直流系统原理、构成及检修方法

直流系统原理、构成及检修方法目录1直流系统概述2直流系统组成3直流系统异常分析与处理直流系统概述变电站内二次设备需要电源，如远动设备、保护及自动装置、事故照明、断路器（开关）分合闸操作等。电源：直流、交流变电站选择直流，不是交流。为何？直流系统概述1.电压稳定好,不受电网运行方式和电网故障的影响,单极接地仍可运行。2.单套直流系统一般有二路交流输入（自动切换），另有一套蓄电池组，相当于有三个电源供电，供电可靠高。3.直流继电器由于无电磁振动、没有交流阻抗，损耗小，可小型化，便于集成。4.如用交流电源，当系统发生短路故障，电压会因短路而降低，使二次控制电压也降低，严重时会因电压低而使断路器跳不开！直流系统概述直流电源系统直流系统是给信号及远动设备、保护及自动装置、事故照明、断路器（开关）分合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，在外部交流电中断的情况下，由蓄电池组继续提供直流电源，保障系统设备正常运行。直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高，直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一。在系统发生故障，站用电中断的情况下，如果直流电源系统不能可靠地为工作设备提供直流工作电源，将会产生不可估计的损失。直流系统组成直流系统充电装置蓄电池组馈线屏监控系统

直流系统包括：交流输入、充电装置、蓄电池组、监控系统（包括监控装置、绝缘监测装置等）、放电装置（可选）、母线调压装置（可选）、馈线屏等单元组成。直流系统组成直流系统组成蓄电池屏蓄电池组巡检模块直流充电屏充电机监控系统降压单元交流配电单元转换开关直流馈线屏绝缘监测单元直流馈线空开指示灯直流系统基本工作原理1.交流输入正常时系统交流输入正常时，两路交流输入经交流切换控制电路选择其中一路输入并通过交流配电单元给各个充电模块供电。充电模块将三相交流电转换为220V或110V的直流，经隔离二极管隔离后输出，一方面给电池充电、另一方面给负载提供正常工作电流。监控部分采用集散方式对系统进行监测和控制，充电柜、馈电柜的运行参数、充电模块运行参数，分别由配电监控电路和模块监控电路采集处理，然后通过串行通讯口把处理后的信息上报给监控模块，由监控模块统一处理后显示在液晶屏上同时可通过人机交互操作方式对系统进行设置和控制，若有需要还可接入远程监控，监控模块还能对每个充电模块进行均/浮充控制、限流控制等以保证电池的正常充电，延长电池寿命。直流系统基本工作原理2.交流输入停电或异常时交流输入停电或异常时充电模块停止工作，由电池给负载供电。监控模块监测电池电压、放电时间，当电池放电到设置的欠压点时，监控模块告警。交流输入恢复正常以后充电模块对电池充电。系统工作时的能量流如下图所示直流系统组成——充电装置直流电源从哪儿来？？？交流输入+充电装置交流配电单元交流I路交流II路充电机充电机充电机充电机充电机三充两供？新站不分合母控母？充电模块选为几台与蓄电池容量及充电电流相关交流配电单元实现I、II路自动切换直流系统组成——充电装置充电机（电力整流模块）就是把交流电整流成直流电的单机模块，通常是以通过电流大小来标称（如2A模块、5A模块、10A模块、20A模块等等），按设计理念的不同也可以分为：风冷模块、独立风道模块、自冷模块、自能风冷模块和自能自冷模块。它可以多台并联使用，实现了N+1冗余。模块输出是110V、220V稳定可调的直流电压。模块自身有较为完善的各种保护功能如：输入过压保护、输出过压保护、输出限流保护和输出短路保护(为什么装保护)等。直流系统组成——充电装置直流系统组成——配电单元配电单元主要是直流屏中为实现交流输入、直流输出、电压显示、电流显示等功能所使用的器件如：电源线、接线端子、交流断路器、直流断路器、接触器、防雷器、分流器、熔断器、转换开关、按钮开关、指示灯以及电流、电压表等等直流系统组成——监控系统监控系统是整个直流系统的控制、管理核心，其主要任务是：对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量数据及运行状态及时进行处理，并以此为依据对系统进行控制，实现电源系统的全自动管理，保证其工作的连续性、可靠性和安全性。监控系统目前分为两种：一种是按键型还有一种是触摸屏型。监控系统提供人机界面操作，实现系统运行参数显示，系统控制操作和系统参数设置。直流系统组成——监控系统直流系统组成——绝缘监测单元直流系统绝缘监测单元是监视直流系统绝缘情况的一种装置，可实时监测线路对地漏电阻，此数值可根据具体情况设定。当线路对地绝缘降低到设定值时，就会发出告警信号。直流系统绝缘监测单元目前有母线绝缘监测、支路绝缘监测。当绝缘值低于10KΩ时，装置开始报警。直流系统组成——电池巡检单元电池巡检单元就是对蓄电池在线电压情况巡环检测的一种设备。可以实时检测到每节蓄电池电压的多少，当哪一节蓄电池电压高过或低过设定时，就会发出告警信号，并能通过监控系统显示出是哪一节蓄电池发生故障。电池巡检单元一般能检测2V-12V的蓄电池和巡环检测1-108节蓄电池直流系统组成——监控系统监控系统是整个直流系统的控制、管理核心，其主要任务是：对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量数据及运行状态及时进行处理，并以此为依据对系统进行控制，实现电源系统的全自动管理，保证其工作的连续性、可靠性和安全性。监控系统目前分为两种：一种是按键型，还有一种是触摸屏型。监控系统提供人机界面操作，实现系统运行参数显示、系统控制操作和系统参数设置。直流系统组成——蓄电池1、定义：蓄电池是既能把电能转化为化学能储存起来，又能把化学能转变为电能供给负载的化学电源设备。2、分类：蓄电池一般按电解液不同分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两种。酸性蓄电池端电压较高、冲击放电电流大，适合于断路器跳、合闸的冲击负荷，但酸性蓄电池寿命短，运行维护比较复杂。碱性蓄电池体积小、寿命长、运行维护简便，但事故放电时电流较小。目前广泛运用酸性蓄电池。直流系统组成——蓄电池3、蓄电池主要构成：容器、电解液和正、负电极构成4、蓄电池工作原理：蓄电池的正极板和负极板插入电解液中时，发生化学反应，由于正负极板材料不同，正负极板电位不同，正负极板便产生电位差。在外电路没有接通时，正负极板之间的点位差就是蓄电池的电势；在外电路与负载接通时，就有电流流过负载，也既是蓄电池向负载放电。当蓄电池放电后将负载断开，使其与直流电源相连。（由交流经整流设备向直流电源供电，直流电源再给负荷供电，当交流电源失去时，由蓄电池作为备用电源向负载供电，保持供电可靠性，放电完成后，与负载断开，所放电量不一定能够维持到交流电有电状态，不能维持则系统将停电，所以必须尽快检修。为了保证供电可靠性，有的变电所会采用两个或以上的交流电源供电，但仍需设置蓄电池组所谓其后备电源，以免两个电源同时出现故障）。由于单个蓄电池电压较低，需若干个连接成蓄电池组，作为发电厂及变电所的操作电源。蓄电池组作为操作电源，不受电网运行方式变化影响，在故障状态下仍能保证一段时间供电，具有很高的供电可靠性。直流系统组成——蓄电池5、蓄电池的容量及自放电：蓄电池的容量，就是蓄电池放电到某一允许最小电压（或称终止电压）的过程中所放出的电量，以安时Ah）表示。蓄电池的容量与极板类型，电解液的比重，放电电流的大小与工作温度等因素有关。放电率可用放电电流大小或放电到终止电压的时间长短表示。蓄电池充电后，无论工作或不工作，其内部都有放电现象，这种现象成为自放电。这是由于电解液上下层比重不同，极板上下电势不等和正负极板上下之间的均压电流引起蓄电池有自放电，同时电解液中含有金属杂质沉淀在极板上会形成局部短路，也会引起蓄电池有自放电。由于自放电现象的存在增加了蓄电池的内部损耗。蓄电池即使没有工作，一定时间后也必须进行充电检查，以免损坏。

蓄电池——容量选择和模块的配置电池容量选择要进行直流负荷的统计，直流负荷按性质分为经常负荷、事故负荷、冲击负荷。经常负荷主要是保护、控制、自动装置和通信设置。事故负荷是指停电后必须由直流系统供电的负荷，如UPS、通信设置等。冲击负荷是指极短时间内施加的大电流负荷，比如断路器分、合闸操作等。根据上述三种直流负荷统计就可以计算出事故状态下的直流持续放电容量。一般在220KV的变电站直流系统的蓄电池要选择两组电池，电池容量是150AH-200AH，110KV的变电站直流系统的蓄电池要选择一组电池，池容量是100AH-150AH，35KV的变电站直流系统的蓄电池要选择一组电池，池容量是50AH-100AH。模块数量的配置是要全部模块出额定电流总值要≥最大经常负荷加蓄电池充电电流。(蓄电池充电电流是按0.1c-0.2c10)。如100AH的蓄电池组其充电电流是0.1c*100=10A，在不计算经常负荷的情况下选用额定电流5A电流的模块的话2台模块就可以满足对蓄电池的充电，要实现N+1冗余总共选择3台5A模块。蓄电池——充电-放电运行方式蓄电池组的充电-放电运行方式就是对运行中的蓄电池组进行定期的充电，以保持蓄电池的良好状态。其工作特点是正常工作时，充电设备，由充好电的蓄电池向直流负荷供电。为了保证在事故情况下蓄电池组能可靠的工作，蓄电池组正常放电时必须留有一定的裕量，决不能使蓄电池完全放电。通常放电约达容量的60%-70%时，便应停止放电，将充电设备投入，进行充电。在充电过程中充电设备除了向蓄电池组供电以外，还要担负经常性直流负载，故充电设备必须有足够的容量。整流装置回路中装有双投刀闸开关1K，以便使整流设备即可以对蓄电池组充电，也可以直接接在直流母线上作为直流电源。在整流装置回路中，装设电压表和电流表以监视端电压和供电电流。在蓄电池组接至母线的回路中，装设有双向刻度的电流表，用以监视充电和放电电流（什么意思？）。蓄电池——阀控式密封铅酸蓄电池该蓄电池组运行过程中充电方式通常有三种：初充电、浮充电、均衡充电（1）初充电：新安装的蓄电池或大修中更换的蓄电池第一次充电，称为初充电。初充电电流为1.0倍I10（10小时率放电电流），单体电池充电电压到2.3~2.4V时电压平衡，电压下降即可投运，即转为浮充运行。（2）浮充电阀式电池完成初充电后，转为浮充电运行，浮充电电压值为2.23~2.27V之间，根据制造厂家要求和运行具体使用情况而定。浮充电流值为0.3~2mA／h，作为电池内部的自放电和外壳表面赃污后所产生的爬电损失，从而使蓄电池组始终保持95%以上的容量。蓄电池——阀控式密封铅酸蓄电池阀控式密封铅酸蓄电池——充放电特性曲线蓄电池——阀控式密封铅酸蓄电池（3）均衡充电阀式电池在长期浮充运行中，如发生以下情况时，需对蓄电池进行均衡充电：A、当电池安装完毕；B、浮充运行中蓄电池间电压偏差超过规定标准时，即个别电池硫化或电解液的密度下降，造成电压降低，容量不足；C、当交流电源中断时，放电容量超过规定（5%~10%）C10以上。上述情况，按程序进行均衡充电。对第二种情况如果设有电池监控装置能判断时，根据该装置监测情况进行均衡充电。如果不准确的电池监控装置时，则根据制造厂的要求，一般浮充运行3个月，720小时后即进行均衡充电。在投运前，对电池进行初充电，此时用恒流为1.0I10进行充电。当单体电池电压上升为2.35V转为恒压充电，此时充电电流减少，转为正常运行状态，即浮充电压为2.25V。当运行720h以后进行均衡充电，即先以1.0I10对电池充电，电池电压为2.35V转为恒压充电。蓄电池——技术性能要求蓄电池环境温度在-10℃~+45℃条件下,其性能指标应满足正常使用要求。蓄电池在环境温度20℃~25℃时的浮充运行寿命应不低于20年。蓄电池组按规定的试验方法,10h率容量应在第一次充放电循环时不低于0.95C10,第五次循环应达到C10放电终止电压为1.83V。蓄电池间接线板、终端接头应选择导电性能有两极的材料,并具有防腐蚀措施。蓄电池槽、盖、安全阀,极柱封口剂等材料应具有阻燃性。蓄电池采用全密封防泄露结构,外壳无异常变形、裂纹及污迹,上盖及端子无损伤,正常工作时无酸雾逸出。蓄电池极性与标志极性一致,正负极性及端子应有明显标志,且便于用螺栓连接,其极性、端子外形尺寸应与所提供图纸一致。极板厚度应与使用寿命相适应,且正极板厚度不得低于3.5mm。蓄电池——技术性能要求电池电压均衡性满足一组蓄电池中任一二个电池的开路电压差不超过20mV（2V蓄电池）。蓄电池使用期间安全阀应自动开启闭合，闭阀压力应在1KPa~10KPa范围内，开阀压力应在10KPa~49KPa范围内。蓄电池除安全阀外，应能承受50KPa的正压或负压而不破裂、不开胶，压力释放后壳体无残余变形。大电流放电：蓄电池以30I₁₀的电流放电1分钟，极柱不应熔断，其外观不得出现异常。二个蓄电池之间连接跳的压降，3I₁₀不得超过8mA。电池组间互相连接线应绝缘。防爆性能：蓄电池在充电过程中，外部遇明火时，不应内部爆炸。蓄电池封置90天后，其电荷保持能力不低于85%。蓄电池的密封反应效率不低于95%。蓄电池——技术性能要求蓄电池具有耐过充能力和过充寿命。以0.3I10电流连续充电160h后，外观应无明显变形及渗液。标称电压2V蓄电池过充寿命不应低于210天。蓄电池自放电率每月不大于4%。制造厂提供的蓄电池内阻值，应与实际测试的蓄电池内阻值一致，允许偏差范围±10%。蓄电池在正常浮充电状态下运行3-6个月，蓄电池端电压与平均值的偏差应不大于±0.05%。蓄电池组以预放电电流1I10放电1小时后，叠加冲击电流（8I10）放电1次，冲击放电时蓄电池组端电压不低于101V。蓄电池在-30%℃和65℃时封口剂应无裂纹及溢流，密封性应符合规定。直流系统异常分析与处理故障直流电压消失母线电压异常直流接地直流系统异常——直流电压消失1、监控主机发出“直流电源消失”、“控制回路断线”或“保护装置异常”等告警信号；2、一般伴随着现场电源指示灯或OP灯不亮。现象：原因：熔丝熔断；熔断器、小开关接触不良；直流接线断线后果很严重直流系统异常——母线电压异常1、监控主机发出“直流系统异常”遥信告警；2、监控主机发出“I、II段控母电压遥测越限”告警。现象：原因：母线电压过高的原因：直流负荷减少、蓄电池组过充电、直流电压调整不当后果：母线电压过低的原因：直流负荷过大、蓄电池组欠充电、直流电压调整不当；过低：造成断路器、保护及自动装置动作不可靠现象。过高：使电气设备过热损坏或增加保护、自动装置误动的可能。直流系统异常——直流接地1、监控主机发出“直流接地”异常告警信号；2、监控主机发出“直流屏控母电压正、负对地遥测越限”告警。现象：直流系统异常——直流接地直流接地原因：(1)气候因素：由于气候因素造成的直流系统接地是一种最常见的情况，如雨天或雾天可能导致室外的直流系统绝缘降低造成直流系统接地；(2)人为因素：由于工作人员在工作中的疏忽造成的接地。如在带电二次回路上工作将直流电源误碰设备外壳，此种情况多为瞬间接地，检修人员清扫设备时不慎将直流回路喷上水等。另外，检修人员检修质量的不良也会留下接地隐患，如室外设备未加防雨罩、二次回路漏接线头、误将控制电缆外皮绝缘损伤等。此时接地信号不一定立即发出，但具备一定外部条件如潮湿或操作设备时就会引起直流接地；直流系统异常——直流接地接地原因分析：（3）自然因素。直流回路在运行中常常受到多种不利因素的影响，如设备运行过程中的机械振动、挤压、设备质量不良、直流系统绝缘老化等都可引起接地或成为一种接地隐患；（4）环境因素。在中电气高低压开关室一般离锅炉辅助设备较近，由于环境质量较差（包括粉尘、室内温度过高）不但给运行人员文明生产带来影响，而且对一次设备甚至二次设备直流系统带来负面影响，实践证明环境因素在现场对直流系统的安全运行带来较大的负面作用。直流系统异常——直流接地直流接地危害：

直流接地故障中,危害较大的是两点接地,可能造成严重后果。一点接地可能造成保护及自动装置误动或者拒动;而两点接地,除可能造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动外,还可能造成直流保险熔断,使保护及自动装置、控制回路失去电源,在复杂保护回路中同极两点接地,还可能将某些继电器短接,不能动作跳闸,致使越级跳闸,造成事故扩大。直流系统异常——直流接地直流接地危害示意图直流两点接地危害：1、A点、B点两点接地，相当于将6、7接点短接,从而使YT误动作跳闸,会引起的开关误动作；2、