变电站直流系统知识

1、变电运行专业继电保护知识讲座,二0一0年八月,第一讲：直流系统,1.1直流负荷的分类,运行的保护装置及自动装置电源 信号灯、位置指示器 逆变电源,经常性负荷,直流负荷,非经常性负荷,分合闸控制电源 储能机构动力电源,跳合闸控制电源 跳合闸动力电源 事故照明电源,事故负荷,事故冲击负荷,第一章 直流系统,1.2蓄电池概述,蓄电池是一种化学电源，它既能将电能转化为化学能储存起来，又能将储存起来的化学能转化为电能输送出去。这两个能量的转化过程，就叫做蓄电池的充电和放电。 蓄电池是独立的电源，不会受电力网的影响。它具有电压稳定、使用方便和安全可靠等优点，并可根据需要选择其容量或形式。所以，在国防、科研

2、和国民经济各个部门中，特别是电力工业和通讯等部门都普遍采用蓄电池作为直流电源。 蓄电池按电解质的不同，分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。 发电厂、变电所目前采用的蓄电池主要有防酸隔爆式、消氢式及阀控式密封铅酸蓄电池。老式开口式铅酸蓄电池已被淘汰。碱性镉镍蓄电池因具有体积小，机械强度高，工作电压平稳，大电流放电特性好而应用于发电厂，变电所的直流电源。但由于价格昂贵，制作材料选择困难，因而目前不如铅酸蓄电池应用广泛,1.3蓄电池的容量 蓄电池的容量(q)是蓄电池蓄电能力的重要标志。容量 q是在指定的放电条件(温度、放电电流、终止电压)下所放出的电量称为蓄电他的容量，单位用 a h(安培小时)表示。蓄电池

3、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。 1额定容量 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。 2实际容量 蓄电池实际容量与放电电流的大小关系甚大，以大电流放电，到达终止电压的时间就短；以小电流放电，到达终止电压的时间就长,2.2 铅酸蓄电池的电化学原理,铅酸蓄电池的工作原理可知，在放充电过程中有如下反应过程： 正极 负极放电 pbo22 h2so4+ pb pbso42h2opbso4 充电 由于正、负极板的电化反应各具特点，所以正、负极板的充电接受能在存在差别，当正极板充电到70%时，开始析氧o2；负极板充电到

4、90%时，开始析氢h2。 。 正极 h2o 1/2o22h+2e - 负极 2h+ 2e - h2,2.3 阀控式铅酸蓄电池,铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、电池槽、电解液所组成。一般每只电池的正、负板总数为 奇数，负板至少有 4 片以上 。 阀控式蓄电池与普通铅酸蓄电池的区别 阀控式蓄电池属于贫电解液蓄电池，其内部电解液全部吸附在隔膜和极板中，隔膜处于90%的饱和状态，电池内无游离电解液，不会有电解液溢出。蓄电池在任何位置均能正常工作。 阀控式蓄电池在正常浮充电状态下，处于密封状态，装设有能自动开启和关闭的安全阀。当内部压力超过规定开阀值时，安全阀自动开启；压力低于关阀时又自动关闭。安全阀上

5、有滤酸装置，不会排出酸雾等有害气体，也不会发生电解液泄漏，可防火花引起电池爆炸,2.4阀控式铅酸蓄电池的结构,2.5 阀控式蓄电池的运行参数,浮充电压：厂家规定为2.23-2.28vn，我们取2.25n,均充电压：厂家规定为2.30-2.35vn，我们取2.35n,n=104 234v n=106 238.4v n=108 243v,n=104 244.4v n=106 249. 1v n=108 253v,南桥蓄电池为104只，马家磅、郢中、胡集为106只，长林、枣山为108只,浮充电流：在25时，浮充电流小于2ma/ah, 浮充电压的调整：温度每升高或下降5电压校正系数相应减少或增加15m

6、v 阀控式蓄电池的使用环境：5-30 充电机的直流输出纹波系数2,阀控式密封铅酸蓄电池在运行中电压偏差及放电终止电压的规定,2.6阀控密封铅铅蓄电池为什么要进行补充充电,阀控式密封铅酸蓄电池在运行过程中，因浮充电电流调整不当，补偿不了阀控式密封铅酸蓄电池自放电、爬电、漏电而造成蓄电池容量亏损。因此根据需要设定时间（一般为3个月），充电装置将自动或手动进行一次恒流限压充电-恒压充电-浮充电过程，使蓄电池组随时处于满容量状态，以确保直流电流运行的安全可靠,2.7阀控式蓄电池的,阀控密封铅酸蓄电池的充放电制度 恒流限压充电 采用1.0i10电流进行恒流充电，当蓄电池组端电压上升到（2.302.35）

7、vn限压值时，自动或手动转为恒压充电。 恒压充电 在（2.302.35）vn的恒压充电下，1.0i10率充电电流逐渐减小，当充电电流减小至0.1i10充电电流时，充电装置的倒计时开始启动，当整定的倒计时结束时，充电装置将自动或手动转为正常的浮充电运行，浮充电压值宜控制为（2.232.28）vn,1.8 阀控式蓄电池核对性放电,1、直流系统有一组阀控式蓄电池的核对性放电 当发电厂或变电所的直流系统只安装有一组蓄电池组时，为了确保直流系统运行的安全可靠，蓄电池组不能退出运行，也不能作全核对性放电。只能在充电机停用后，由蓄电池组向直流负载和放电电阻供电，放电电流放电电阻调节到1.0i10电流进行。当

8、恒流放出额定容量的50%，蓄电池端电压不低于2v时，应立即用1.0i10电流对蓄电池组进行恒流限压充电-恒压充电-浮充电。蓄电池经过反复放充2-3次，其容量可得到恢复。 2、直流系统有两组阀控式蓄电池的核对性放电 当发电厂或变电所的直流系统只安装有两组蓄电池组时，可先对其中一组蓄电池进行全核对性放电。放电电流以1.0i10电流恒流进行，当蓄电池端电压下降到1.8vn时，停止放电，隔1-2h以后，再用1.0i10电流进行恒流限压充电-恒压充电-浮充电。反复放充电2-3次，其容量可得到恢复。若经过3次全核对性放电，蓄电池容量达不到额定容量的80%，可认为此组蓄电池组的使用期限已到，应采取更换措施,

9、高频开关整流器由主电路、调整控制电路和辅助电路三部分组成。主电路由交流整流滤波、直流直流变换（高频变换）器等元器件组成，其作用是从单相或三相交流电网取得交流电，并将其转换为符合要求的直流电。控制电路目前一般采用pwm脉宽调制电路，它包括输出采样、信号放大、控制调节、基准比较等单元，其作用是对输出电压进行检测和取样，并与基准定值进行比较，从而控制高频开关功率管的开关时间比例，达到调节输出电压的目的。功率因数校正网络也是高频开关整流器的重要组成部件，其功能是通过控制过程，使输入电流波形跟踪正弦基波电流，且相位与输入电压同相，以保持输出电压稳定和功率因数接近于1.0。辅助电路包括手动调整、稳压电源、

10、保护信号、事故报警以及通信接口等,1.9 高频开关整流器原理,整流电压,pwm调制,输出电压,1.10微机高频开关电源参数,1、高频开关电源浮充时，直流输出调节范围为95%-117%un，均充时，直流输出上限值为120%un。 2、在单机50%-100%额定输出电流范围内，其均负荷的不平衡度不超过直流输出电流定值的5%。 3、输出电流限制整定在1.05-110in，过流整定在1.151.20in。 4、稳流精度1%，稳压精度0.5%，纹波系数0.5% 5、高频开关整流模块的额定电流及整流屏上的模块数量不宜超过6-10个。 6、稳流精度检查：充电机在充电（稳流）状态下，交流输入电压在10%un范

11、围内变化，输出电流在20%-100%范围内的任一数值上稳定，充电电压在规定的调整范围内变化时，其稳流精度应符合规定值。 式中：i-稳流精度； im -输出电流波动极限值； iz -输出电流整定值,7、稳压精度检查：充电装置在浮充（稳压）状态下，交流输入电压在10%un范围内变化，输出电流在0%-100%范围内变化，输出电压在其浮充电压调整范围内变化时，其稳压精度应符合规定值。 式中：u-稳压精度； um-输出电压波动极限值； uz-输出电压整定值。 8、纹波系数检查：充电装置在浮充电(稳压)状态下，交流输入电压在超过其额定值的+15%、-10%的范围内变化，输出电流在其额定值的0%100%范围

12、内变化，输出电压在浮充电电压调节范围内任一数值上，测得电阻性负载两端的纹波系数均应规定。纹波系数用以下公式计算： 式中：-纹波系数； uf-直流电压脉动峰值； uq-直流电压脉动谷值； up-直流电压平均值,微机高频开关电源型号说明,1.11 调压装置,根据工作原理的不同，调压装置可分为硅链分级调压和开关变换型无级调压两种。硅链调压是利用大功率整流二极管pn结正向压降叠加来产生调整压降，具有安全、可靠、抗电流冲击性好、容易维护等优点；无级调压装置实际上是一种串联调节buck开关变换器，通过控制pwm脉冲的宽度来调节控制母线的电压，优点是可以实现电压的连续调节，缺点是电路相对复杂、不易维护等,1

13、.11.1硅链自动调压装置 硅链是由多只大功率整流二极管串联而成，利用pn结基本恒定的正向压降来产生调整电压，通过改变串入线路的pn结数量来获得适当的压降，达到电压调节的目的,1.11.2 dc/dc斩波稳压器 dc/dc斩波稳压器是一种开关变换型无级调压装置，它采用了vmos场效应功率模块和专用pwm集成控制芯片，通过控制pwm脉冲的宽度来调节控制母线的电压,何为直流系统接地,当直流系统的正极或负极与大地之间的绝缘水平降到某一整定值或低于某一规定值时，统称为直流系统接地； 当正极绝缘水平低于某一规定值时称为正接地； 当负极绝缘水平低于某一规定值时称为负接地,表1 绝缘电阻整定值,dl/t85

14、6-2004附录a（规范性附录,1.12 直流接地的危害与检测,按故障类型分为： 直接接地（金属接地） 直接接地是指直流系统电源正极或负极对地的电阻等于或接近于零的情况。这种接地情况在直流系统中如果同时出现两点时，就很可能造成断路器误动或拒动，或熔断丝烧断等现象 间接接地（非金属接地） 间接接地是指直流系统电源正极或负极对地绝缘电阻低至某一允许值之下。这时的接地电阻是否会对系统造成危害，就要看各个单位的具体情况，它与系统接地的位置和继电器的灵敏度有关比如当前发电厂和变电站中最灵敏的中间继电器的内阻，对于为，对为，对为 绝缘降低 绝缘降低是指直流系统所采用的电缆、设备的绝缘电阻由于某种原因低于出

15、厂数值。这些电缆，设备构成的直流系统的直流电源的正，负极对地绝缘电阻总体上低于充许值,直流系统接地故障分类,电缆引起 故障主要是由于电缆绝缘层的老化或电缆加工、敷设过程中的工作不慎损伤电缆绝缘层造成。 设备引起 设备在制造过程中绝缘部分受损或者绝缘材料质量低，经过一段时间之后，薄弱部位就会裸露出来，如果空气潮湿就可能产生直流接地故障。 其他外来物引起 外来物包括外来金属碎片、设备的紧固件及小动物躯体等,直流绝缘异常常见情况,当直流系统正极接地时，将会有造成保护误动的可能； 当直流系统负极接地时，将会有造成保护拒动的可能。 因此，当正极发生一点接地后，危害性很大,直流接地故障的危害,直流系统中有

16、一点接地是不会对直流系统造成直接危害的，但是必须及时消除故障，否则在直流系统中再有一点接地就可能造成对整个电力系统的严重危害,直流接地故障常见情况,两点接地可能造成断路器误跳 a、b两点，a、c两点，a、d两点，d、f两点接地都可能造成断路器误跳。 两点接地可能造成断路器拒动 b、e两点，d、e两点或c、e两点接地都可能造成断路器拒动。 两点接地可能引起熔断器熔断 a、e两点接地可能引起熔断器熔断。 当接地点发生在b、e和c、e两点，保护动作时，不但断路器拒动，熔断器熔断，而且还有烧坏断电器触点的可能,图1 直流系统接地情况图,r正与r负为r1r5的等效电阻，系统正常时，r正=r负，v+=v-

17、=110v，当系统正级或负级发生接地或绝缘异常时，其正对地与负对地电压即会发生变化。 如果正极接地电阻为rx，如图4,得,接地阻值与电压偏差关系分析,图3 电桥等效原理图,图4 正接地等效原理图,电压偏差越大，接地越严重？它们之间有何种关系,则,分别以r正=r负=1m，以及r正=r负=50k时正接地电阻为50k时考察电压的变化情况。 平衡电阻为1m 时，v+=10.5v,v-=209.5v 平衡电阻为50k 时，v+=73v, v-=147v,接地阻值与电压偏差关系分析,1.13 220kv变电站直流馈线系统标准接线方式,直流系统供电方式总体原则：直流系统宜采用直流系统屏（柜）一级供电方式，二

18、次设备室的测控、保护、故障录波、自动装置、电能采集、220kv以及110kv断路器储能回路等采用辐射式供电方式，35(10)kv开关柜采用环网供电方式。 220kv线路单元 i段直流母线馈电屏提供1路馈出给第一套线路保护、第一组跳闸回路（含合闸）及断路器机构压力监视回路提供电源；ii段直流母线馈电屏提供1路馈出给第二套线路保护、第二组跳闸回路提供电源。 主变压器单元 i段直流母线馈电屏提供3路馈出：分别给第一套主变保护及高压侧第一组跳合闸回路（含机构压力监视）、非电量保护、中压侧断路器操作箱等提供电源；ii段直流母线馈电屏提供3路馈出：分别给第二套主变保护及高压侧第二组跳闸回路、低压侧断路器操作电源、主变测控屏提供电源。 110kv线路单元 110kv线路保护、操作及测控电源由直流馈电屏按间隔单独输出1路，相邻线路间隔供电电源宜分别取自不同的直流母线段,低压部分 对于新建站点，35（10）kv保护测控及断路器储能回路电源宜按段（按主变单元划分）分别采取两路电源环网供电方式，运行时开环运行。改（扩）建站点，可以不按段分别供电，但中间应设置分段开关。 站内其它双重化的智能装置，其供电电源应分别取自直流系统的不同母线段；单一性质的智能装置供电电源宜合