直流操作电源.课件

1、电气培训讲座操作电源主要内容概述蓄电池直流系统硅整流电容储能直流系统直流系统的绝缘监察和闪光装置直流负荷直流系统一点接地的寻找概述发电厂及变电所中电气设备的操作、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。用途控制电路信号电路继电保护和自动装置重要设备及回路的动力对操作电源的基本要求1.保证供电的可靠性2.足够的容量：满足全厂（所）事故停电时在合理时间内用电需要；且能保证电压在规定的额定值。3.良好的供电质量：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

2、低于90额定值；最大负载下电压不低于80额定值，波纹系数小于5。4.经济和实用：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。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。使用范围：适用于不重要终端变电站和 发电厂的附属设备直流操作电源1.蓄电池直流电源系统2.电源变换式直流电源系统3.硅整流式直流电源系统4.复式整流直流电源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

3、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。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交流电源经整流变为48V直流电源，供全厂48V操作用电并对蓄电池浮充电；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。硅整流式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

4、流电源，作为全厂的操作电源并向电容器充电。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。要求可靠，一般有两个独立的电源优点：简单，经济缺点：可靠性差复式整流直流电源目前专门生产该装置的厂家极少，多为供电部门自制或委托整流厂制造所变压器+整流装置电流互感器+谐振稳压器+整流装置操作电源电压等级常用的电压等级：220V,110V,48V强电直流电压：220V, 110V弱电直流电压：48V另外，在DCS中还有24V继电器，不过该电源为DCS机柜内部整流而成后输出或自用，目前不作为通用的电压等级蓄电池酸性蓄电池：电解液是2

5、737的硫酸水溶液，电极是以二氧化铅为正极板和铅为负极板的特制绒状铅板，所以又称为铅酸蓄电池。特点：容量大、冲击放电电流大、端电压较高（2.15V）、寿命较短（一般810年）、占地面积大、维护工作量大。碱性蓄电池：电解液是20的氢氧化钾水溶液，电极用氢氧化镍作正极，镉作负极时叫镉镍蓄电池，用铁作负极时叫铁镍蓄电池。特点：体积小、容量大、寿命长（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广泛应用。蓄电池的电气特性1.电动势、开路电压、工作电压2. 容量3.电池内阻4.放电特性5.充电特性1.电动势、开路电压、工作电压电动势：输出能量大小的量度，充电时升高，放电池下降开路

6、电压：开路状态时的端电压工作电压：接通负荷后电池的端电压2.蓄电池的容量：是蓄电池蓄电能力的重要标志。是指充足电的蓄电池，放电到规定终止电压时所放出的总电量。3.电池内阻：全电阻=欧姆电阻+极化电阻4.放电特性（三个阶段）(1)初放电：短时间内端电压急剧下降(2)放电中期：电压缓慢下降，持续时间较长。(3)放电末期:端电压又在极短的时间内迅速降低，当达到放电终止电压时，立即停止放电，并及时进行充电。5.充电特性（三个阶段）(1)充电初期：电压迅速增大(2)充电中期：电压缓慢增大，持续时间较长。(3)充电末期：电压又迅速增大，当充足电时，电压稳定在2.7V左右。蓄电池直流系统的运行方式1充电放电

7、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，端电池调节器该种运行方式是将已经充好电的蓄电池接带全部直流负荷，即正常运行时处于放电工作状态，为保证操作电源供电的可靠性，当蓄电池放电到一定程度后就进行充电，故名之。通常每运行12昼夜就要充电一次，可见操作频繁，蓄电池容易老化，极板也容易损坏。该运行方式在实际工业中已基本不用2浮充电法(1)运行方式:先将蓄电池充足电，然后将充电设备与蓄电

8、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：蓄电池总是处于充满电的状态，随时应付短时负荷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。管理维护量少，可靠性高。浮充电运行方式直流系统接线图正常运行和非正常状态下的工作过程充电设备蓄电池组段直流母线 段直流母线闪光母线投切开关投切开关测量表计测量表计蓄电池直流系统是由充电设备、蓄电池组、浮充设备和相关的开关及测量仪表组成。上图中硅整流器U1为充电设备，它在充电过程中除了向蓄电池组提供电源外，还可以担负母线上的全部直流负荷。在整流器U1回

9、路中装有双投开关QK3，使整流器U1既可对蓄电池进行充电(触点2-3、5-6接通)，也可以接入母线上接带直流负荷(触点1-2、4-5接通)。在其出口回路中，装有电压表PV2和电流表PA3，用以监视端电压和充电电流。为了蓄电池放电，整流器U1宜采用能实现逆变的整流装置。整流器U2为浮充电设备，它在充电过程中除了接带母线上的经常性直流负荷以外，同时以不大的电流向蓄电池浮充电来补偿蓄电池的自放电，使蓄电池经常处于充满电状态。在整流器U2回路中装有双投开关QK4，使整流器U2既可对蓄电池进行充电(触点2-3、5-6接通)，也可以接入母线上接带经常性直流负荷和向蓄电池充电(触点1-2、4-5接通)。在其

10、出口回路中，装有电压表PV3和电流表PA4，用以监视端电压和充电电流。蓄电池回路中装有两组开关QK1、QK2熔断器、两只电流表PA1、PA2和一只电压表PV1。 QK1和QK2可以将蓄电池切换至任一组母线上运行。熔断器作为短路保护。电流表PA1为双向电流表，用以监视充电和放电电流。电流表PA2用来测量浮充电电流。正常时被短接，测量时可利用按钮SB使接触器KM的常闭触点断开后测读。电压表pV1用来监视蓄电池端电压。蓄电池组GB由不参加调节的基本蓄电池和参加调节的端电池两部分组成。采用端电池的母的是为了调节蓄电池的接入数目，以保证母线电压稳定。端电池通过端电池调整器进行调节，端电池调整器的工作原理

11、如右图所示。图中有一排相互绝缘的固定金属片1，它分别连接到端电池的端子上。放电手柄S1和充电手柄S2分别带动两个可动触头2和3，以免在调整过程中，当可动触头由一个金属片移至另一个金属片时造成回路开路。端电池调整器可以手动控制，也可以用电动机远方控制，一般采用电动机进行远方控制端电池调整期示意图充电设备蓄电池组段直流母线 段直流母线闪光母线投切开关投切开关测量表计测量表计浮充电运行方式：正常运行(即浮充电)，开关QK1和QK2处于合闸位置，QK4置正常位置(其触点1-2、4-5通)，使蓄电池经常处于充满电状态。此时整流器U2与蓄电池并联运行，由于蓄电池自身内阻很小，外特性U=f(I2)比整流器U

12、2平坦很多，因此在很大冲击电流情况下母线电压虽有所下降，但绝大部分电流由蓄电池供给。此外，当交流系统发生故障或整流器U2断开情况下，蓄电池将转入放电承担全部直流负荷，待交流恢复后再次给蓄电池充好电，转入正常浮充状态。可见，蓄电池按浮充电方式运行，大大减少了充电次数不过每三个月须进行一次核对性放电，放出额定容量的50%-60%,或进行全部容量的放电，其目的是为了避免由于浮充电流控制不准确造成硫酸铅沉淀在极板上，影响蓄电池的输出容量或降低其使用寿命。铅酸蓄电池的直流系统接线方式：单母线分段接线浮充电设备：U1,U2分接在两段母线上1.正常时： U1,U2负责向直流负荷供电，并向蓄电池浮充电2.故障

13、时：蓄电池GB供电给直流负荷基本电池：直接接在直流母线上的电池端电池：根据运行需要可投切的电池端电池调整器：用来实现端电池的投切.镉镍蓄电池的直流系统成套镉镍蓄电池直流屏（高性能直流不停电电源）优点：可靠性高，适应性强，使用寿命长，电压稳定、放电倍率高，维护简便，占地面积少，无污染。适用范围：110KV以下电压等级，容量在100A.h以下的场所。组成：合闸母线，控制母线，一组镉镍电池，一台充电设备充电方式：浮充电运行镉镍蓄电池按其放电电流大小，可分为中倍频率放电型和高倍频率放电型。当事故放电电流较小而冲击电流较大时可选用高倍频率的镉聂蓄电池，当事故放电电流和冲击电流都较小时可选用中倍频率的镉聂

14、蓄电池。国内制造厂成套供应的镉镍蓄电池直流系统屏适用于110KV及以下电压等级的发电厂和变电站BZGN10S型镉镍蓄电池直流系统由充电设备、蓄电池、浮充电设备和相应的开关及仪表组成，具体见下图图中，浮充电设备由隔离变压器T1，单相桥式整流器U1、指示灯HL1、输出电压表PV3、中间继电器K2和电压继电器KV组成。充电设备由隔离变压器T2、充电电流调整器T、单相桥式整流器U2、指示灯HL2、输出电压表PV1和充电电流表PA1组成。图中设一组镉镍蓄电池GB由双投开关QK5进行充电或浮充电切换。1、蓄电池充电蓄电池GB充电时，双投开关QK5置充电位置，即2-3、5-6触点接通，使充电整流器U2经限流

15、电阻R10向蓄电池GB充电，并利用电压表PV1和电流表PA1监视充电电压和充电电流，其大小可由充电电流调整器T和限流电阻R10进行调节。2、蓄电池浮充电运行浮充电运行时，浮充电整流器U1经电压调整器V和开关QK4向控制母线供电，接带经常性负荷。电压调整器V由50只二极管(串联成5组，每组10只)、选择开关SA和中间继电器KC组成，可使输出电压得到35V左右的调整。输出电压的调整有两种方法：(1)手动调整。当输出电压低于希望值时，可根据降低的幅度，利用选择开关SA来短接相应数量的二极管，以达到提高输出电压的目的。(2)自动调整。当输出电压(即控制母线电压)降低到一定值时，继电器K1返回，其常闭触

16、点闭合，启动中间继电器KC，其常开触点闭合，将电压调整器V中的二极管全部短接，输出电压则是全电压(PV3或PV4指示电压)，同时在手动开关S10投入情况下，启动电铃HAB发出音响信号，拉开开关S10可解除音响信号。按钮SB用来复归中间继电器KC浮充电运行时，双投开关QK5置于浮充电位置，触点1-2、4-5接通，使浮充电整流器U1经限流回路R1、V1和电阻R10向蓄电池GB浮充电。当浮充电整流器U1交流侧失电时，继电器KV和K2返回，继电器K2的常闭触点闭合，使控制母线无间断地转向由蓄电池单独供电。同时在手动开关S9投入的情况下，低电压继电器KV的常闭触点启动电铃HAB，发出音响信号。拉开手动开

17、关S9可解除音响信号。硅整流电容储能直流系统1.直流母线合闸母线I：接断路器合闸回路控制母线II：向控制、保护、信号回路供电2.整流电路(1)三相整流：(2)单相整流：3.储能电容器(1)故障时，储能电容进行浮充储能(2)故障时，向重要负荷持续供电CI:向10KV线路的继电保护和跳闸回路供电CII:向主变和电源进线的继电保护和跳闸回路供电硅整流电容储能的直流电源系统接线图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、U

18、2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）放电保证供电可靠性的措施1.采用可靠的交流电源：采用两路电源互为备用(1)一路取自所用变，一路自其它电源(2)一台所用变接负荷出线侧，一台所用变接在电源进线断路器外侧2.故障时，为保证重要的继电保护，断路器跳

19、闸回路及自动装置供电，采用储能电容和复式整流储能电容器的检查日常检查内容：电压，泄露电流，容量，熔断器的完好性检查1.电压检查2.泄露电流检查3.容量检查储能电容器检查装置电路直流系统的绝缘监察与闪光装置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。直流供电网络一般分布较广，系统复杂，外露部分多，容易发生绝缘损坏而接地。如果是正、负两极都接地，此时故障回路的熔断器熔断，

20、使相应部分的直流系统停电。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。例子如右图，当正极A点接地后，又在B点发生接地，断路器跳闸线圈YT中就有电流流过，这将引起断路器误跳闸；当负极E点接地后，又在B点发生接地情况下，当保护动作(即触点K闭合)时，由于断路器跳闸线圈YT被两个接地点(B，E)短接，则断路器跳闸线圈YT中就没有电流流过，断路器拒绝跳闸且熔断器熔断。由以上分析可知，在直流系统中，装设绝缘监察装置是十分必要的。绝缘监察装置的基本要求：(1)应能正确反应直流

21、系统中任一极绝缘电阻下降 当绝缘电阻降至1520千欧以下时，应发出灯光和音响预告信号(2)应能测定绝缘电阻下降的极性，以及绝缘电阻的大小(3)应能有助于绝缘电阻下降点的查找如何进行绝缘监察？右图为简单的绝缘监察装置，由电压表(PV1)和转换开关(SA)组成，根据电压表测得的电压值可以粗略估算正、负母线对地的绝缘电阻，从而达到绝缘监察的目的。图中SA为LW2-W-6a、6、1/F6型转换开关，它有三个位置，为 “m(母线)”、“对地”和“+对地” 。平时置“m(母线)”位置，触点1-2、5-8接通，电压表测量正、负母线电压Um，当切换至“+对地” 位置时，触点1-2、5-6通，测得正电源母线对地

22、电压，当切至“对地” 位置时，触点1-4、5-8通，测得负电源母线对地电压。若正、负母线对地电压为零，表明直流系统绝缘良好，因为母线没接地，电压表不成回路。若正母线对地电压为零，负母线对地电压Um，表明正母线对地反之亦然。若测量结果在零与Um之间，根据具体的计算公式，可以估算出正、负电源母线的绝缘电阻。估算公式为： 正、负母线对地绝缘电阻 测得正、负母线对地电压 直流母线电压 电压表内阻这种绝缘监察需要人工操作，主要用在小型的变电站和发电厂电磁型继电器构成的绝缘监察装置(1)信号电路的工作原理（电桥平衡原理）直流系统正常时，电桥平衡，K1不动作某一极绝缘电阻下降时，电桥不平衡， K1动作，发灯

23、光和音响信号(2)绝缘电阻下降的极性测量电路（转换开关SA，高内阻电压表PV1）绝缘电阻测量电路a.系统正常时，R3触头位于中间，电桥平衡b.正极绝缘电阻下降后，SM1置于I位，R4被短接，调整R3使电桥平衡读取R3上的百分数x，再将SM1置于II位，读取绝缘检查电压表的欧姆读数，利用下面公式计算：C.负极绝缘电阻下降后，先将SM1置于II位置，R5被短接，调整R3使电桥平衡，读取R3上的百分数x；再将SM1置于I位置，读取绝缘检查电压表的欧姆读数R，利用下面公式计算：以上算式中，R为直流系统总的对地绝缘电阻，x为R3电阻刻度的百分值电子型绝缘监察装置（1）正常时，各馈线上的互感器二次输出为零

24、（2）当某一馈线回路绝缘电阻下降时，低频信号通路，互感器二次侧产生一个微弱的低频小信号，将该小信号滤波放大，相位比较等处理后使信号装置动作，发出相应的信号，利用数码管可显示绝缘电阻下降或接地的直流馈线的名称和编号。直流系统的电压监察电压过高：对长期带电的设备造成损坏或缩短使用寿命电压过低：使继电保护装置和断路器的操动机构拒动低电压继电器：KV1过电压继电器：KV2当直流母线电压低于或高于允许值时，电压继电器KV1或 KV2动作，点亮光字牌H1或H2，发出预告信号通常情况下，低电压继电器KV1动作电压整定为母线额定电压的75%，过电压继电器KV2动作电压整定为直流母线额定电压的125%。闪光装置

25、发电厂和变电站的直流系统通常有闪光装置，作为断路器位置(或其他需要闪光)信号灯的闪光电源。闪光装置产生闪光电源，采用中间继电器和闪光继电器实现1.闪光继电器：线圈K，电阻R，电容C和若干辅助触点2.闪光装置电路和工作原理组成：闪光继电器，按钮SB，信号灯HL1正常运行时，闪光装置不工作，电流路径为；正极-FU1-SB动断触点-HL1-R1-FU2-负极，信号灯发平光工作时，按下SB按钮-信号灯HL1接到小母线上正极-FU1-K的动断触点-K线圈和电容C-R-SB-HL1-R1-FU2-负极电容C充电-信号灯变暗-K动作-电容C放电-信号灯变亮由以上分析可知，闪光小母线平时不带电，只有在闪光装置

26、工作时，才间断地获得低电位和高电位，其间隔时间由闪光继电器中电容C的充、放电时间决定当某一断路器QF事故跳闸时，通过“不对应”回路把闪光小母线M100(+)接至负电源，闪光继电器K的线圈回路接通，其工作过程与按下试验按钮SB相同，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”位置时，其触点9-10断开，闪光灯灭。直流供电网络直流负荷的分类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

27、源消失后由直流电源供电的负载。它一般包括有：事故照明和载波通讯备用电源，另外还包括直流油泵等。 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。10kV及以下变电所直流操作电源设计原则1.供一级负荷的配电所或大型配电所，当装有电磁操动机构的断路器时，应采用220V或110V蓄电池组作为合、分闸直流操作电源；当装有弹簧储能操动机构的断路器时，宜采用小容量镉镍电池装置作为合、分闸操作电源2.中型配电所当装有电磁操动机构的断路器时，合闸电源宜采用硅整流，分闸电源可采用小容量镉镍电池装置或电容储能。对重要负荷供电时，合、分闸电源宜采用镉镍电池装置。

28、当装有弹簧储能操动机构的断路器时，宜采用小容量镉镍电池装置或电容储能式硅整流装置作为合、分闸操作电源。采用硅整流作为电磁操动机构合闸电源时，应校核该整流合闸电源能保证断路器在事故情况下可靠合闸。3.小型配电所宜采用弹簧储能操动机构合闸和去分流分闸的全交流操作。35110kV变电所直流系统接线 1.变电所的直流母线，宜采用单母线或分段单母线的接线。采用分段单母线时，蓄电池应能切换至任一母线。2.重要变电所的操作电源，宜采用一组110V或220V固定铅酸蓄电池组或镉镍蓄电池组。作为充电、浮充电用的硅整流装置宜合用一套。其他变电所的操作电源，宜采用成套的小容量镉镍电池装置或电容储能装置。3.蓄电池组

29、的容量，应满足下列要求： （1）全所事故停电1h的放电容量： （2）事故放电末期最大冲击负荷容量。小容量镉镍电池装置中的镉镍电池容量，应满足分闸、信号和继电保护的要求。直流系统一点接地的寻找当直流母线上的绝缘监察装置发出接地信号以后，运行人员首先利用绝缘监察装置判断是哪个极接地，并测量其绝缘电阻的大小，然后寻找接地点的位置，以便及时消除。首先根据当时的运行方式、操作情况以及其后影响的因素，初步判断接地点的位置，然后遵循先信号和照明回路后控制回路、先室外后室内的原则，采用分路试停的方法寻找有接地点的回路。在切断各专用直流回路时，切断时间一般不超过3s。发现某一专用直流回路有接地时，在进一步寻找接地点的位置。寻找时注意事项如下：(1)停电前应采取必要的措施，以防止直流失电可能引起的保护及自动装置的误动作(2)禁止使用灯泡寻找接地，必须使用高内阻仪表：母线电压为220V，内阻不小于20K；母