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1、供配电系统的二次回路及其操作电源随着电子技术、微机技术、通讯技术的广泛应用，工厂供配电系统的二次回路和自动装 置已发生了革命性的变革，在电力运行和安全中变得越来越重要。近10年来我国没有发生大 电网稳定破坏、大面积停电事故。这标志着我国供配电系统的二次回路和自动装置已达到国 际先进水平。二次回路用于监视测量仪表、控制操作、信号指示、保护一次电路运行；电力设备中的继 电器和自动装置的全部低压回路均称二次回路（或称二次系统），二次回路依电源及用途可 分为以下几种回路：（1）电流回路；（2）电压回路；（3）操作回路；（4）信号回路。如 图7-1为左边三相电路为一次电路，右边为二次电路。对于电力系统中
2、的高压成套配电设备，二次回路通常使用直流220V或110V作为其工作电 源，一般电力系统中的低压成套配电设备，则使用交流220或380V （直接从主回路上取电源） 作为工作电源。另外，对于发电厂的高低压配电设备，由于其设备的运行重要性，一般都使用直流220V或 110 V作为其工作电源。工程中信息类IT设备与电力系统的二次电路有不同的定义：在信息类IT设备中：所谓二次电路secondary circuit一不于一次电源直接连接的，而是 由位于设备内的变压器，变换器或等效的隔离装置供电的一种电路。电力系统二次回路是：对于电气设备，如发电机、电动机、变压器、断路器、隔离开关、 接触器、电动机起动装
3、置等，都同时具有两种接线，一种是与电源连接的主回路，它是把电 网的电流接到设备上做功的主体元件，输送的是大电流；另一种是主体元件的辅助电路，如 监察测量仪表、控制及信号装置、继电保护装置、自动控制及监测或反馈装置、远动装置等， 这些装置一般是由互感器、蓄电池组、低压电源继电器、插件、供电装置等组成，它们的工 作状态及逻辑功能决定着主体元件的工作状态并监控主体元件，这些装置使用低电压、小电 流却控制着主回路的高电压、大电流。我们把这些装置的接线称为二次接线或二次回路、辅 助回路，而把主体元件的主回路称为一次接线或一次回路、主回路。二次回路的作用是对电气一次系统进行控制，测量和计量、监视和保护，对
4、于一次系统 发生故障时，根据故障时电气量的变化而切除故障的电气设备，对一次系统不正常运行时， 发出相应的信号，让值班人员进行检查处理。对二次回路基本要求对二次回路有如下基本要求：选择性、快速性、灵敏性、可靠性。选择性：系统中发生故障时，保护装置应有选择地切除故障部分，非故障部分继续运行；快速性：在短路时，能快速切除故障达到如下目标 缩小故障范围，减少短路电流引起的破坏； 减少对电路的影响； 提咼系统的稳定性；灵敏性：指继电保护装置对保护设备可能发生的故障和正常运行的情况，能够灵敏的感受 和灵敏地作，保护装置的灵敏性以灵敏系数衡量。可靠性：对各种故障和不正常的运方式，应保证可靠动作，不误动也不拒
5、动，即有足够的 可靠。二次回路的操作电源是供给高压断路器分、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监测 系统及其他二次设备所需的电源。因此对二次回路操作电源的供电可靠性要求很高，也要求 具有足够大的容量，且要求尽可能不受供配电系统运行的影响。二次回路的操作电源分直流和交流两大类。直流操作电源分蓄电池组供电和从交流经整 流装置供电两种方式。、直流操作电源（一）、蓄电池组供电方式蓄电池 蓄电池也叫二次电池，可充电电池，因其电解质由强酸或强碱组成，因此又分成铅 酸蓄电池、碱性蓄电池。按铅酸蓄电池中电解液存在的方式，铅酸蓄电池分为开口式（富液） 铅酸蓄电池和阀控式（贫液）密封铅酸蓄电池。碱性有铁镍蓄电池、
6、镉镍蓄电池、锌银蓄电 池、镍氢电池，镉镍电池使用较多。可充锂电池因良好性能目前逐步应用于电力系统。电力用蓄电池的演变过程是：1970年前主要采用开启式铅酸电池1980年前使用半密封铅酸 电池1990年前变碱性镉镍电池替代1990年以后至今主要使用阀控铅酸电池。由于国内阀 控电池的材料及制造工艺日趋成熟，与国外蓄电池产品质量、寿命等比差距已缩小。图7-2单组蓄电池 图7-3蓄电池柜酸性蓄电池 充电完毕后的单个电池电压约2V 镉-镍蓄电池 充电完毕后的单个电池电压约1.2 V1、铅酸蓄电池 主要的酸性蓄电池正、负极活性物质是二氧化铅（PbO2）、铅（Pb）,电解 质是1.21.3g/cm3的稀硫酸
7、（H2SO4）,图7-1这就是铅酸蓄电池。该蓄电池以方型为主，圆柱 形的不多，容器材料为玻璃、橡胶或塑料。铅酸蓄电池单个电池电压约2 V。充电终止电压 可达2.7V；而放电后，端电压可降至1.9V,为了获得220V的直流操作电压，且计及线路的 电压降，应按230V来考虑电池的个数。因此所需蓄电池的个数n=230/1.95118个。但考虑 到充电终了时端电压的升高，因此长期接入操作电源母线的蓄电池个数叫=230/2.788个。 而其他用于调节电压的蓄电池个数n2=n-n1=118-88=30个，均接在专门的调压开关上。老式铅酸蓄电池使用中要注意产生的酸性气液体，对电气设备、建筑物、原材料、产品和
8、人 身造成危害、污染环境，且有爆炸的危险。过去铅酸蓄电池都设在考虑防腐防爆的专用的蓄 电池室内，目前使用的都是被改进后的阀控型或防酸型铅酸电池。阀控铅酸蓄电池的工作原理阀控式密封铅酸蓄电池在充放电过程中的化学反应如下:实现电池密封的设计解决方案= 防止因过充电导致水分解而引起电解液的减少=实现电池的密封阀控铅酸蓄电池在使用过程中毋须补加水（这是阀控密封的关键，即电池在寿命期内基本不 失水）。要实现这一点，有两条途径：抑制充电后期或过充电过程中气体的产生；使充电后后期或过充电过程中产生的气体被电池内的材料吸收（还原成水）。阀控铅酸蓄电池通过以下独特的设计，综合运用了上述两种手段：1通过独特的正负
9、极板栅合金配方和特别的充电方法来抑制和减少充电后期气体的产生；2通过独特的正负极活性物质和电解液配比设计以及选用独特的隔板材料使得在过充电时， 只在正极产生少量氧气，且这些氧气能穿过隔板到达负极；3活物质设计正、负极板活物质在充电过程中的异步复原反应，即当正极板活物质完全充电恢复后， 负极板活物质还未完全转变为海绵状铅，这样，充电末期当正极开始产生氧气时，负极板还 未变成完全充电状态，可以最大限度抑制氢气的产生。4隔板：设计隔板达到以下4个主要目的保持正、负极板绝缘；吸附电解液，保持电解液不流动及负极板处于湿润状态；高孔隙度，使正极产生的氧气容易通过到达负极板；隔板中加入适量粗纤维，保持隔板长
10、时间具备良好的弹性。充电末期电极反应正极产生的氧气，与负极活物质和稀硫酸进行反应，使负极板的一部分处于去极化状态，从 而抑制了氢气的产生。图7-4铅酸蓄电池充电反应总之，充电过程产生的氧气能够迅速与负极板上充电状态下的活物质发生反应变成水，结果 基本没有水份的损失，密封成为可能。【注】上述反应均是在负极（当充电时亦被称为阴极）发生的反应，因此这种阀控电池亦被称为阴极吸收式电池。阀控式铅酸蓄电池的工作原理综合讲来就是：气体再化合，即：正极产生的氧气，通过AGM 隔板中的孔隙(或胶体的裂缝)与负极活物质和稀硫酸进行反应，再化合成水，同时使负极 板的一部分处于放电状态，从而抑制氢气的产生。只要正极板
11、氧气的产生速度不超过负极板 对氧气的吸收速度，电池中不会有多余气体产生，电池中的水也不会损失，就可实现密封。 实际在蓄电池实际使用过程中，总有少量的气体不能被再化合，为防止电池内部压力过大， 在电池盖上安装单向阀，排除电池内部多余的气体，这就是所谓的阀控。阀控铅酸蓄电池(VRLA电池)具有免维护、储存期长、一致性好、可靠性高等优点，广泛 应用于固定型备用电源、电动汽车、电动自行车的动力电源等。阀控铅酸电池容量(Ah)有40、65、100、150、200、300、400、500、700、1000。阀控铅酸电池组电压一般有110V、220V或48V。大容量电池可由多组电池并联而成。2、碱性蓄电池具
12、有重量轻、自放电少的优点，不会因过充电或过放电而造成活性物质的钝 化。但是碱性蓄电池活性物质的导电性差，且价格比较高。镉镍蓄电池工作原理镉镍蓄电池充电状态时，正极板上的活性物质为氢氧化镍Ni(OH)3,负极板上为金属镉Cd。 放电终止时，正极板活性物质转化为氢氧化亚镍Ni(OH)2，负极板活性物质转化为氢氧化镉 Cd(OH)2。镉镍蓄电池充、放电时的化学反应为：Cd+2Ni(OH)Cd(OH) +2Ni(OH)3放电 22电由以上反映式可知，电解液并未参加反应，它只是起传导电流的作用，因此在充、放电过程 中，电解液密度不会改变。镉镍蓄电池的循环次数达2000次，使用寿命为1020年。镉镍蓄电池
13、使用注意事项：使用前应先充电，充电时应定时测量电池电压，充电终止电压不得高于1.6V,以免引起爆炸。 镉镍电池的标准电动势为1.33V,工作电压为1.201.25V,放电终止电压为1.0V。镉镍电池充电时的环境温度应保持在1535C,否则影响电池的容量和寿命。电池电解液是KOH的水溶液，其只传导电流，浓度基本不变，不能根据电解液密度的大小 来判断电池充放电程度。电池长期储存后，使用之前要先以10h(小时)率充电1416h，再以5h率放电至单个电池电压 1.0V,充放电循环23次，至放电容量达额定值后，再充电使用。电池使用期限接近规定寿命时，如出现底部、外壳及电池盖有鼓胀现象，应予报废。镉镍蓄电
14、池具有无污染、体积小、使用寿命长、适应性强、可靠性高和放电倍率高优点，是 直流系统理想的新一代电池。尽管目前它的价格较高，由于具有上述优点，可直接装在直流 屏上，无需专门的蓄电池室，无需防护有害气液体侵蚀的措施，其综合经济指标，仍具有其 优越性。采用镉镍蓄电池组作二次回路操作电源，除不受供电系统运行情况影响、工作可靠外，还有 其寿命长、高低温性能好、机械强度高、放电电压平稳、大电流放电性能好、腐蚀性小，无 须专用房间等优点，从而大大降低了投资，在用户供配电系统中应用比较普遍。蓄电池检测、维护容量和寿命是衡量蓄电池的主要指标，容量一般用安时（AH）来表示，表征蓄电池储 备能量的能力。寿命则是表示
15、蓄电池容量衰退速度的一项指标，随着使用的深入，蓄电池容 量衰退是不可避免的，是绝对的，当容量衰退到一个规定值时，可以判定寿命终结，以定容 量70%充放电循环次数来表示蓄电池的寿命，合格底线为350次。根据DL/T724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程规定，无 论酸性还是碱性蓄电池，运行人员除了进行常规的外观、温度、电流、电压的巡检、测试外， 还需定期进行核对性容量测试，以确保电池组的完好。检测中如果发现单只或整组电池容量 小于额定容量的80%，此时极板格栅已经腐蚀和膨胀，极板活性材料已经劣化，电解液已经 开始干涸。此时，电池容量下降，则视作该电池损坏必须更换。早期使用电
16、炉、水阻等负载放电来测试容量的方法，准确度低、劳动强度大；目前已较 多采用微机控制的智能容量测试仪。目前电力系统中使用最多的阀控铅酸蓄电池，早期曾被 称作免维护电池，曾经误导了部分运行人员，认为这类电池不需要巡视、检测和维护，使故 障电池带病运行，酿成了诸如发电机烧毁等重大事故。对于各型发电厂、枢纽变电站直流柜 的电池组，建议选用智能蓄电池在线监测装置，既可测量每节电池的电流、电压、温度、容 量，还可以测量每只电池的内阻，从而及早识别并更换有潜在故障的电池。蓄电池的好坏无法用常规的电流、电压测量来判别，目前行之有效的方法有两种：一种 是对电池组作实际的容量放电测试，另一种是测量电池的内阻（仅为毫欧级），内
