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直流系统培训资料山东鲁能智能技术有限公司二OO六年一月-1-1.直流系统简介1.1直流系统的作用及重要性为供给继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等直流负荷。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。电力系统直流操作电源系统是发电厂、变电站中不可缺少的二次设备之一,它的可靠性直接影响发电厂和变电站设备的安全可靠运行。1.2高频开关产生背景从前我国各地的发电厂、水电站及500kV、220kV、110kV、35kV等各类变电站所使用的直流电源设备（包括供给断路器分合闸用，后备电池充电以及二次回路的仪器仪表，继电保护，控制应急灯照明等各类低压设备用电），大部分采用的是相控电源或磁饱和式电源，由于受工艺水平和器件特性的限制，上述电源长期以来处于低技术指标、维护保养难的状况。由于受变压器或晶闸管自身参数的限制，上述电源存在很多不足之处，诸如：初充电流、浮充电流不稳，系统纹波电压过高，控制特性不佳，不便于同计算机系统配接实现监控等。同时，充电设备与蓄电池并联运行，当电源纹波系数较大，浮充电压波动或偏低时，会出现蓄电池脉动充电、放电现象，造成蓄电池组或单体的过早损坏。除了很多技术指标方面的缺陷外，上述电源还存在体积庞大，效率不高，1＋1冗余投资大等不足之处，应该说已远远不能满足飞速发展的电力工程的需要。随着阀控密封铅酸蓄电池的推广普及，也对原有的直流操作电源系统提出了更高的要求,与防酸隔爆蓄电池及镉镍碱性电池相比,阀控密封铅酸蓄电池具有以下特点：无需添加水和调酸比重等维护工作,具有免维护功能；不漏液、无酸雾、不腐蚀设备,容易组成成套装置；自放电电流小；电池寿命长，25℃的浮充寿命可达l0～15年；结构紧凑、密封性好、抗震动性能好;不存在镉镍碱性电池的“记忆效应”。但阀控密封铅酸蓄电池对温度的反映较灵敏,对充电装置要求严格,不允许过充和欠充。如果仍采用陈旧落后的充电装置,出于其稳压、稳流精度低，纹波系数高,可能造成阀控密封蓄电池的寿命降低甚至本体涨裂损坏，而使整个直流系统瘫痪。-2-而以体积小、重量轻、效率高、输出纹波低、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N＋1冗余等为特点的高频开关电源逐步取代了原有落后电源，特别是近十年来电力电子技术的迅猛发展以及功率器件制造技术的提高，更使高频开关电源的可靠性及适用面大大优于相控电源和磁饱和式电源，所以90年代以后，美国、德国等西方发达国家新建电厂和变电站的相关设备已全部采用高频开关电源，并完成了对旧有电源设备的改造。电源技术发展的特点是开关电源的高频化和电源电路的模块化、集成化。高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。高频开关电源采用模块化设计，模块化具有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源电路单元的模块化。为了提高系统的可靠性，而把相关的部分做成模块。单片电源和模块电源取代整机电源，功率集成技术简化了电源的结构。这种模块化电源已经在通讯、电力获得广泛应用。多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，便极大地提高了系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供了充分的时间。1.3直流系统基本概念1.3.1均衡充电：在规定的时间内，以所能容许的最大电压对电池充电以恢复电池的能量，可使串联的各个电池单元容量最大且电压一致，用于均衡单体电池容量的充电方式，一般充电电压较高，常用作快速恢复电池容量。1.3.2浮充电：以最小的充电电流、比较低的推荐电压对电池进行长时间的连续不断地充电以使电池始终保持满容量的充电方式。保持电池容量的一种充电方式，一般电压较低，常用来平衡电池自放电导致原容量损失，也可用来恢复电池容量。浮充使用时蓄电池的充电电压必须保持一恒定值，在该电压下，充放电量应足以补偿蓄电池由于自放电而损失的电量以及氧循环的需要，保证在相对较短的时间内使放过电的电池充足电，这样就可以使蓄电池长期处于充足电状态，同时，该电压的选择应使蓄电池因过充电而-3-造成损坏达到最低程度，此电压称之为浮充电压。一般情况下（15-19℃），南都电池浮充电压为2.23V/只。1.3.3正常充电：蓄电池正常的充电过程，即由均充电转到浮充电的过程。1.3.4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。1.3.5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。1.3.6恒压均充：以恒定的均充电压对电池充电。1.4本公司直流电源柜的型号及意义设计序号：2代表II型(指以西门子PLC做整个直流系统的监控单元)设计序号：3代表III型（以IDC200做为直流系统的监控单元）1.5本公司直流电源系统列产品额定参数交流输入电压：380±15%、50Hz，直流输出(单个模块)额定电压有240V与120V区分，额定电流有5A，10A，20A区分。1.6蓄电池：参见蓄电池维护技术附录。2.直流系统的组成及各部件的作用2.1直流系统的组成主要由充电屏，馈电屏（或充馈一体屏），蓄电池（带电池屏）组成。其中充电屏及馈电屏（或充馈一体屏）又由高频开关电源模块（必选单元）、智能监控模块（必选单元），交流配电、直流馈电、监控模块、绝缘检测仪（可选单元）、电池监测仪（可选单元）组成。2.2各单元的作用2.2.1整流模块：现在主流用的都是智能高频开关电源，其作用是完成AC/DC变换，实现系统最为基本的功能（配有过电流、过电压、欠电压、过热等保护）-4-2.2.2交流配电：将交流电源引入并分配给各个充电模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换（正常工作时，第一路交流作主工作电源，第二路做辅助，当第一路因故停电时，第二路自动投入，当第一路恢复时，自动切换回第一路供电；）2.2.3降压硅链：对直流母线电压进行调节，以满足控制母线对电压的要求。2.2.4配电监控：将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供声光告警2.2.5监控模块：进行系统管理，主要为电池管理的后台远程监控,将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供告警，并上送给上位机。2.2.6绝缘检测仪：实现系统母线和支路的绝缘状况监测，产生告警信号并显示故障详细情况（无论是母线平衡接地，还是不平衡接地；同一支路的单侧接地，还是正负极同时接地；不同支路的单侧接地还是双侧同时接地；以及所有支路的混合接地；都可做出正确判断）2.2.7电池监测仪：支持单体电池电压监测和告警；对电池端电压，充放电电流，电池房温度及其他参数做实时在线监测2.3高频开关电源构成高频开关整流器一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出，见下图2.4高频开关电源的特点2.4.1采用模块化结构，系统可靠性高，维护简单迅速-5-2.4.2整流模块采用高频变换，体积小，重量轻2.4.3采用微机监控模块实现电源系统的监控和电池的自动充放电管理，并通过串行通信实现多个电源系统的远地集中监控3.直流系统接线形式及特点3.1直流系统主接线图，为方便记忆，将直流系统图简化如下：3.1.1单电池组、单母线分段：有降压装置3.1.2单电池组、单母线不分段：3.1.2.1无降压装置GZDW2-02方案，见图2-2-2单母线分段，单电池组，控制母线与动力母线分开。充电模块分两组以不同电压输出，动力母线与控制母线之间有降压装置。图2-2-1充电电流表10A10A10A10A负载电流取样充电电流取样交流切换装置充电模块充电模块供电模块降压单元供电模块单母线，单电池组，控制母线与动力母线合二为一。图2-2-2充电电流表10A充电电流取样充电模块交流切换装置充电模块负载电流取样-6-3.1.2.2有降压装置GZDW2-03方案，见图2-2-33.1.2.3有降压装置控母、合母分开模块单一电压输出单母线，单电池组，控制母线与动力母线合二为一。充电模块分两组以不同电压输出，充电回路与直流母线之间有降压装置。充电电流表10A10A图2-2-310A充电电流取样交流切换装置充电模块充电模块供电模块降压单元负载电流取样充电模块以单一电压输出，动力母线与控制母线之间有降压装置。单母线，单电池组，控制母线与动力母线分开。图2-2-410A至集总控制器充电电流表10A充电模块充电模块降压单元-7-3.1.2.4有降压装置控母、合母分开模块以不同电压输出GZDW2-05方案，见图2-2-53.1.2.5双电池组、双组充电模块、双监控模块、单母线分段：GZDW2-06方案，见图2-2-6单母线，单电池组，控制母线与动力母线分开。充电模块分两组以不同电压输出，动力母线与控制母线之间有降压装置。10A10A充电电流表图2-2-510A充电电流取样充电模块交流切换装置充电模块供电模块降压单元负载电流取样10A充电模块集总控制器去集总控制器充电模块10A图2-2-6交流切换装置供电模块供电模块10A10A充电电流表降压单元绝缘检察充电模块分两组以不同电压输出，动力母线与控制母线之间有降压装置。单母线分段，双电池组，控制母线与动力母线分开。充电模块10A充电模块集总控制器10A去集总控制器充电电流表降压单元-8-2．2．41000AH以上系统仅作充电机用GZDW2-07方案，见图2-2-7充电模块以单一电压输出，仅用于蓄电池充电机改造。图2-2-7电模电模20A10A块块模电模电20A10A块块充充充充电模电模20A10A块块电模电模20A10A块块电模电模20A10A块块电模电模20A10A块块电模电模20A10A块块电模电模20A10A块块充充充充充充充充充充充充电模电模20A10A块块充充电压取样电流取样-9-4.GZDW3直流电源系统调试注意事项GZDW3型直流电源系统是以IDC200装置做为整个系统的智能监控单元。4.1IDC200装置通讯问题：装置CPU板有两个通讯口，分别为COM1(RS232/RS485)、COM2(RS485)，COM1口在IDC监控装置的CPU板上有两组跳线RS232、RS485，需要用哪个通讯口时把相应的短路块短接即可，该口负责与上位机通讯。RS232口为常用接线方式即2----RXD，3----TXD，5----GND；RS485口相对应的接线方式3----RS485+，2----RS485-。COM2口为RS485口，其接线方式3----RS485+，2----RS485-，该口唯一功能是与华为模块通讯（还可根据不同要求修改程序与其他智能厂家整流模块通讯）。其中COM1口与上位机通讯时，可有两种规约可供选择，一种为自定义类型其通讯规约具体文本格式可在附录中查寻；另一种通讯规约为标准CDT规约，具体规约文本定义，可以在附录中查寻。4.2装置菜单有如下项目：4.2.1主运行状态：反应系统运行的电压，电流及其他相关参数4.2.2报警查询：历史报警信息及清除报警信息两项4.2.3系统参数设置：详见第4条4.2.4手动电池巡检：手动强制巡检，用以检测单体电池电压4.3在主运行画面下按“↓”键可进入电池检测状态1和2，以便观测电池状态，继续按“↓”键可进入馈线开关量检测状态，用以检测出直流馈出线开关开/断状态。4.4在系统参数设置菜单分别有如下菜单项目：4.4.1系统参数整定：4.4.1.1控制方式：（自动/手动可选）当系统控制方式为自动时，电池的充放电管理无需人工干涉，整个过程完全在本监控装置的管理下进行。如有必要（如调试），则可切换至手动方式。为了防止打断电池的正常均充过程，缩短电池使用寿命，控制方式的切换只有在浮充状态下才能进