变电站直流系统知识PPT课件

1、2021/6/71 变电运行专业继电保护知识讲座 皮志勇 二0一0年八月 第一讲：直流系统 2021/6/72 1.1直流负荷的分类直流负荷的分类 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 经常性负荷经常性负荷 非经常性负荷非经常性负荷 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 第一章第一章 直流系统直流系统 2021/6/73 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

2、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。 2021/6/74 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。

3、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。 2021/6/75 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 Pb

4、SO42H2OPbSO4 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 90%时，开始析氢H2。 。 正极 H2O 1/2O22H+2e - 负极 2H+ 2e - H2 2021/6/76 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

5、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。 2021/6/77 2.4阀控式铅酸蓄电池的结构 2021/6/78 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=1

6、06 249. 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15mV 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% 2021/6/79 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 2021/6/710 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

7、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 。 2021/6/711 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（2.30 2.35）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

8、.28）VN。 2021/6/712 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

9、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。 2021/6/713 2021/6/714 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。

10、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、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 2021/6/715 2021/6/716 整流电压 PWM调制 输出电压 2021/6/717 2021/6/

11、718 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

12、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。 100% I )I-(I z Zm I 2021/6/719 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 内变

13、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。 100% Uz Uz)-(Um u 100% 2Up Uq)-(Uf 2021/6/720 微机高频开关电源型号说明 2021/6/721 2021/6/722 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

14、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。 1.11.1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。 2021/6/723 2021/6/724 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。 2021/6/725 何为直流系

15、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。 表表1 1 绝缘电阻整定值绝缘电阻整定值 DL/T856-2004DL/T856-2004附录附录A A（规范性附录）（规范性附录） 1.12 直流接地的危害与检测 2021/6/726 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

16、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 2021/6/727 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

17、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 2021/6/728 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。 2021/6/729 直流接地故障常见情况 u 两点接地可能造成断路器

18、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。 u 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。 u 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 2021/6/730 R正与R负为R1R5的等效电阻，系统正常时，R正 =R负，V+=V-=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,

19、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？ 2021/6/731 V V R RR X 负 正 / VVV220 则： V RRR R V X负正 负 / 220 V RRR R V X负正 正 / 220 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 2021/6/732 1.13 220kV变电站直流馈线系统标准接线方式 直

20、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

21、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。 2021/6/733 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理取自直流系统的不同

22、母线段。 若变电站220kV仅配置单套母差、单套失灵保护，其母差、失灵保护也 应分别取自直流系统的不同母线段。 2021/6/734 线路保护 （ ）段合闸电源储能电源 控制母线 段直流电源 段直流电源 测控装置 第二套电源 第一组电源 第二套保护 第二组跳闸 断路器机构压力 第一组跳闸 第一套保护 直流馈线空开 直流馈线空开 直流馈线空开 2021/6/735 第一套保护 高压侧第一组跳合闸 段直流电源 段直流电源 控制母线 高压侧储能电源 （）段合闸电源 主变保护 低压侧操作电源 非电量保护 中压侧操作箱 高压侧第二组跳合闸 第二套保护 测控装置 直流馈线空开 直流馈线空开 直流馈线空开 直流馈线空开 直流馈线空开 直流馈线空开 机构压力监视 直流馈线空开 直流馈线空开 中压侧储能电源 2021/6/