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变电站讲解——直流系统2010年9月10日直流系统直流电源系统蓄电池UPS交流不停电电源直流系统的设计什么是直流系统直流系统是应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户，为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、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，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源—蓄电池继续提供直流电源的重要设备。直流屏的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性和安全性。直流系统是以电池容量标称,如65AH,常用名称:GZDW-65AH,。直流系统的用途广泛应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户(如发电厂、变电站、配电站、石化、钢铁、电气化铁路、房地产等)，为信号设备、保护、自动装置、事故照明及断路器分、合闸操作提供直流电源，它也同样广泛的应用于通信部门、计算机房、医院、矿井、宾馆，以及高层建筑的可靠应急电源，用途十分广泛。还有直流系统的心脏是蓄电池，对蓄电池进行科学的维护是直流系统的核心工作。直流系统的构成一部份是电池屏,另一部份是直流充电屏（直流屏）。电池屏就是一个可以摆放多节电池的机柜（800×600×2260）。电池屏中的电池一般是由2V-12V的电池以9节到108节串联方式组成，对应电的电压输出也就是110V或220V。目前使用的电池主要是阀控式密封免维护铅酸电池。直流屏主要是由机柜、整流模块系统、监控系统、绝缘监测单元、电池巡检单元、开关量检测单元、降压单元及一系列的交流输入、直流输出、电压显示、电流显示等配电单元。整流模块系统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。整流模块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。监控系统监控系统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。绝缘监测单元当绝缘值低于10KΩ时，装置开始报警。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。电池巡检单元开关量检测单元开关量检测单元是对开关量在线检测及告警干节点输出的一种设备。比如在整套系统中哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断后开关量检测单元就会发出告警信号，并能通过监控系统显示出是哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断。目前开关量检测单元可以采集到1-108路开关量和多路无源干节点告警输出。降压单元降压单元就是降压稳压设备，是合母电压输入降压单元，降压单元再输出到控母，调节控母电压在设定范围内（110V或220V）。当合母电压变化时，降压单元自动调节，保证输出电压稳定。降压单元也是以输出电流的大小来标称的。降压单元目前有两种，一种是有级降压硅链，一种是无级降压斩波。有级降压硅链有五级降压和七级降压，电压调节点都是3.5V，也就是说合母电压升高或下降3.5V时降压硅链就自动调节稳定控母电压。无级降压斩波就是一个降压模块，它比降压硅链体积小，它没有电压调节点所以输出电压也比降压硅链要稳定，还有过压、过流、和电池过放电等功能。不过目前无级降压斩波技术还不是很成熟常发生故障，所以还是降压硅链使用效广泛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（本站为300AH），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电流的模块和话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。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。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。蓄电池组的充电-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？）。蓄电池在充电和放电过程中，端电压的变化很大，放电时，酸性蓄电池每个蓄电池的端电压由2V下降到1.75-1.8V；充电时则由2.1升高到2.6-2.7。为了维持直流母线电压的稳定，在充放电过程中必须调整电压。在电力系统中，多采用端电池调节器，用来调节接到母线上蓄电池的数目，以维持直流母线的电压。为此，将全部蓄电池分为两部分，一部分固定不调的基本蓄电池，另一部分是可调的端电池。在充放电过程中，通过改变段电池的数目，达到维持母线电压基本稳定的目的。端电池调节器端电池调节器（呈圆环状，里面有呈环状排列的金属片，并相隔一定的距离）有手动和电动两种形式。互相绝缘的金属片依次连接到端电池间的抽头上，通过操作放电手柄1P或充电手柄2P就可以调节投入蓄电池的数量。为了在调节过程中防止电路终端，将每一个手柄的触头分为两部分，即主触头和辅助触头，在调节过程中先使两个触头跨接在相邻的两个金属片上，并通过另一个电阻连接着，然后断开辅助触头完成一次调节（相当于调压分接头）。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：（1）初充电（2）浮充电（3）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。（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。本站阀控式密封铅酸蓄电池组两组阀控式铅酸蓄电池蓄电池组容量：300Ah（容量是怎么计算出来的？）蓄电池个数：每组52只事故放电时间：两小时蓄电池直流母线浮充电压：115V蓄电池放电终止电压：1.85V放电1小时后冲击负荷：35KW（5S）经常负荷：6KW蓄电池寿命：＞20年蓄电池安装在支架上直流母线电压范围：90~160V蓄