變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理

1、變電站直流系統(tǒng) 一、變電站的操作電源 二、操作電源種類 三、直流系統(tǒng)的組成 四、直流系統(tǒng)的絕緣檢測及接地檢查 五、UPS不間斷電源 六、蓄電池的維護(hù)保養(yǎng) 七、 UPS不間斷電源維護(hù)和使用 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 變電站的操作電源 一、概述 操作電源就是變電站二次設(shè)備（包括繼電保護(hù) 自動(dòng)裝置、信號(hào)設(shè)備、通訊、遠(yuǎn)動(dòng)、監(jiān)控系統(tǒng) 和斷路器分合閘控制等）的工作電源，操作電 源的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn) 行。 二、 操作電源的基本要求 要求操作電源具有高度的可靠性 操作電源要有足夠的容量 操作電源 要有良好的供電質(zhì)量 操作電源應(yīng)維護(hù)方便安全經(jīng)濟(jì) 三、操作電源 的種類 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理

2、 操作電源的種類 交流操作電源就是直接使用交流電源，正常運(yùn)行時(shí)由電壓互感器或站用 變壓器作為斷路器的控制和信號(hào)電源，故障時(shí)由電流互感器提供斷路器 的跳閘電源。其優(yōu)點(diǎn)是接線簡單，維護(hù)方便，缺點(diǎn)是技術(shù)性能不能滿足 變電站的技術(shù)要求，因此一般采用蓄電池作為直流電源，這種直流電源 是一種獨(dú)立式電源，即使故障，該電源也呢能在一段時(shí)間內(nèi)正常供電， 以保證二次設(shè)備正常工作，具有高度的可靠性 直流操作電源又可分為獨(dú)立式直流電源和非獨(dú)立式直流電源，獨(dú)立式直 流電源由蓄電池直流電源和電源變換式直流電源；非獨(dú)立式直流電源有 硅整流電容儲(chǔ)能直流電源和復(fù)式整流直流電源（電流互感器二次經(jīng)）電 流電壓變換整流及電壓互感器二

3、次整流。 操作電源分為直流操作電源和交流操作電源 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 一、直流系統(tǒng)的組成 發(fā)電廠、變電站的直流系統(tǒng)主要由直流電源、直流 母線、只直流饋線等組成。直流電流包括蓄電池及 充電設(shè)備；直流饋線主要由干線和饋線構(gòu)成。 1、蓄電池 主要由酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類，長用酸 性蓄電池是鉛蓄電池，而常用的堿性蓄電池是鎘鎳 蓄電池。它們的化學(xué)方程式如下： （1）鉛蓄電池的正極為二氧化鉛，負(fù)極為鉛（海 綿鉛），電解液是硫酸溶液工作時(shí)蓄電池內(nèi)部的化 學(xué)反應(yīng)為:PbO2+Pb+2H2SO4 =PbSO4+2H2O(充電放 電的過程是可逆的)電池在放電時(shí)，正負(fù)極均生成硫 酸鉛，而消耗硫酸，充電與

4、放電的過程相反，其正 負(fù)極的硫酸鉛分別反應(yīng)生成二氧化鉛及海綿鉛，同 時(shí)生成硫酸 - - 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 （2）鎘鎳蓄電池的正極為氧化鎳，負(fù)極為鎘鐵， 其電解液采用氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，并加入少 量的氫氧化鋁，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)為： 2Ni（OH)2+Cd(OH)2=2NiOH+Cd+2H2O(充放電過 程是可逆的)。 （3）電氣參數(shù)，蓄電池的電氣參數(shù)包括： a額定電壓常用鉛蓄電池的額定電壓為2-2.5V/只， 鎘鎳電池的額定電壓為1.25V/只。 b額定容量;是指放電時(shí)間10h(或)5h，放電終止電 壓為1.8V（鉛酸蓄電池）或1V鎘蓄電池時(shí)的放電容 量。鉛酸蓄電池的容量小的有幾十

5、安時(shí)，大的有 1600Ah，而鎘鎳蓄電池的容量小的有10Ah,大的有 500 Ah 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 C短路電流：短路是電池共處電流大小，決定于蓄 電池的電動(dòng)勢，內(nèi)阻及外回路的電阻。當(dāng)外回路的 電阻等于零時(shí)，鎘鎳蓄電池可供出的最大短路電流 為1558A （4）蓄電池的充電，蓄電池的充電方法，通常采用 恒流的充電方法，充電的種類有初充電、正常充電 和均衡充電三種。為提高蓄電池的放電性能，新的 蓄電池在交付使用前，為完全達(dá)到荷電狀態(tài)所進(jìn)行 的第一次充電稱之為初充電，對(duì)已經(jīng)放過電的蓄電 池充電稱之為正常充電。為補(bǔ)償蓄電池在使用過程 中產(chǎn)生的電壓不均勻現(xiàn)象使其恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi) 而進(jìn)行的充電成

6、為均衡充電 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 （5）蓄電池組 發(fā)電廠及變電站直流系統(tǒng)的額定電壓，通常48V,110V 及220V三種，為取得各種電壓，需要將多個(gè)蓄電池組串 聯(lián)起來你，另外為使直流蒂娜元能輸出最大的電流，需 要將幾個(gè)蓄電池組并聯(lián)使用，直流系統(tǒng)的電壓越高，需 串聯(lián)的蓄電池個(gè)數(shù)越多，要求直流系統(tǒng)的輸出的電流就 越大，需并聯(lián)的蓄電池支路數(shù)越多。 （6）蓄電池的浮充 在充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負(fù)載， 以恒壓充電的方式工作，正常運(yùn)行時(shí)充電裝置在承擔(dān)經(jīng) 常性負(fù)荷的同時(shí)向蓄電池補(bǔ)充充電，以補(bǔ)償蓄電池的自 放電，使蓄電池組以滿容量的狀態(tài)處于備用，該放電方 式叫做浮充，此時(shí)充電電源與蓄電池組

7、并聯(lián)運(yùn)行，浮充 方式有全浮充和半浮充兩種。 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 2、充電設(shè)備 為補(bǔ)償電池運(yùn)行中的功率損耗，維持電壓及增大短路容 量，需要經(jīng)常對(duì)蓄電池充電。 充電設(shè)備通常采用將三相交流整流、濾波及穩(wěn)壓的交 流直流轉(zhuǎn)換裝置，應(yīng)滿足以下要求。 （1）充電設(shè)備輸出電壓及輸出電流的調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)滿足 蓄電池組各種充電方式的需要，對(duì)于直流電壓為110V的直 流系統(tǒng)，充電設(shè)備輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)為90160V；對(duì) 額定電壓為220V的直流系統(tǒng)，充電設(shè)備輸出電壓的調(diào)節(jié)范 圍為180V310V （2）具有維持恒定的輸出電壓及恒定輸出電流的調(diào)節(jié) 功能，對(duì)于用可控硅整流設(shè)備作為充電裝置時(shí)首先輸入電 壓在額定電壓

8、的+5%-15%范圍內(nèi)變化及輸出負(fù)荷電流在 額定電流0%100%范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出穩(wěn)定電流的誤差 小于+5% 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 （3）輸出電壓的紋波系數(shù)應(yīng)滿足電力系統(tǒng)用蓄 電池直流電源裝置運(yùn)行及維護(hù)技術(shù)教程 要求， 直流母線及波紋系數(shù)范圍應(yīng)不大于2%。 （4）充電時(shí)應(yīng)維持直流母線的電壓的變化小于 5% （5）充電設(shè)備的額定電流應(yīng)為n=1.1Qs/T+Ijc 考慮到核對(duì)性充放電，也可按最大充電 電流選擇，In=(0.10.125)Qs10/10 3、直流母線及輸出饋線 蓄電池組的輸出與充電設(shè)備的輸出并接在直流 母線上，直流母線匯集直流電源輸出的電能，并通 過各直流饋線輸送到各直流回路及其

9、他直流負(fù)載 （例如，事故照明，直流電動(dòng)機(jī)等） 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 直流母線的接線方式；取決于蓄電池組的數(shù)量，對(duì)直 流負(fù)荷的供電方式及充電設(shè)備的配置方式，在大型發(fā)電 廠及變電站，直流母線的接線方式為單母線分段或雙母 線。根據(jù)需要，從每段或每條直流母線上引出多路直流 軟件，將直流電源引至全廠或全站的配電室，及控制室 的小母線，或引至動(dòng)力設(shè)備的輸入母線上。 從各直流小母線上又分別引出多路出線，分別接至保 護(hù)盤，控制盤、事故照明盤或其他直流負(fù)荷盤 4、直流監(jiān)控裝置 為測量，監(jiān)視及調(diào)整直流系統(tǒng)運(yùn)行狀況，及發(fā)出異常 報(bào)警信號(hào)，對(duì)直流系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置監(jiān)控裝置。直流監(jiān)控裝置 應(yīng)包括測量表計(jì)，參數(shù)越線和回路異常

10、報(bào)警系統(tǒng)等 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 （二）對(duì)直流系統(tǒng)的基本要求 為確保發(fā)電廠及變電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，氣直流系統(tǒng) 應(yīng)滿足以下要求 （1）正常運(yùn)行時(shí)直流母線電壓的變化應(yīng)保持在10% 額定電壓范圍內(nèi)。若電壓過高，容易使長期帶電的二次 設(shè)備（例幾點(diǎn)保護(hù)裝置和知識(shí)燈等）過熱而損壞；若電 壓過低，可能使斷路器等設(shè)備不能正常工作。 （2）蓄電池的容量應(yīng)足夠大，以保證在浮充設(shè)備因 故停運(yùn)而其單獨(dú)運(yùn)行時(shí)能維持繼電保護(hù)及控制回路正常 運(yùn)行，要求有人值班的變電所，全所事故停電后電池的 放電容量不低于1小時(shí)，無人值班的變電所事故停電蓄 電池放電容量不低于2小時(shí)；此外還 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 應(yīng)保證事故發(fā)生后能可

11、靠切除斷路器及維持直流 動(dòng)力設(shè)備（例如直流油泵）的正常運(yùn)行，并有一定 的冗余度。 （3）充電設(shè)備穩(wěn)定可靠，能滿足各種充電設(shè)備 的要求。并有一定的冗余度。 （4）直流系統(tǒng) 的接線應(yīng)力求簡單可靠，便于運(yùn) 行維護(hù)，并能滿足繼電保護(hù)裝置和控制回路供電可 靠性要求。 （5）具有完善的異常事故報(bào)警系統(tǒng)及直流電源 分級(jí)保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生異?；蜻\(yùn)行參數(shù)越 限時(shí)，能發(fā)出報(bào)警 信號(hào)；當(dāng)直流系統(tǒng)某一支路發(fā) 生短路故障時(shí)，能快速而又選擇性地切除故障饋線， 而不影響其他直流回路的正常運(yùn)行 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 （6）宜使用具有切斷直流負(fù)載能力的不帶熱保 護(hù)的小空氣開關(guān)取代原有的直流熔斷器，小空氣開 關(guān)的的頂工

12、作電流應(yīng)按最大動(dòng)態(tài)負(fù)荷電流的1.5 倍2倍選用。 （7）對(duì)配置了雙重化保護(hù)的廠站還應(yīng)要求直流 系統(tǒng)的備用冗余配置，易配置兩組蓄電池，各帶一 段直流母線，每組蓄電池的容量應(yīng)能帶全站負(fù)荷， 兩端直流母線正常分裂運(yùn)行時(shí)，事故時(shí)可通過和幕 簾開關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)備用，雙重化配置的保護(hù)各在一 個(gè)直流段上運(yùn)行 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 直流系統(tǒng)的絕緣檢測 前已述及，發(fā)電廠變電站的直流系統(tǒng)分布面廣， 回路繁多，很容易發(fā)生故障或異常，其中最常見的 異?，F(xiàn)象是直流系統(tǒng)的接地故障 一、直流系統(tǒng)的接地危害 運(yùn)行實(shí)踐表明，直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地，容易致使斷路 器偷跳。此外，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地后，若 在發(fā)生另一點(diǎn)接地后，將可能

13、造成直流系統(tǒng)短路， 致使直流電源中斷供電，或造成斷路器 誤跳或拒 跳的事故發(fā)生。 當(dāng)控制回路發(fā)生兩點(diǎn)接地后，斷路器會(huì)發(fā)生誤跳或 拒跳， 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 當(dāng)A、B兩點(diǎn)接地或A、C兩點(diǎn)接地或A、D兩點(diǎn)接地時(shí)，跳閘線圈TQ將有 電流通過，致使斷路器跳閘；而當(dāng)C、E兩點(diǎn)接地，或B、E兩點(diǎn)接地或D、 E兩點(diǎn)接地時(shí)?？蓪?dǎo)致斷路器拒跳，或由于跳閘中間繼電器不能啟動(dòng)而在 繼電保護(hù)動(dòng)作后，斷路器不能跳閘的現(xiàn)象發(fā)生。 另外，當(dāng)A、E兩點(diǎn)同時(shí)接地時(shí)，將造成直流電源正極與負(fù)極之間的短 路故障，致使熔斷器1FU、 2FU要熔斷，導(dǎo)致控制回路直流電源消失。由 于斷路器線圈的動(dòng)作電壓較低，當(dāng)站內(nèi)的直流系統(tǒng)對(duì)地電容

14、較大時(shí)，跳 合閘線圈前的回路一點(diǎn)接地也會(huì)造成斷路器的誤跳誤合 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 二、直流絕緣檢測裝置 當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地后應(yīng)立即進(jìn)行檢查處理， 以避免發(fā)生兩點(diǎn)接地故障。這就需要設(shè)置直流系統(tǒng) 對(duì)地絕緣檢測裝置，當(dāng)直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣嚴(yán)重降低 或一電接地之后發(fā)出告警信號(hào)。 直流系統(tǒng)的絕緣 檢測裝置的種類很多，但是不 管那種裝置，其構(gòu)成原理均為點(diǎn)錢平衡原理。目前 使用最廣泛的是微機(jī)型絕緣檢測裝置，不但可以檢 測全直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀況，還可判斷出接地的極 性，還能測試出具體發(fā)生接地的直流饋線 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 三、直流系統(tǒng)接地位置的檢查 （一)接地所在饋線回路的確定 前已述及，危及性絕

15、緣監(jiān)察裝置，可以確定出接地點(diǎn) 所在饋線回路絕緣檢測裝置的直流系統(tǒng)，當(dāng)出線一點(diǎn)接 地故障之后，運(yùn)行人員要首先縮小接地點(diǎn)可能所在的范 圍，即確定哪一條饋線回路發(fā)生了故障。 運(yùn)行人員確定及地點(diǎn)所在直流饋線回路的具體方法是 “拉路法” 所謂“拉路法”是指：依次、分別、短時(shí)切斷直流 系統(tǒng)中各直流饋線來確定接地點(diǎn)在回路的方法。 例如，發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地后先斷開某一直流饋線，觀察 接地現(xiàn)象是否消失。若接地現(xiàn)象消失，說明接地電在被 拉饋線回路中，如果接地現(xiàn)象未消失，立即恢復(fù)對(duì)，該 饋線的供電。再斷開另一條饋線進(jìn)行檢查。重復(fù)上述過 程，直至確定出線地點(diǎn)的所在饋線。 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 用上述方法確定姐弟點(diǎn)所

16、在饋線回路時(shí)，應(yīng)注意以 下幾點(diǎn) （1）應(yīng)根據(jù)運(yùn)行方式、天氣狀況及操作情況，判斷 接地點(diǎn)可能所在的范圍，以便在盡量少的拉路情況 下能迅速的確定接地點(diǎn)的位置。 (2)拉路順序的原則是先拉信號(hào)回路及照明回路，最 后拉操作回路；先拉室外線回路，后拉室內(nèi)線回路 。 （3）斷開每一饋線的時(shí)間不超過3s,不論接地是否在 被拉回路上，應(yīng)盡快回復(fù)供電。 （4）當(dāng)被拉回路中接有繼電保護(hù)裝置時(shí)，在拉路之 前應(yīng)將直流消失后容易誤動(dòng)的保護(hù)（例如發(fā)電機(jī)的 誤上電保護(hù)、啟停機(jī)保護(hù)）等退出運(yùn)行。 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 （5）當(dāng)被拉回路中接有輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)裝置時(shí) （例如高頻保護(hù)等），在進(jìn)行拉路之前，首先與調(diào) 度員聯(lián)系，

17、同時(shí)退出線路兩側(cè)的縱聯(lián)保護(hù)。 當(dāng)用拉路法找不到接地點(diǎn)所在的饋線回路時(shí)，可 能的原因有以下幾點(diǎn)： 1）接地位置發(fā)生在充電設(shè)備的回路中，或發(fā)生在 蓄電池組的內(nèi)部，或發(fā)生在直流母線上。 2）直流系統(tǒng)采用環(huán)路供電方式，而在拉路之前沒 斷開環(huán)路時(shí)。 3）全直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣不良。 4）各直流回路互相穿點(diǎn)或有寄生回路。 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 UPS不間斷電源概況 不間斷電源供電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是一套將 交流電變?yōu)橹绷麟姷恼?充電裝置和一套 把直流電再度轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷腜WM逆變器。 蓄電池在交流電正常供電時(shí)存儲(chǔ)能量，此時(shí) 它一直維持在一個(gè)正常的充電電壓上，一旦 市電供電中斷時(shí)，蓄電池立即對(duì)逆變器供電 已保

18、證UPS電源交流輸出電壓的連續(xù)性。在 一般情況下，微機(jī)用戶在遇到市電供電中斷 時(shí)，需要在蓄電池允許的放電時(shí)間（一般是 15-30分鐘）進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等應(yīng)急操作。 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 一臺(tái)設(shè)計(jì)良好的UPS包括以下幾部分 （1）交流輸濾波回路及整流回路 （2）蓄電池及充電回路 （3）PWM脈沖寬度調(diào)制型濾波器 （4）各種保護(hù)（過流、過壓、空載保護(hù)，電池電 壓過低，電池極性和交流極性檢測）線路及相關(guān)指 示燈和喇叭； （5）交流市電供電與UPS逆變供電的自動(dòng)切換裝 置 （6）控制回路 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 UPS常見故障分析 UPS不間斷電源若發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)首先觀 察

19、控制面板上各工作狀態(tài)指示燈的工作情況， 大概判斷故障是在電源逆變器供電部分還是 在市電供電部分。若故障來源于逆變器工作 部分，則應(yīng)首先檢查蓄電池電壓是否在規(guī)定 的正常值（22-24V）范圍內(nèi)。 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 故障現(xiàn)象：故障現(xiàn)象： 1、有市電時(shí)、有市電時(shí)UPS輸出正常，而無市電時(shí)蜂鳴器長鳴，無輸出正常，而無市電時(shí)蜂鳴器長鳴，無 輸出。輸出。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池和逆變器部分故障，可按 以下程序檢查： 檢查蓄電池電壓，看蓄電池是否充電不足，若蓄電池 充電不足，則要檢查是蓄電池本身的故障還是充電電路故障。 若蓄電池工作電壓正常，檢查逆變器驅(qū)動(dòng)電路工作是 否正常，若驅(qū)動(dòng)電路輸出正常

20、，說明逆變器損壞。 若逆變器驅(qū)動(dòng)電路工作不正常，則檢查波形產(chǎn)生電路 有無PWM控制信號(hào)輸出，若有控制信號(hào)輸出，說明故障在逆 變器驅(qū)動(dòng)電路。 若波形產(chǎn)生電路無PWM控制信號(hào)輸出，則檢查其輸出 是否因保護(hù)電路工作而封鎖，若有則查明保護(hù)原因； 若保護(hù)電路沒有工作且工作電壓正常，而波形產(chǎn)生電 路無PWM波形輸出則說明波形產(chǎn)生電路損壞。 上述排故順序也可倒過來進(jìn)行，有時(shí)能更快發(fā)現(xiàn)故障。變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 故障現(xiàn)象：故障現(xiàn)象： 1、有市電時(shí)、有市電時(shí)UPS輸出正常，而無市電時(shí)蜂鳴輸出正常，而無市電時(shí)蜂鳴 器長鳴，無輸出。器長鳴，無輸出。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池和逆變 器部分故障，可按以下程序檢

21、查： 檢查蓄電池電壓，看蓄電池是否充 電不足，若蓄電池充電不足，則要檢查是蓄 電池本身的故障還是充電電路故障。 若蓄電池工作電壓正常，檢查逆變 器驅(qū)動(dòng)電路工作是否正常，若驅(qū)動(dòng)電路輸出 正常，說明逆變器損壞。 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 若逆變器驅(qū)動(dòng)電路工作不正常，則檢查波形 產(chǎn)生電路有無PWM控制信號(hào)輸出，若有控制信號(hào) 輸出，說明故障在逆變器驅(qū)動(dòng)電路。 若波形產(chǎn)生電路無PWM控制信號(hào)輸出，則檢 查其輸出是否因保護(hù)電路工作而封鎖，若有則查明 保護(hù)原因； 若保護(hù)電路沒有工作且工作電壓正常，而波 形產(chǎn)生電路無PWM波形輸出則說明波形產(chǎn)生電路 損壞。 上述排故順序也可倒過來進(jìn)行，有時(shí)能更快發(fā) 現(xiàn)故障。 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 故障現(xiàn)象： 2、蓄電池電壓偏低，但開機(jī)充電十多小時(shí)， 蓄電池電壓仍充不上去。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池或充電 電路故障，可按以下步驟檢查： 檢查充電電路輸入輸出電壓是否正 常； 若充電電路輸入正常，輸出不正常， 斷開蓄電池 再測，若仍不正常則為充電電路故障； 若斷開蓄電池后充電電路輸入、輸 出均正常，則說明蓄電池已因長期未充電、 過放或已到壽命期等原因而損壞。 變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理 故障現(xiàn)象： 3、逆變器功率級(jí)一對(duì)功放晶體管損壞，更換同型號(hào) 晶體管后，運(yùn)行一段時(shí)間又燒壞的原因是電流過大， 而引起電流過大的原因有： 過流保護(hù)失效