第4章 操作电源

,第4章操作电源,泸州职业技术学院,电气二次回路,2,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：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4章操作电源,泸州职业技术学院,电气二次回路,3,4.1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4章操作电源,泸州职业技术学院,电气二次回路,4,4.1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,电气二次回路,5,4.1.2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,电气二次回路,6,1.交流操作电源（1）优点：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操作电源的种类,泸州职业技术学院,电气二次回路,7,2.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，电压稳，容量大。缺点：价格贵，寿命短，运行维护量大。,4.1.3操作电源的种类,泸州职业技术学院,电气二次回路,8,（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操作电源的种类,泸州职业技术学院,电气二次回路,9,（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。正常情况下：由电压源供电给：电源合闸，电源保护、信号、跳闸。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操作电源的种类,泸州职业技术学院,电气二次回路,10,（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操作电源的种类,泸州职业技术学院,电气二次回路,11,1.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流和当时所承受的其它负载电流。,返回,4.1.4直流负荷的分类,泸州职业技术学院,电气二次回路,12,4.2.1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蓄电池组直流电源系统,泸州职业技术学院,电气二次回路,13,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蓄电池介绍,泸州职业技术学院,电气二次回路,14,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。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蓄电池介绍,泸州职业技术学院,电气二次回路,15,1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蓄电池直流系统的运行方式,泸州职业技术学院,电气二次回路,16,1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蓄电池直流系统的运行方式,电气二次回路,17,（3）充电放电法系统图：图4-5,泸州职业技术学院,电气二次回路,18,(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浮充电法,电气二次回路,19,（3）浮充电法系统图：图4-6,图46浮充电运行方式直流系统接线图,泸州职业技术学院,电气二次回路,20,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）浮充电法系统图组成：图4-6,泸州职业技术学院,电气二次回路,21,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。（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）浮充电直流系统的工作原理:图4-6,泸州职业技术学院,电气二次回路,22,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）浮充电直流系统的工作原理:图4-6,泸州职业技术学院,电气二次回路,23,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用来监视蓄电地组的电压。,返回,（5）浮充电直流系统的工作原理:图4-6,电气二次回路,24,4.3.1硅整流电容储能的直流电源系统接线图：图47,4.3硅整流电容储能直流电源系统,泸州职业技术学院,电气二次回路,25,1.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组成：图47,泸州职业技术学院,电气二次回路,26,1.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，KV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保护和信号：图47,泸州职业技术学院,电气二次回路,27,4.4.1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48,4.4复式整流装置直流系统,泸州职业技术学院,电气二次回路,28,1.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工作原理图48,泸州职业技术学院,电气二次回路,29,3.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工作原理图48,泸州职业技术学院,电气二次回路,30,4.5.1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直流系统的绝缘监察与电压监察装置,泸州职业技术学院,电气二次回路,31,图4-9两点接地引起的不正确动作,4.5直流系统的绝缘监察与电压监察装置,泸州职业技术学院,电气二次回路,32,4.5.2直流系统的绝缘监察装置:1.接线：图4-10R1=R2=R3；转换开关：SA1，SA2；电压表：PV1，PV2；信号继电器：KS,4.5直流系统的绝缘监察与电压监察装置,33,图4-10直流系统的绝缘监察装置原理接线,泸州职业技术学院,电气二次回路,34,2.组成：图4-10（1）信号部分：SA1，R1，R2，KS组成信号：5-79-11接通；测量：1-313-14接通；测量：2-414-15接通（2）测量部分：SA2，PV1，PV2组成母线电压：9-112-15-8接通；正对地：1-25-6接通V1负对地：5-81-4接通V2,SA1三个位置：,SA2三个位置：,4.5.2直流系统的绝缘监察装置,泸州职业技术学院,电气二次回路,35,3.工作原理：图4-10（1）测量部分若：V1=0V2=0时，则绝缘良好若：V1=0V2=V时，则正对地若：V1=VV2=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.jKS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,4.5.2直流系统的绝缘监察装置,泸州职业技术学院,电气二次回路,36,1.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直流系统的电压监察,泸州职业技术学院,电气二次回路,37,4.5.3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,电气二次回路,38,3.工作原理：图4-11当直流母线