电压的短时下降。 2、控母电压一般为220V，合母电压为240V。,变电站站用控制电源系统拓扑图,交直流一体化设计理念,传统电源系统,一体化电源系统,节约成本,统一监控平台,高速以太网,综自监控,UPS电源系统,直流电源系统,通信电源系统,MODBU
4、S,一体式触摸式监控器 IEC61850规约,UPS电源系统,直流电源系统,通信电源系统,综自监控,UPS电源通信规约,直流电源通信规约,通信电源通信规约,减少传统变电站交、直流系统用两个ATS的模式。 一体化监测与诊断系统提供了实时在线监测系统，使得报警及维护更加及时，保证电力系统的稳定性。 共享直流操作电源的蓄电池组，取消传统UPS和通信电源 的蓄电池组和充电单元，减少维护工作量。 对防雷单元统一优化配置，针对UPS和DC/DC的直流输入 进行优化设计和EMI处理，满足EMC要求。 统一了通信协议，使得交直流系统后台的管理更加方便化。 建立智能监测与诊断系统，保证了变电站交直流电源系统大的
5、可靠运行。,ATS,ATS,充电器,一路交流,二路交流,UPS电源系统,直流电源系统,通信电源系统,站用电源系统,站内交流设备,直流用电设备,通信电源设备,综自后台,UPS监控模块,直流监控模块,通信监控模块,间隔层,站控层,高速以太网,一体化触摸式监控器,综自监控,IEC61850,ATS,一路交流,二路交流,交流站用设备,直流站用设备,通信设备,ACBUS,综自监控,IEC61850,高速以太网,交流屏,逆变电源屏,直流充电屏,通信电源屏,DCBUS,此为双向并网有源逆变过程,监控模块,监控模块,监控模块,MODBUS,交直流一体化电源监控装置,二 系统介绍,直流系统屏面布置图,返回,二组
6、充电机二组蓄电池带降压装置,直流电源系统组成,按功能单元划分直流电源一般可分为以下几个部分 ：,系统监控单元 交流配电部分 高频充电模块 蓄电池组 降压单元硅链 馈线输出开关等,直流系统原理框图,直流系统连接图,系统监控,绝缘及蓄电池检测： 通过绝缘巡检单元及 蓄电池巡检单元对相 关量进行检测。,模块监视：读取高频模块电压、电流数据、控制充电电压、电流,模拟量、开关量： 合闸、控制母线电压、电流、熔断器熔断、开关跳闸、避雷器击穿等,系统监控单元： 对本系统提供全方位的监控,系统监控单元,交流缺相，过欠压,母线过欠压,蓄电池过欠压,正负母线对地电压降低,母线绝缘降低,模块通讯故障,模块故障,开关
7、状态数字信号,熔丝故障,馈线脱扣,防雷器故障,绝缘故障,直流系统故障,上 位 机,系统监控单元,2.1 交流配电单元,2.各单元工作原理,2.1 交流配电单元,正常运行时，三相交流电处于相对平衡的状态，三相交流电中心点与零线之间无电势差，内部继电器J1不动作，交流故障监测单元内的告警继电器J3的线圈通过J1的常闭接点接于零线与火线间，同时LED 发光管点亮，指示交流电源正常。当交流任一相发生缺相或三相严重不平衡时，三相交流电中心点与零线之间产生电势差，内部继电器J1得电动作，其常闭接点断开，使得内部继电器J3线圈失电，J3常闭接点闭合，发出故障告警信号，同时 LED熄灭，指示交流电源故障。,雷
8、击分为直击雷和感应雷两种，线路直接遭雷击时，电缆中流过很大电流，同时引起数千伏的过电压直接加到线路装置和电源设备上，持续时间达若干微秒，直接危害用电设备。感应雷通过雷云之间或雷云对地的放电，在附近的电缆或用电设备上产生感应过电压，危害用电设备的安全。因此必须要在交流配电单元入口加装防雷器。 目前我司直流电源柜设有C级及D 级防雷，C级防雷设在交流配电单元入口，选用的防雷器为世界名牌防雷产品，通流量40kA，动作时间小于25ns，D级防雷设在充电模块内，通流量为10kA，动作时间小25ns，可以有效地将雷电引入大地，将雷电的危害降至最小。当防雷器故障时,C级防雷器的工作状态窗口由绿变红,提醒更换
9、防雷模块,防雷模块插拔方便,易于更换。,2.2 防雷保护,雷击浪涌吸收器具有防雷和抑制电网瞬间过压双重功能，最大通流量40KA，动作时间小于25ns。由下图可见，相线与相线之间，相线与零线之间的瞬间干扰脉冲均可被压敏电阻和气体放电管吸收。因此，其功能优于单纯的防雷器。,2.3 雷击浪涌吸收器,1、模块系列最全 2、单模块功能最全 3、单模块功率因数最高 4、单模块输出功率最大 5、独有电压、电流显示功能,2.4 充电模块,充电模块,高频开关电源模块原理图,集中控制及均流接口,C,D,A,B,高频开关电源由以下几个部分组成：,主电路 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括： 原边检测控制电路：监
10、视交流输入电网的电压，实现输入过压、欠压、缺相保护功能及软启动的控制。 EMI输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。 软启动：消除开机浪涌电流。 整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。 全桥变换：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。 输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 控制电路 一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进
11、行各种保护措施。 检测电路 除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。 辅助电源 提供所有单一电路的不同要求电源。,全桥相移ZVZCS软开关技术采用恒频控制、对称性结构，在大功率变换器中得到了广泛的应用，在高频大功率变换器中，全桥相移ZVZCS技术是理想的软开关方案。,软开关技术,浮充电压2.25Vn 均充电压2.35Vn 浮充电流0.1C10 纹波系数0.5 n:系统电池只数 蓄电池充电电压、电流选择关系到蓄电池的寿命，影响着整组直流系统的可靠运行。,电池充电参数整定,充电装置采用N+1个高频开关电源模块并联工作。模块数量可按如下公式选择： NInIj+Ic10 In
12、一台充电模块的额定电流 Ij 直流系统经常性负荷 Ic10 蓄电池组恒流充电电流，阀控式铅酸电池为0.1C10 例如：直流电源系统电压等级为220VDC，蓄电池容量为300Ah，经常性负荷为5A（最大经常性负荷不超过7A）。 充电电流(0.1C10300AH)+最大经常性负荷(约7A)=37A。选用20A电源模块2台即可满足负荷需求(N=2),再加一个备用模块共3个电源模块并联即可构成所需系统。,充电模块配置原则,智能化程度高，任一充电模块故障时能自动将其关闭，其余模块重新均分负载 当系统中所有变送器均故障时，仍可正确地控制整个系统 与充电模块等下级设备采用数字通讯方式，输入、输出电气隔离设计
13、 提供完全隔离的 RS232/RS422接口供远程监控使用，四遥功能可采用任意通讯规约 提供双串口可同时与DCS和本站监控系统通讯 200条汉字显示历史记录，500条储存记录 同时有UPS监控器、交流监控器，触摸型监控器、真彩屏幕监控器等,2.5 集中监控器,集中监控器原理框图,显示蓄电池电压和充放电电流 显示蓄电池环境温度，实现温度补偿 手动/自动均充 蓄电池过、欠压报警,蓄电池管理,温度补偿系数一般设定为负的35mV/单只电池。即当环境温度高于电池厂家设定值时，充电电压降低V；反之，则充电电压升高V。温度变化后充电电压变化V计算如下： VnKcT n蓄电池组电池个数 Kc温度补偿系数，一般
14、取-3mV T温度较基准温度一般为25的变化。,温度补偿充电电压计算,运行模式说明,1.浮充模式 正常运行时，直流系统工作在浮充电状态，主要是提供经常性负荷工作电源及补偿蓄电池放电损失的电能。浮充电工作方式运行时，集中监控器可根据检测到的环境工作温度来调节充电机的输出电压，以达到对蓄电池浮充电电压温度补偿的要求。浮充电压温 度补偿系数由监控器设定。本系统在浮充电工作方式运行时，集中监控器可根据检测到的环境工作温度来调节充电机的输出电压，以达到对蓄电池浮充电电压温度补偿的要求。浮充压温度补偿系数由监控器设定。 2.均充模式 定时均充 自动均充,定时均充功能,定时均充程序：以整定的充电电流进行稳流
15、充电，当电压逐渐上升到均充电压整定值时，自动转为稳压充电，当达到预设时间时转为浮充运行。均充时间可通过键盘任意设定。,当下述的条件之一成立时，系统自动启动均充： 系统连续浮充运行超过设定的时间(3个月)； 交流电源故障，蓄电池放电超过十分钟。 自动均充电程序：以整定的充电电流进行稳流充电，当电压逐渐上升到均充电压整定值时，自动转为稳压充电，当充电电流小于0.01C10A后延时一定时间后（出厂设定值为15分钟），自动转为浮充运行。,自动均充功能,当系统出现故障时，在屏幕右侧会弹出故障字样，按功能键则可查看详细内容。若故障内容在主屏内则相应项会反白显示并闪烁。,显示操作,在此菜单中可以控制充电机的开关机、均/浮充状态以及均/浮充时间。,一组充电机控制：,充电机： 开机/浮充,* 浮充定时： 090天,* 均充定时： 10：00,* 均充延时： 00：15,返回,转换,下页,若系统含有二组充电机，通过下页键，对二组充电机进行控制设置。,充电机控制操作,绝缘监测仪用于监测直流系统电压及其绝缘情
