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直流系统基本知识课程基本内容一、概述二、基本组成三、接线方式四、绝缘监察与电压监视五、异常处理一、直流电源系统概述(一）直流电源系统的重要作用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（隔离开关）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，由后备电源—蓄电池继续提供直流电源，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。一、直流电源系统概述各种用电设备（包括继电保护及自动装置、断路器分合闸、载波通信、事故照明等）的工作都离不开直流电源。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。因此，有人把直流设备比喻为变电站的心脏。一、直流电源系统概述（二）基本概念1、直流母线：直流电源屏内的正、负极主母线。2、合闸母线：直流电源屏内供断路器合闸机构等动力负荷的直流母线。3、控制母线：直流电源屏内供保护及自动控制装置、控制信号回路等的直流母线。4、直流馈线：直流馈线屏至直流小母线和直流分电屏的直流电源电缆。一、直流电源系统概述合闸母线与控制母线的区别1、控制母线提供持续的，较小负荷的直流电源；而合闸母线提供瞬时较大的电源，平时无负荷电流。在合闸时电流较大，会造成母线电压的短时下降。2、控母电压一般为220V，合母电压稍高一些，为240V。为什么不用交流电源呢？直流电源与交流电源相比，优势在哪里？1、输出电压稳定。2、单个直流屏有二路交流输入（自动切换），加上蓄电池，相当于有三个电源供电，供电稳定。3、假如用交流电源，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！一、直流电源系统概述（三）对直流系统的要求直流系统可靠性的要求很高，为使其满足这样要求，必须做到以下几点：必须合理选择直流系统的额定电压。220V直流系统220V系统：220V直流电源对变电站的事故照明比较有利，接线简单。因为通常我国照明电压采用220V，如果使用110V直流系统事故照明备用电源时，需要采用逆变装置或其它办法来解决事故照明的供电问题，较为复杂。一、直流电源系统概述（四）运行规定1、电压规定①220V直流母线电压应经常保持在220V±5V的范围内。②蓄电池应经常处于浮充电状态，端电压通常应在2.23V/单体。2、温度规定①正常状况下，蓄电池温度应在15℃～25℃之间。最高不得超过30℃，最低不得低于10℃。②在大充电时，蓄电池电解液温度不得超过35℃～45℃。否则，应降低充电电压或停止充电。③蓄电池室室温应保持在15℃～25℃为宜。二、直流系统的基本组成（一）（一）、直流系统主要有充电屏、蓄电池（屏）、馈线屏及监测系统等部分组成。蓄电池组充电屏馈线屏监控系统直流系统二、直流系统的基本组成（二）充电模块（高频开关电源模块）：在交流不断电的情况下，给直流母线供电；同时给蓄电池组充电，使蓄电池组工作在最佳状态，延长蓄电池组的使用寿命。蓄电池组：在交流断电的情况下，维持直流电源系统的供电，是直流电源系统的核心部分。其容量、性能和健康状况对整个直流电源系统的正常运行起到重大作用。二、直流系统的基本组成（二）交流配电、直流馈电、（降压装置）：为直流电源系统中的充电装置、各控制负荷和动力负荷进行电源的合理配置。智能监控模块：对整个直流电源系统的运行状况进行实时监测，控制蓄电池组的充、放电过程。主要包括：绝缘检测仪、在线监控装置、电池巡检单元等。二、直流系统的基本组成（二）（二）、充电设备1、充电设备是直流系统中最为关键的设备，它的技术指标高低与运行稳定与否就直接关系直流系统的技术指标及运行稳定性。作用：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。平时为负荷供电，为蓄电池充电。二、直流系统的基本组成（二）。要求充电、浮充装置有较高的稳压精度，才能保证蓄电池的正常运行，保证控制母线的电压稳定在额定值。提出稳压精度要求，一方面是由于交流电源有可能出现±10％的电压变化。另一方面是蓄电池本身对充电、浮充电电压的变化范围有要求。例如，要求普通铅酸蓄电池的浮充电电压在2.15～2.17V，阀控式铅酸蓄电池浮充电电压为2.23～2.28V。对输出直流电的要求当浮充电电压不稳，过高或过低都容易引起普通铅酸蓄电池的极板硫化，降低寿命。阀控式铅酸蓄电池对充电和浮充电装置的稳压精度要求更为严格，其均衡充电电压为2.35～2.4V。当电压超过2.4V时，将产生过充电，电解液损失加大，使蓄电池寿命降低。二、直流系统的基本组成（二）直流系统设计技术规定要求，浮充电时稳压精度应不大于±2％，充电时应不大于±5％。一般认为阀控式铅酸蓄电池的充电和浮充电装置在各种情况下稳压精度不应大于±1％。继电保护规程要求：装置直流电源电压，最低电压不低于额定电压的85%，最高电压不高于额定电压的110%。二、直流系统的基本组成（二）3.3交流电压由于直流系统的功率较大，也为了降低纹波系数，减小滤波电容值，充电装置的交流输入宜为三相制，额定电压为380V，并且应允许在±10％额定电压范围内波动而不影响其正常工作，额定频率为50Hz。二、直流系统的基本组成（二）3.4充电装置应具有恒定电流、恒定电压功能，能以自动浮充电、自动均衡充电、手动充电三种运行方式。3.5充电装置内应有限流功能。在与蓄电池组并联，负荷中出现冲击电流时，大部分电流应由蓄电池组承担，以防止充电装置出现过电流跳闸。二、直流系统的基本组成（三）（三）、蓄电池蓄电池是储存直流电能的一种设备，它能把电能转变为化学能储存起来（充电），使用时再把化学能转变为电能（放电），供给直流负荷，这种能量的变换过程是可逆的。也就是说，当蓄电池已部分放电或完全放电后，两电极表面形成了新的化合物，这时如果用适当的反向电流通入蓄电池，就可使已形成的新化合物还原成原来的活性物质，供下次放电之用。三、直流系统的基本组成（三）阀控型铅酸蓄电池是80年代末期从国外引进的一种新型铅酸蓄电池。电解液有胶体与液体两种，液体的一般吸附在极板间由超细玻璃纤维制成的隔膜中，吸附比约为90％。阀控型蓄电池存储电解液的缸体是密封的，在缸体上装有一个安全排气阀，当内部气体压力超过规定值时，阀门自动排气，直到压力恢复正常自动关闭。无论电池立放或卧放，电解液都不会溢出。所以它不需要添加电解液，维护工作量小。三、直流系统的基本组成（三）阀控密封铅酸蓄电池的最佳运行环境温度为15-25℃，环境温度一旦超过25℃，只要温度每升高10℃，蓄电池的使用寿命就会减少一半。二、直流系统的基本组成（三）蓄电池充放电相关概念定义浮充电：在充电装置的直流输出端始终并接着蓄电池和负载，以恒压充电方式工作。正常运行时充电装置在承担经常性负荷的同时向蓄电池补充充电，以补偿蓄电池的自放电，使蓄电池组以满容量的状态处于备用。均衡充电：为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电。核对性放电：在正常运行中的蓄电池组，为了检验其实际容量，将蓄电池组脱离运行，以规定的放电电流进行恒流放电，只要其中的一个单体蓄电池放到了规定的终止电压，应停止放电。二、直流系统的基本组成（三）蓄电池充放电相关概念定义定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致电池单体容量不平衡，而周期性地以较高的电压对电池进行均衡充电。限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电。恒压均充：以恒定的均充电压对电池充电。二、直流系统的基本组成（三）蓄电池的容量及放电率蓄电池的容量（Q）是蓄电池蓄电能力的重要标志。容量Q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。二、直流系统的基本组成（三）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。QN=IN·tN式中QN蓄电池的额定容量，A·h；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。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=I·t式中Q蓄电池的容量，A·h；I非10小时率的放电电流，A；t放电时间，h。二、直流系统的基本组成（三）蓄电池直流系统的运行方式有两种，即充电－放电运行方式和浮充电运行方式。目前，多数直流系统都采用浮充电运行方式。1．充电－放电运行方式充电－放电运行方式就是将充好电的蓄电池组接在直流母线上对直流负荷供电，同时断开充电装置。当蓄电池放电到其容量的75％～80％时，为保证直流供电系统的可靠性，即自行停止放电，准备充电，改由已充好电的另一组蓄电池供电。二、直流系统的基本组成（三）2．浮充电运行方式浮充电运行方式就是将充好电的蓄电池组与浮充电整流器并联工作，平时由整流器供给直流负荷用电，并以不大的电流向蓄电池组浮充电（以补充电池因有漏电而使其电压下降的缺陷），使蓄电池处于满充电状态。浮充电运行的蓄电池组能承担短时冲击负荷（如断路器合闸电流）和事故负荷。۞二、直流系统的基本组成（三）蓄电池的运行与维护1、浮充电运行的蓄电池组，除制造厂有特殊的规定外，应采用恒压方式进行浮充电。浮充电时，严格控制单体电池的浮充电压上、下限，防止蓄电池因充电电压过高或过低而损坏。2、新安装或大修中更换过电解液的防酸蓄电池组，第一年内，每半年进行一次核对性放电试验。运行一年后的防酸蓄电池组，每隔一、两年进行一次核对性放电试验。二、直流系统的基本组成（四）合闸母线接在蓄电池端口，母线电压将随着蓄电池充电方式的不同而变化。合闸母线通过一个降压稳压装置与控制母线连接。由于所有的保护装置与控制回路均接于该母线，要求该母线的电压保持相对的稳定，该电压的稳定由降压稳压装置来实现。常用的降压稳压装置有硅链降压、斩波稳压与高频开关模块直供控制母线稳压三种。二、直流系统的基本组成监控装置为测量、监视、调整直流系统运行状态，发送上传各类告警信号，要求安装一套监控系统，特别是使用高频开关电源的直流系统。监控系统一般微机型装置，主要完成以下工作。（1）采用液晶屏幕显示有关充电电流、电压等数据。（2）该装置能设置充电的电压、电流曲线，并对蓄电池的充电电压进行自动温度补偿。二、直流系统的基本组成（3）监测高频开关模块工作情况，当某个模块故障时发出告警型号；监控模块故障时，不影响高频开关模块正常工作。（4）具有对蓄电池的容量考核及内阻检测手段，并能自动生成蓄电池的充放电曲线。提供必要的电池自动（或手动）检测和控制功能，包括在线电池活化控制和内阻测量等功能。二、直流系统的基本组成（5）应具有对交流输入电源的电压、电流进行实时监控。（6）与变电站监控系统通讯，将直流系统的各遥测量、遥信量发给变电站监控系统。二、直流系统的基本组成放电电阻在直流电源柜上，一般还安装有蓄电池的放电电阻，用来为蓄电池核对性充放电时提供负载，一方面使现场维护时减少工作量，对于具有微机监控的直流系统，可以通过整定来定期对蓄电池进行充放电工作。由于充放电时要将大量电能通过放电电阻转化为热能释放，所以放电电阻在该过程中温度很高，所以一般将该电阻安装在屏柜的顶部，与其它元件保持足够的距离，并有隔热措施及通风措施。三、直流系统的接线方式（一）（一）说明1、直流系统中的主要电源是蓄电池组，其次是充电和浮充电设备。220～500kV变电所蓄电池正常情况下以浮充电方式运行。直流负荷实际上由浮充电设备供电，蓄电池处于浮充电状态。2、当有两组蓄电池时，每段直流母线接一组蓄电池和一套浮充电设备。充电设备两组蓄电池共用。两套浮充电设备应接在不同的交流电源回路。三、直流系统的接线方式（一）3、110kV以下变电所一般采用单母线接线，220～500ｋV变电所常用的直流母线接线方式有单母线分段和双母线两种。三、直流系统的