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1、第第4 4章章 操作电源操作电源泸州职业技术学院1电气二次回路教学目的：教学目的：掌握操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电 容储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系 统的绝缘监察与电压监察装置复习旧课复习旧课：电流互感器、电压互感器的结构原理、特点、接线方式 及准确级；重重 点点：掌握操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电 容储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系 统的绝缘监察与电压监察装置；难难 点点：掌握操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电 容储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系 统的绝缘监察与电压监察装置第第4 4章章 操作电源操作电源泸州
2、职业技术学院2电气二次回路4.1 概述4.2 蓄电池组直流电源系统4.3 硅整流电容储能直流电源系统4.4 复式整流装置直流系统4.5 直流系统的绝缘监察与电压监察装置4.6 闪光信号装置第第4 4章章 操作电源操作电源泸州职业技术学院3电气二次回路4.1 4.1 概述概述4.1.1 操作电源的作用 发电厂及变电所中各种电气设备的操作、控制、保护、信号及自动装置，都需要有可靠的供电电源，由于这种电源特别重要，所以一般都专门设置，通常又称其为操作电源。大中型发电厂及变电所主要采用直流操作电源。供电站控制环保自动装置；供电站操作机械调节器机械；供电站独立的事故照明。泸州职业技术学院4电气二次回路4
3、.1.2 4.1.2 对操作电源的基本要求对操作电源的基本要求1、保证供电的可靠性：最好装设独立的直流操作电源，以免交流系统故障而影响操作电源的正常供电。2、具备足够的容量：满足全厂（所）事故停电时，直流电源负荷、最大冲击负荷及1h事故照明等用电需要；且能保证直流母线电压在规定的额定值（正常运行时，操作电源母线电压波动范围小于5额定值；事故时操作电源母线电压不低于90额定值；失去浮充电源后，在最大负载下的直流电压不低于80额定值），波纹系数小于5。3、满足经济和实用的要求：使用寿命长、维护工作量小、投资省、占地面积小、噪声干扰小等。泸州职业技术学院5电气二次回路 1、交流操作电源（1）优点：
4、二次接线简单、投资少、维护量小，易于实现自动化和远动化。（2）缺点：可靠性比直流电源低； 原因：交流操作的继电器不够成熟； 交流电源依赖电厂本身； 交流电源有时分散的、有时集中的、有时分散与集中相结合的。4.1.3 4.1.3 操作电源的种类操作电源的种类泸州职业技术学院6电气二次回路 2、直流操作电源 （1）蓄电池直流电源系统 蓄电池是一种可多次充电使用的化学电源，由多节蓄电池组成一定电压的蓄电池组，作为与电力系统运行状态无关的独立可靠的直流操作电源，即使发电厂或变电所交流系统全部停电，仍能在一段时间内可靠地给部分重要设备供电，是最稳定、最可靠的直流电源。 优点：与交流电网无关，供电可靠性高
5、，电压稳，容量大。 缺点：价格贵，寿命短，运行维护量大。4.1.3 4.1.3 操作电源的种类操作电源的种类泸州职业技术学院7电气二次回路 （2）硅整流电容储能直流电源系统由硅整流设备和电容器组组成。在正常运行时：厂用交流电源经硅整流设备变为直流电源，作为全厂的操作电源并向电容器充电。 要求可靠，一般有两个独立的电源。 电源（三相整流，容量大）供电给合闸、操作、保护、信号 电源（单相整流，容量小）供电给操作、保护、信号在事故情况下：将电容器储存的电能向重要负荷（继电保护、自动装置和断路器跳闸回路）放（供）电，以确保继电保护及断路器可靠动作。优点：简单，经济缺点：可靠性差4.1.3 4.1.3
6、操作电源的种类操作电源的种类泸州职业技术学院8电气二次回路 （3）复式整流直流电源系统 电压源：一般取自厂用变或TV，经全波整流，电抗器滤波成直流电源。电流源：一般取自TA，经稳压器成直流电源。u正常情况下：由电压源供电给： 电源合闸，电源保护、信号、跳闸。u发生短路时：c（直流母线电压 ）下降，由电流源供电给：电源保护、信号、跳闸。4.1.3 4.1.3 操作电源的种类操作电源的种类泸州职业技术学院9电气二次回路 （4）电源变换式直流电源系统 电源变换式直流电源系统，是由220V交流电源经可控整流变为48V直流电源，供全厂48V操作用电并对蓄电池进行浮充电；同时可经逆变装置将直流电源变为交流
7、电源，再整流为220V直流电源的多功能新型独立电源，在中、小型变电所中得到广泛应用。4.1.3 4.1.3 操作电源的种类操作电源的种类泸州职业技术学院10电气二次回路 1、经常性负载：指在所有运行状态下由直流电源不间断供电的负载。它包括： （1）经常带电的直流继电器、信号灯、位置指示器； （2）经常点亮的直流照明灯； （3）经常投入运行的逆变电源等。 2、事故性负载：指正常运行由交流电源供电，当厂（站）自用交流电源消失后由直流电源供电的负载。它一般包括有：事故照明、汽机润滑油泵、发电机氢冷密封油泵及载波通讯备用电源等。 3、冲击性负载：指直流电源承受的短时最大电流，它包括断路器合闸时的冲击电
8、流和当时所承受的其它负载电流。返回4.1.4 4.1.4 直流负荷的分类直流负荷的分类泸州职业技术学院11电气二次回路 4.2.1 蓄电池介绍：酸性蓄电池：其电解液是2737的硫酸水溶液，电极是以二氧化铅（PbO2）为正极板和铅（Pb）为负极板的特制绒状铅板，所以又称为铅酸蓄电池。此种蓄电池容量大、冲击放电电流大、端电压也相对较高（2.15V）；但其寿命较短（一般为810年）、占地面积大、充电时会逸出有害的硫酸气体、维护工作量大。碱性蓄电池：其电解液是20的氢氧化钾（KOH）水溶液，电极用氢氧化镍Ni（0H）3作正极，用镉（Cd）作负极时叫镉镍蓄电池，用铁（Fe）作负极时叫铁镍蓄电池。此种蓄电
9、池体积小、容量大、使用寿命长（可达20年左右），端电压为1.35V，无有害气体污染。在发电厂和变电所中已有广泛应用。4.2 4.2 蓄电池组直流电源系统蓄电池组直流电源系统泸州职业技术学院12电气二次回路 蓄电池的容量（Q）)是蓄电池蓄电能力的重要标志。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）蓄电池的容量一般分为额定容量和实际容量两种。额定容量是指充足电的蓄电池在25时，以10h放电率放出的电能4.2.1 4.2.1 蓄电池介绍蓄电池介绍泸州职业技术学院13电气二次回路 QN=I
10、NtN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。蓄电池的实际容量与极板的面积、电解液的密度、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。4.2.1 4.2.1 蓄电池介绍蓄电池介绍泸州职业技术学院14电气二次回路 1充电放电法： (1)运行方式:对蓄电池进行周期性的充电和放电。蓄电池充好电后，既断开充电设备，由蓄电池向直流负荷供电。（经常、短时、事故）待蓄电池放电约为7580%时，就需要进行充电。充电设备
11、的功率应满足蓄电池组的充电和经常性负荷的需要。 （2）构成：基本电池，可调端电池，端电池调节器4.2.2 4.2.2 蓄电池直流系统的运行方式蓄电池直流系统的运行方式泸州职业技术学院15电气二次回路 1充电放电法：图4-2 端电池调整器工作原理图图4-1 端电池调整器结构图放电手柄充电手柄金属片主触头辅助触头电阻4.2.2 4.2.2 蓄电池直流系统的运行方式蓄电池直流系统的运行方式泸州职业技术学院16电气二次回路 （3 3）充电放电法充电放电法系统图：图系统图：图4-54-5 17电气二次回路 (1)运行方式:先将蓄电池充足电，然后将充电设备与蓄电池并联在一起工作，充电设备既给直流母线的经常
12、负荷供电，又以不大的电流向蓄电池浮充电，用来补偿由于自放电而损失的能量。 （2）特点： 1 蓄电池总是处于充满电的状态，随时应付短时负荷 2 蓄电池放电机会不多，每3个月进行一次放电，再进行一次均衡充电，以避免硫化。 3 管理维护量少，可靠性高。2 2浮充电法浮充电法泸州职业技术学院18电气二次回路 （3 3）浮充电法系统图：图）浮充电法系统图：图4-64-6 图46浮充电运行方式直流系统接线图19电气二次回路 双直流母线系统；浮充电设备采用两套（U1和U2）；共用一组220V蓄电池组GB；经开关QK1和QK2可以切换至任一组母线上；闪光装置和电压监察装置、信号装置每组母线各设一套；绝缘监察装
13、置共用一套；蓄电池组GB左端为基本电池，额定电压为220V，每个电池为2.15V，所以由102个蓄电池串联组成；其右端为可调节接入蓄电池个数的端电池组，可通过调整器任意接入或退出部分电池，以保持直流母线的电压在220V。 （4 4）浮充电法系统图组成：）浮充电法系统图组成：图图4-64-6 泸州职业技术学院20电气二次回路充电器U1对母线I供电并对蓄电池浮充电 （1）U1输出220V直流电压，向整组蓄电池组GB充电时，刀开关QK3投向右侧，触点23、56接通，QK1接通。U1的正极经QK3的23正母线QK1的12至GB的正极，U1的负极经QK3的56m点至端电池的负级，实现对GB整组电池充电。
14、 （2）U1对母线I供电并对GB浮充电时，刀开关QK3的12通，54通，对I母线上直流负荷供电，同时经QK1向GB的基本电池组浮充电。PV2和PA3是监视U1的输出电压、电流的。（5 5）浮充电直流系统的工作原理）浮充电直流系统的工作原理 : :图图4-64-6泸州职业技术学院21电气二次回路充电器U2对母线II供电并对蓄电池GB浮充电 （1）U2输出220V直流电压，向整组蓄电池充电时，刀开关QK4投向右侧，其触点23、56接通，U2的正极经QK4的23触点II母线的十QK2的12至GB的正极；U2的负极经 QK4的56m点至GB端电池的负极，实现对整组蓄电池充电。 （2）U2向II母线供电
15、并对GB基本电池浮充电时，QK4投向左侧，其21、54触点接通，对B母线上直流负荷供电，同时经QK2向GB的基本电池组浮充电。PV3和PA4是监视U2的输出电压和电流的。（5 5）浮充电直流系统的工作原理）浮充电直流系统的工作原理 : :图图4-64-6泸州职业技术学院22电气二次回路蓄电池组的监视和保护蓄电池组回路装有两组开关QK1、QK2，熔断器，两只电流表PA1、PA2，电压表PV1;回路中各熔断器作为短路保护；电流表PA1为双向5A05A式，用以测量充电和放电电流；电流表PA2正常时被短接，当需测量浮充电电流时，可利用按钮SB使接触器KM的动断触点断开后测读;电压表PV1用来监视蓄电地
16、组的电压。返回（5 5）浮充电直流系统的工作原理）浮充电直流系统的工作原理 : :图图4-64-6泸州职业技术学院23电气二次回路4、3、1 硅整流电容储能的直流电源系统接线图：图474.3 4.3 硅整流电容储能直流电源系统硅整流电容储能直流电源系统24电气二次回路1、整流器：组 ，U1采用三相桥式整流，容量大，接于I母 线，供断路器合闸用，也兼向II母线供电； 组 ，U2采用单相整流，容量较小，接于II母线， 仅用作向控制和保护及信号回路供电； 2、隔离变压器：T1、T2分别向整流器U1、U2提供交流电源； 3、逆止元件： V3的作用相当于逆止阀，即只容许合闸母线I向 控制母线II供电，而
17、不能反向供电，以确保控制 和保护及信号系统供电的可靠性； 4、电阻Rl：用以限制控制母线II侧发生短路时流过V3的电流不 会过大，起保护V3的作用； 5、储能电容器：C1，C2，仅在事故情况下向保护和跳闸回路放 电，作为事故电源； 6、逆止元件：V1，V2的作用是防止事故时电容器向母线上其他 回路（如信号灯等）放电。4.3.2 4.3.2 组成：组成：图图4 47 7泸州职业技术学院25电气二次回路 1、整流器U1、U2输出端的熔断器FU1、FU2为快速熔断器，起短路保护作用； 2、U2输出端的电阻R起保护U2的作用（限流）； 3、电压继电器KV监视U2的端电压，当U2输出电压降低或消失时，K
18、V返回，其动断触点闭合，发出预告信号 4、V4为隔离二极管，防止在U2的输出电压消失后。由U1向KV供电，误发信号。返回4.3.3 4.3.3 保护和信号：保护和信号： 图图4 47 7泸州职业技术学院26电气二次回路4.4.1 运行方式 ：正常运行时：由厂（所）用变压器T或电压互感器TV供电；事故情况下：由事故设备的电流互感器TA供给短路电流，经整流后作为操作电源。 4.4.2 复式整流的直流系统框图：图484.4 4.4 复式整流装置直流系统复式整流装置直流系统泸州职业技术学院27电气二次回路 1、电压源（I）。复式整流装置的电压源一般由两条独立的回路供电，可分别取自变电所用变压器和外接高
19、压系统电源的变压器（参见图49）在正常运行和非对称短路时，电压源的电压为额定值，基本保持恒定；而在母线或馈线发生三相短路故障时，电压源电压严重降低甚至消失。 2、电流源（II）。复式整流系统的电流源是事故情况下由电流互感器供给的短路电流。在正常运行时电流源无输出，但在发生三相短路时，TA有一个大的短路电流发生，其功率比电容储能式要大，经整流后可输出较大的直流电流作为事故电源。4.4.3 4.4.3 工作原理工作原理 图图4 48 8泸州职业技术学院28电气二次回路 3、稳压器。短路电流变化范围较大，因此电流源必须设置稳压装置，才能获得比较平稳的直流电压。一般采用并联铁磁谐振饱和稳压器V稳压，其
20、中将电容C与电感L构成谐振回路，起到滤波和改善电压波形的作用。 4、阻容吸收装置。由于回路中电感元件的作用，交流电本身也有过电压作用于硅元件上，为了防止硅元件因过电压而击穿损坏，故装设由电阻R和电容C串联组成的阻容吸收装置。由于电容C上的电压不能突变，延缓了过电压的上升速度，同时短路掉一部分高次谐波电压分量，使硅整流元件上出现的过电压不会在短时间内增至很大；电阻可限制电容器放电电流值和防止电容、电感发生振荡。返回4.4.3 4.4.3 工作原理工作原理 图图4 48 8泸州职业技术学院29电气二次回路4.5.1 直流系统的绝缘降低 根据电气设备交接和预防性试验标准规定，当使用5001000V的
21、兆欧表测量时，直流母线在断开其它所有并联支路时不应小于10M；二次回路每一支路和断路器、隔离开关操作机构的电源回路不应小于1或0.5M。直流系统绝缘降低，相当于直流系统的某一点经一定的电阻接地。 直流系统发生一点接地时，没有短路电流流过，熔断器不会熔断，仍能继续运行。但是，这种接地故障必须及早发现并处理，否则可能引起信号回路、控制回路、继电保护及自动装置回路不正确动作。 4.5 4.5 直流系统的绝缘监察与电压监察装置直流系统的绝缘监察与电压监察装置泸州职业技术学院30电气二次回路图4-9 两点接地引起的不正确动作4.5 4.5 直流系统的绝缘监察与电压监察装置直流系统的绝缘监察与电压监察装置
22、泸州职业技术学院31电气二次回路4.5.2 直流系统的绝缘监察装置 :1、接线：图4-10 R1=R2=R3；转换开关：SA1，SA2；电压表：PV1，PV2；信号继电器：KS 4.5 4.5 直流系统的绝缘监察与电压监察装置直流系统的绝缘监察与电压监察装置泸州职业技术学院32电气二次回路图4-10 直流系统的绝缘监察装置原理接线 332、组成：图4-10 （1）信号部分：SA1，R1，R2，KS组成 信号：5-7 9-11接通； 测量：1-3 13-14接通； 测量：2-4 14-15接通 （2）测量部分：SA2，PV1，PV2组成 母线电压：9-11 2-1 5-8接通； 正对地：1-2
23、5-6 接通 V1 负对地：5-8 1-4 接通 V2SA1三个位置：SA2三个位置：4.5.2 4.5.2 直流系统的绝缘监察装置直流系统的绝缘监察装置 泸州职业技术学院34电气二次回路3、工作原理 ：图4-10 （1）测量部分 若：V1=0 V2=0 时，则 绝缘良好 若：V1=0 V2=V 时，则 正对地 若：V1=V V2=0 时，则 负对地（2）信号部分 A、信号回路两极对地绝缘良好：R+=R-,R1=R2;电桥平衡;Ij=0,KS不动作当一极对地绝缘电阻降低：R+R-,R1=R2;电桥不平衡; IjIdz.j KS动作；光字牌亮，音响响 B、正对地电阻的测量 C、负对地电阻的测量4
24、.5.2 4.5.2 直流系统的绝缘监察装置直流系统的绝缘监察装置 泸州职业技术学院35电气二次回路 1、作用：直流母线的电压必须保持在规定的范围内，以保证控制装置、信号装置、继电保护和自动装置可靠动作和正常运行。否则，若直流母线上电压过高，则对长期带电的设备，如继电器、信号灯等造成损坏或缩短其使用寿命；若直流母线电压过低，则可能导致继电保护装置和断路器操动机构拒绝动作。 2、接线：图4-11 (1)低电压监视：一只低电压继电器KV1，Udz.j=0.75Ue (2)过电压监视：一只过电压继电器KV2，Udz.j=1.25Ue 4.5.3 4.5.3 直流系统的电压监察直流系统的电压监察 泸州
25、职业技术学院36电气二次回路4.5.3 4.5.3 直流系统的电压监察直流系统的电压监察 图4-11 直流系统的电压监察接线泸州职业技术学院37电气二次回路3、工作原理：图4-11当直流母线上的电压低于规定值（0.75Ue）时，低电压继电器KV1返回，其动断触点闭合，HL1光字牌点亮，预告母线电压过低；当母线上的电压高于规定值（1.25Ue）时，过电压继电器KV2动作，其动合触点闭合，HL2光字牌点亮，预告母线电压过高。 返回4.5.3 4.5.3 直流系统的电压监察直流系统的电压监察 泸州职业技术学院38电气二次回路4.6.1 组成：由闪光继电器（DX3型)、试验按钮SB和白色信号灯WH组成
26、。4.6.2 接线：图4-124.6 4.6 闪光信号装置闪光信号装置泸州职业技术学院39电气二次回路正常运行（即无事故或无跳、合闸操作的情况）时，闪光装置不工作，白色信号灯WH点燃，表示直流电源和熔断器完好。当某一断路器QF事故跳闸时，SA在“合闸后”位置，QF在“跳闸后”位置，通过“不对应”回路把闪光小母线（十）WFS接至负电源，断路器控制回路的绿色信号灯HL由于两端电压很低而变暗，闪光继电器KC的线圈回路接通，与继电器KC线圈并联的电容C开始充电。经过一定延时后，当电容器C两端电压升到继电器KC的动作电压时，KC动作，其常开触点闭合，使闪光小母线（十）WFS又接至正电源，信号灯HL出于两
27、端电压突然升高而变亮。与此同时继电器KC的常闭触点断开，电容C开始对KC线圈放电。经过一段延时，当电容C两端电压降到继电器KC返回电压时，继电器KC复归，HL又变暗。接着电容C又开始充电，重复上述过程，使断路器控制回路的绿色信号灯HL连续闪光，直到控制开关SA置于“跳闸后”位置，使其触点910断开为止。返回4.6.3 4.6.3 闪光信号装置工作原理闪光信号装置工作原理泸州职业技术学院40电气二次回路第第4 4章章 作业作业4-1 操作电源的作用是什么？目前常用的有哪几种？4-2 直流负荷分为哪几类？4-3 铅酸蓄电池的工作原理是什么？4-4 铅酸蓄电池在充电和放电时的特性是什么？4-5 为什么蓄电池会有放电现象？4-6 铅酸蓄电池有哪两种运行方式？各有何特点？4-7 试述硅整流电容储能直流系统的工作原理。4-8 试述复试整流装置直流系统的工作原理。4-9 为什么蓄电池要进行核对性放电和均衡充电？4-10 为什么直流系统要装设绝缘监察装置？ 泸州职业技术学院41电气二次回路泸州职业技术学院42电气二次回路
