风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术：发电厂、变电站的直流系统.pdf

第七章! 发电厂、 变电站的直流系统 发电厂和变电站的电气设备分为两大类： 一次设备和二次设备。二次设备互相连接 而成的电路叫做二次回路。向二次回路中的控制、 信号、 继电保护和自动装置供电的电 源称作操作电源。此外， 在交流厂用电源中断时， 直流操作电源还给事故照明、 直流油泵 等直流保安负荷及交流不停电电源等负荷供电， 以保证其正确动作。因此， 操作电源十 分重要， 必须充分可靠， 具有独立性。 操作电源一般采用直流电。因为直流电能可通过蓄电池储存， 是与发电厂和变电站 一次无关的独立电源； 另外可使操作和保护用的电器结构简化。 第一节! 直流负荷和直流操作电源类型 一、 直流负荷 发电厂、 变电站的直流负荷， 按其用电特性可分为经常负荷、 事故负荷和冲击负荷。 经常负荷， 指在正常运行时需要连续供电的负荷。例如： 经常带电的继电器、 信号 灯、 直流照明、 自动装置、 远动装置等。 事故负荷， 指事故照明、 直流润滑油泵、 交流不停电电源的备用电源及各种控制、 保 护、 通信等。 冲击负荷， 指短时所承受的冲击电流， 如断路器的合闸电流等。 二、 直流系统的电源的类型 发电厂、 变电站中的直流操作电源系统， 常见的有以下几种： “） 蓄电池组直流系统。 #） 硅整流电容储能直流系统。 $） 复式整流直流系统。 蓄电池组直流系统是一种与电力系统运行方式无关的独立电源系统。在发电厂和 变电站故障甚至交流电源完全消失的情况下， 仍能可靠工作， 因此它具有很高的供电可 靠性。此外， 由于蓄电池电压平稳， 容量较大， 因此可以提供断路器合闸时所需用的较大 的短时冲击电流， 并可作为事故保安负荷的备用电源。铅酸蓄电池组的缺点是运行维护 工作量较大， 寿命较短， 价格昂贵， 并需要许多辅助设备和专用房间。近年来由于阀控蓄 电池的采用， 上述缺点已有极大的改善。由于发电厂和变电站要求操作电源有较高的可 靠性， 因此目前在发电厂和变电站中广泛应用蓄电池直流系统。 % 所示， 从图中可以看出， 在充电开始时， 正负极板上立即有硫酸析出， 使 极板表面和有效物质细孔内的电解液密度骤增， 蓄电池的电势也随之很快上升。为维持 充电电流 $.不变， 必须相应提高外施充电电压值 （曲线 4） 蓄电池的容量 蓄电池放电到终止电压时所能释放出的电能， 即放电电流与放电时间的乘积所得的 安时数， 即为蓄电池的容量。 蓄电池容量的大小与很多因素有关， 如起化学作用的有效物质的品种和数量， 极板 9?! 第五编$ 风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术 # 的结构、 面积的大小和极板数， 放电电流的大小， 终止放电电压的大小和环境温度等。 一般， 在正常的工作温度范围内， 蓄电池的容量会随放电电流的增大而减少。这主 要是因为： 当蓄电池的放电电流较小时， 有效物质细孔内电解液密度下降缓慢， 在极板外 层， 硫酸铅的形成也比较缓慢， 极板外面的电解液容易溶入细孔深处， 使极板表层和细孔 深处的有效物质都能参加放电的化学反应。而当放电电流较大时， 细孔内的电解液密度 下降较快， 极板表层和细孔中的硫酸铅形成较快， 迅速堵塞了有效物质的细孔， 致使电解 液难以渗入到极板的里层， 极板里层的有效物质就难以参加放电的化学反应， 没有得到 充分利用。因此， 放电电流越大， 蓄电池所能释放的电能越少， 即蓄电池的容量越小。 蓄电池的容量与放电电流的关系， 可以用下面的经验公式来表述： ! “ !#$% （, 用户变配电所一般仅需装设一组蓄电池即可。蓄电池组的母线电压采 用 !3, 或 (3, 时， 各有其优缺点。对于采用电动合闸机构的断路器， 因合闸电流较大， 电压越高， 合闸电缆的截面便可越小些。这样， 从合闸电缆的选择和电压降落来看选用 (3, 比 !3, 优越； 但 (3, 直流继电器的电压线圈线芯较细、 易断线而造成继电保护拒 绝动作， 从这点看 !3, 比 (3, 优越。总之， 对某一变配电所的直流母线到底采用哪一 种电压， 应经过经济技术比较来确定。 （(） 蓄电池组 !） 全组蓄电池数 2 334 第五编 风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术 # ! ! 基本蓄电池数： ! ! “#$% =-?% =-* ?-?a)+%.* 第五编* 风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术 # 图 ! “#$% 高频开关直流电源系统原理图 压为 式中( :; 充电设备的额定电流； : 直流系统经常负荷电流； =&* 蓄电池 &*? 放电电流。 9* 第五编( 风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术 # 三、 高频开关电源的监控功能 监控单元由微处理器构成， 可为液晶显示器或 !“# 显示， 采集直流母线、 充电装置和 蓄电池等的信息， 实现以下功能： $） 按蓄电池充放电程序自动控制充放电过程， 如实现运行充电程序控制， 长期浮充 电运行后， 自动充电程序控制； 消失的交流电源恢复后， 自动充电程序控制等方式。 %） 显示直流系统的运行状态及故障和异常信号报警。 &） 设运行状态和报警信号的标准通信接口 （“&%& 或 “()*） 等， 实现遥信、 遥控、 遥 测和自检功能等。 四、 整流器交流输入回路的数量 直流电源的交流电源一般由交流站用电屏提供， 如果有两台用电屏， 两路交流电源 的切换一般在交流站用电屏内完成， 这样给直流电源屏输入一回交流进线即可。如果交 流站用电屏不具备自动投切功能， 这样直流电源屏就需输入两回交流进线， 在直流电源 屏内实现自动切换。 五、 直流母线硅堆降压回路的设置 过去变电站的断路器多为电磁机构， 合闸电流较大， 另外， 蓄电池在充放电过程中的 电压变化较大， 为满足对直流母线电压水平的要求， 一般在合闸母线与控制母线之间设 置硅堆降压装置。降压硅堆采用多个二极管串联而成， 分组控制投切， 使接线和布置复 杂化， 而且， 硅元件容易发生击穿和开路， 严重影响直流系统供电的可靠性。目前， 变电 站的断路器多采用弹簧和液压机构， 合闸电流较小， 采用阀控式铅酸蓄电池， 在充放电时 电压变化范围小， 可以不设硅堆降压装置， 把合闸母线与控制母线合二为一。 六、 直流配电开关的选择 过去的直流配电系统一般都采用负荷开关加熔断器的形式， 存在着防护等级低、 占 用空间大、 维护不便等问题。现在， 随着国内外直流专用断路器的出现， 直流系统的配电 可以集中布置， 节省空间和屏位， 而且也容易接线， 如采用正面开启式结构， 更容易进行 更换和维护。目前， 国外生产的小型直流断路器， 直流分断能力可达 +!%*,-.$,/0， 完全 可以满足控制负荷馈电用， 大容量的直流断路器， 直流分断能力可达 +!%*,-.*,/0， 可以 满足动力负荷馈电用。另外， 这些直流