電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇

1、電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇 許繼電源電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇許繼電源有限公司2005年8月201. 直流操作電源的歷史與發(fā)展發(fā)電廠和變電站中，為控制、信號、保護(hù)和自動(dòng)裝置（統(tǒng)稱為控制負(fù)荷），以及斷路器電磁合閘、直流電動(dòng)機(jī)、交流不停電電源、事故照明（統(tǒng)稱為動(dòng)力負(fù)荷）等供電的直流電源系統(tǒng)，通稱為直流操作電源。1.1 直流操作電源的歷史根據(jù)構(gòu)成方式的不同，在發(fā)電廠和變電站中應(yīng)用的有以下幾種直流操作電源：1） 電容儲能式直流操作電源：是一種用交流廠（站）用電源經(jīng)隔離整流后，取得直流電為控制負(fù)荷供電的電源系統(tǒng)。正常運(yùn)行時(shí)，它給與保護(hù)電源并接的足夠大容量的電容器組

2、充電，使其處于荷電狀態(tài)；當(dāng)電站發(fā)生事故時(shí)，電容器組繼續(xù)向繼電保護(hù)裝置和斷路器跳閘回路供電，保證繼電保護(hù)裝置可靠動(dòng)作，斷路器可靠跳閘。這是一種簡易的直流操作電源，一般只是在規(guī)模小、不很重要的電站使用。2） 復(fù)式整流式直流操作電源：是一種用交流廠（站）用電源、電壓互感器和電流互感器經(jīng)整流后，取得直流電為控制負(fù)荷供電的電源系統(tǒng)，在其設(shè)計(jì)上，要在各種故障情況下都能保證繼電保護(hù)裝置可靠動(dòng)作、斷路器可靠跳閘。這也是一種簡易的直流操作電源，一般只是在規(guī)模小、不很重要的電站使用。3） 蓄電池組直流操作電源：由蓄電池組和充電裝置構(gòu)成。正常運(yùn)行時(shí)，由充電裝置為控制負(fù)荷供電，同時(shí)給蓄電池組充電，使其處于滿容量荷電狀

3、態(tài)；當(dāng)電站發(fā)生事故時(shí)，由蓄電池組繼續(xù)向直流控制和動(dòng)力負(fù)荷供電。這是一種在各種正常和事故情況下都能保證可靠供電的電源系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各種類型的發(fā)電廠和變電站中。以上電容儲能式和復(fù)式整流式直流操作電源系統(tǒng)，在六、七十年代有較多的應(yīng)用，八十年代以后，由于小型鎘鎳堿性蓄電池和閥控式鉛酸蓄電池的應(yīng)用，這種操作電源在發(fā)電廠和變電站中已不再采用。而蓄電池組直流操作電源系統(tǒng)，其應(yīng)用歷史悠久，且極為廣泛。現(xiàn)代意義上的直流操作電源系統(tǒng)就是這種由蓄電池組和充電裝置構(gòu)成的直流不停電電源系統(tǒng)，通常簡稱為直流操作電源系統(tǒng)或直流系統(tǒng)。1.2 直流操作電源的設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展在1955年以前，國內(nèi)發(fā)電廠和變電站的建設(shè)規(guī)模較小，其直

4、流操作電源系統(tǒng)大多采用110V、單母線和不帶端電池的蓄電池組（以前直流裝置得蓄電池分為兩組，一組是基本級，供正常負(fù)荷時(shí)用，一組為端電池，供事故時(shí)調(diào)節(jié)直流母線電壓用的，比如基本電池用得過多，造成直流母線的電壓下降過多時(shí)，通過調(diào)節(jié)裝置將端電池投上去，維持直流母線的電壓水平?，F(xiàn)在DL/T 5044-2004 電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中：4.1直流電源  中規(guī)定：  4.1.6 鉛酸蓄電池組不宜設(shè)置端電池（沒有端電池就是無端電池了）；鎘鎳堿性蓄電池組宜減少端電池得個(gè)數(shù)）。1956年以后，發(fā)電廠和變電站的建設(shè)規(guī)模增大。這是引進(jìn)了當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)技術(shù)，在所有新建和擴(kuò)建的發(fā)電

5、廠和變電站中，都采用了220V、帶端電池的蓄電池組，并根據(jù)工程規(guī)模的大小，采用單母線或雙母線接線。這個(gè)時(shí)間的設(shè)計(jì)，是充分利用了蓄電池的容量和具有較小的電壓波動(dòng)范圍，但代價(jià)是采用了較復(fù)雜的接線。1984年以后，隨著歐美設(shè)計(jì)技術(shù)的引進(jìn)，以及發(fā)電廠和變電站建設(shè)規(guī)模的不斷增大，在直流操作電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，又開始普遍采用單母線接線和不帶端電池的蓄電池組，對于控制負(fù)荷則推行采用110V電壓，而動(dòng)力負(fù)荷則采用220V電壓。這一期間設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想，則是以適當(dāng)加大蓄電池的容量，允許電壓有較大的波動(dòng)范圍為代價(jià)，達(dá)到簡化接線、提高可靠性的目的。六十年代以前，國內(nèi)設(shè)計(jì)的發(fā)電廠采用主控制室方式。在容量較小的發(fā)電廠中，裝

6、設(shè)一組蓄電池組構(gòu)成的直流操作電源系統(tǒng)；在較大容量的發(fā)電廠中，則裝設(shè)由兩組蓄電池構(gòu)成的直流操作系統(tǒng)；其接線采用單母線或雙母線，但對于容量較大的發(fā)電廠，則廣泛采用雙母線接線。七十年代以后，單元制發(fā)電廠隨著機(jī)組容量的增大而普及。在單元制發(fā)電廠中，直流操作電源系統(tǒng)按單元配置。七十年代到八十年代初期，一般是一個(gè)單元配置一套由一組蓄電池組構(gòu)成的控制、動(dòng)力混合供電的220V操作電源。從八十年代后期開始，對于300600MW大機(jī)組電廠，則每一單元配置兩套直流操作電源：一套220V由一組蓄電池組構(gòu)成，專供動(dòng)力負(fù)荷；另一套110V由兩組蓄電池組構(gòu)成，專供控制負(fù)荷。同時(shí)，在一些輔助車間，如水泵房、輸煤控制樓等處，開

7、始應(yīng)用由小容量的蓄電池組構(gòu)成的操作電源系統(tǒng)。對于220KV及以下電壓等級的變電站，一般裝設(shè)由一組蓄電池組構(gòu)成的直流操作電源；對于容量較大和500KV以上的大型變電站，則裝設(shè)由兩組蓄電池組構(gòu)成的直流操作電源；對于220KV的變電站，2002年國家電力公司要求全部裝設(shè)兩組蓄電池組。這一發(fā)展過程表明，隨著大機(jī)組、超高壓工程的發(fā)展，人們更加關(guān)注的是直流操作電源的可靠性，并為此提高適當(dāng)提高電池組的容量和增加數(shù)量，普遍采用單母線接線方式，提高了工程造價(jià)。1.3 直流操作電源的設(shè)備技術(shù)發(fā)展在直流操作電源系統(tǒng)中，主要的設(shè)備有蓄電池組、充電裝置、絕緣監(jiān)測裝置以及控制保護(hù)等設(shè)備。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，幾十年來也發(fā)生

8、了很大的變化。蓄電池組型式，在七十年代以前發(fā)電廠和變電站中應(yīng)用的都是開啟式鉛酸蓄電池，使用的容量逐漸增加，單組額定容量達(dá)到了14001600Ah。七十年代以后，開始應(yīng)用半封閉的固定防酸式鉛酸蓄電池，并逐步得到普遍采用。到八十年代中期以后，鎘鎳堿性蓄電池以其放電倍率高、耐過充和過放的優(yōu)點(diǎn)，開始在變電站中得到應(yīng)用，但由于價(jià)格較高，一般使用的都是額定容量在100Ah以內(nèi)的，限制了其應(yīng)用的范圍。九十年代發(fā)展起來的閥控式鉛酸蓄電池，以其全密封、少維護(hù)、不污染環(huán)境、可靠性較高、安裝方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，在九十年代中期以后等到普遍的采用。回顧蓄電池的變化可知，蓄電池在向維護(hù)工作量小、無污染、安裝方便、可靠性提

9、高的方向發(fā)展。雖然提高蓄電池的壽命是一重要課題，但在提高壽命方面國內(nèi)的技術(shù)進(jìn)展不大，一般的閥控式鉛酸蓄電池在510年之間，低的只有35年；目前國外的技術(shù)一般可以做到1015年，高的達(dá)到1820年。而且，國內(nèi)市場的惡性競爭環(huán)境，使許多蓄電池制造廠不愿在設(shè)計(jì)壽命上投資，提高制造成本。需要說明是，蓄電池的使用壽命，在很大程度上要依靠正確的運(yùn)行和維護(hù)。對于充電裝置，在七十年代以前，主要是用電動(dòng)直流發(fā)電機(jī)組作充電器；七十年代開始應(yīng)用整流裝置，并逐漸取代了電動(dòng)發(fā)電機(jī)組，得到普遍的應(yīng)用。八十年代以前，考慮到經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的穩(wěn)定性，對充電和浮充電整流裝置采用不同的容量設(shè)計(jì)。1984年以后，對充電和浮充電整流裝置

10、開始采用相同的容量設(shè)計(jì)，使之更有利于互為備用，并且這種作法被普遍接受。充電裝置的配置方式是：一組蓄電池的直流操作電源系統(tǒng)配置兩組充電裝置，兩組蓄電池的直流操作電源系統(tǒng)配置三組充電裝置。1995年以后，隨著高頻開關(guān)型整流裝置的普及，考慮到整流模塊的N+1(2)冗余配置和較短的修復(fù)時(shí)間，大量采用一組蓄電池配置一組充電裝置的方式。（核電的配置方式不一樣）作為充電器的整流裝置，多年來在不斷的發(fā)展改進(jìn)，七十年代是分立元件控制的晶閘管整流裝置，可靠性和穩(wěn)定性較差，技術(shù)指標(biāo)偏低。八十年代發(fā)展為集成電路控制的晶閘管整流裝置，可靠性和穩(wěn)定性以及技術(shù)指標(biāo)得到較大的提高，這一時(shí)期的晶閘管整流控制技術(shù)也日臻成熟，并具

11、備簡單的充電、浮充電和均衡充電自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制功能。進(jìn)入九十年代以后，隨著微機(jī)控制技術(shù)的普及，集成電路控制型晶閘管整流裝置逐漸被微機(jī)控制型晶閘管整流裝置取代，使整流裝置的穩(wěn)流和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)精度得到較大的提高，并且自動(dòng)化水平的提高可以實(shí)現(xiàn)電源的“四遙”，為實(shí)現(xiàn)無人值班創(chuàng)造了條件。1996年以后，隨著高電壓、大功率開關(guān)器件和高頻變換控制技術(shù)的成熟，高頻開關(guān)整流裝置以其模塊化結(jié)構(gòu)、N+1(2)并聯(lián)冗余配置、維護(hù)簡單快捷、技術(shù)指標(biāo)和自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，得到迅速的推廣和普及。目前，這種高頻開關(guān)型整流裝置已成為市場的主角，未來幾年不會有新的整流裝置替代。絕緣監(jiān)測裝置是直流操作電源系統(tǒng)不可缺少的組成部分，用于在線監(jiān)

12、測直流系統(tǒng)的正負(fù)極對地的絕緣水平。在八十年代以前，一直是采用蘇聯(lián)技術(shù)設(shè)計(jì)的、以電橋切換原理構(gòu)成的絕緣檢查裝置，用繼電器、電壓表和切換開關(guān)構(gòu)成，具有發(fā)現(xiàn)接地故障、測量直流正負(fù)極對地絕緣電阻和確定接地極的功能。八十年代，在此原理技術(shù)上，國內(nèi)制造了用集成電路構(gòu)成的絕緣監(jiān)測裝置，并把母線電壓監(jiān)視功能與之合并在一起，提高了裝置的靈敏度和易操作性。上述的絕緣監(jiān)測裝置，在直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，只能確定哪一極接地，而不能確定哪一條供電支路接地，在運(yùn)行維護(hù)中查找接地點(diǎn)非常麻煩，并且存在監(jiān)測死區(qū)。針對這種情況，國內(nèi)在九十年代以后，采用微機(jī)控制技術(shù)，開發(fā)制造了具有支路巡檢功能的絕緣監(jiān)測裝置。其不但能夠準(zhǔn)確的測量直

13、流系統(tǒng)正負(fù)極的接地電阻，同時(shí)還可以確定接地支路的位置。當(dāng)前這種具有支路巡檢功能絕緣監(jiān)測裝置得到普遍的應(yīng)用，技術(shù)的發(fā)展圍繞支路巡檢功能展開，早期全部采用低頻疊加原理，目前以直流漏電流原理為主，兩種原理各有優(yōu)缺點(diǎn)。蓄電池組、充電裝置和直流饋電回路，多年來一直用熔斷器作短路保護(hù)，用隔離開關(guān)作回路操作，直到現(xiàn)在仍在普遍使用。進(jìn)入九十年代以來，隨著技術(shù)的發(fā)展，這些老式的保護(hù)和操作設(shè)備逐漸被具有高分?jǐn)嗄芰头雷o(hù)等級的新型設(shè)備替代。到1996年以后，開始用帶熱磁脫扣器的直流自動(dòng)空氣開關(guān)，兼作保護(hù)和操作設(shè)備，為直流屏的小型化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。目前，這種直流專用空氣開關(guān)在直流系統(tǒng)中已普遍的應(yīng)用，并開發(fā)出具有三段式

14、選擇性保護(hù)功能的直流空氣開關(guān)產(chǎn)品。2. 高頻開關(guān)直流操作電源系統(tǒng)的構(gòu)成和原理2.1 直流系統(tǒng)的構(gòu)成高頻開關(guān)直流操作電源系統(tǒng)是由交流配電單元、高頻開關(guān)整流模塊、蓄電池組、硅堆降壓單元、電池巡檢裝置、絕緣監(jiān)測裝置、充電監(jiān)控單元、配電監(jiān)控單元和集中監(jiān)控模塊等部分組成。其系統(tǒng)原理接線圖如圖2-1所示。圖2-1 高頻開關(guān)直流操作電源系統(tǒng)原理接線圖2.2 直流系統(tǒng)的工作原理1） 交流正常工作狀態(tài)：系統(tǒng)的交流輸入正常供電時(shí)，通過交流配電單元給各個(gè)整流模塊供電。高頻整流模塊將交流電變換為直流電，經(jīng)保護(hù)電器(熔斷器或斷路器)輸出，一面給蓄電池組充電，一面經(jīng)直流配電饋電單元給直流負(fù)載提供正常工作電源。硅堆降壓單元

15、：根據(jù)蓄電池組輸出電壓的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)串入降壓硅堆（串連二極管）的數(shù)量，使直流控制母線的電壓穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)提高蓄電池組的容量，減少單體串連的個(gè)數(shù)時(shí)，可以取消硅堆降壓單元，達(dá)到簡化系統(tǒng)接線、提高可靠性的目的。絕緣監(jiān)測裝置：實(shí)時(shí)在線監(jiān)測直流母線的正負(fù)極對地的絕緣水平，當(dāng)接地電阻下降到設(shè)定的告警電阻值時(shí)，發(fā)出接地告警信號。對于帶支路巡檢功能的絕緣監(jiān)測裝置，還可以確定接地故障點(diǎn)是發(fā)生在哪一條饋電回路中。電池巡檢裝置：實(shí)時(shí)在線監(jiān)測蓄電池組的單體電壓，當(dāng)單體電池的電壓超過設(shè)定的告警電壓值時(shí)，發(fā)出單體電壓異常信號。該裝置為電站的運(yùn)行維護(hù)人員隨時(shí)了解蓄電池組的運(yùn)行狀況提供了方便，但對于每個(gè)用戶來說并不是

16、必需的。充電監(jiān)控單元：接受集中監(jiān)控模塊的控制指令，調(diào)節(jié)整流模塊的輸出電壓實(shí)現(xiàn)對蓄電池組的恒壓限流充電和均浮充自動(dòng)轉(zhuǎn)換，同時(shí)上傳整流模塊的故障信號。當(dāng)集中監(jiān)控模塊故障退去的情況下，該模塊仍能按預(yù)先設(shè)定的浮充電壓值繼續(xù)對蓄電池組充電。配電監(jiān)控單元：采集系統(tǒng)中交流配電、整流裝置、蓄電池組、直流母線和饋電回路的電壓、電流運(yùn)行參數(shù)，以及狀態(tài)和告警接點(diǎn)信號，上傳到集中監(jiān)控模塊進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)顯示和信號處理。集中監(jiān)控模塊：采用集散方式對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制。整流模塊、蓄電池組、交直流配電單元的運(yùn)行參數(shù)分別由充電監(jiān)控電路和配電監(jiān)控電路采集處理，然后通過RS485通信口把處理后的信息上傳給監(jiān)控模塊，由監(jiān)控模塊統(tǒng)一處理

17、后顯示在液晶屏幕上。同時(shí)監(jiān)控模塊可通過人機(jī)對話操作方式對系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)的控制，還可以通過RS485或RS232通信口接入電站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。另外，監(jiān)控模塊通過對采集數(shù)據(jù)的分析和判斷，能自動(dòng)完成對蓄電池組充電的均浮充轉(zhuǎn)換和溫度補(bǔ)償控制，以保證電池的正常充電，最大限度地延長電池的使用壽命。2） 交流失電工作狀態(tài)：系統(tǒng)交流輸入故障停電時(shí)，整流模塊停止工作，由蓄電池不間斷地給直流負(fù)載供電。監(jiān)控模塊時(shí)實(shí)監(jiān)測蓄電池的放電電壓和電流，當(dāng)蓄電池放電到設(shè)置的終止電壓時(shí)，監(jiān)控模塊告警。同時(shí)監(jiān)控模塊時(shí)刻顯示、處理配電監(jiān)控電路上傳的數(shù)據(jù)。3） 系統(tǒng)工作能量流向：系統(tǒng)工作時(shí)的能量流

18、向如圖2-2所示。圖2-2 系統(tǒng)工作能量流向圖2.3 整流模塊的工作原理高頻開關(guān)整流模塊的原理框圖如圖2-3所示：圖2-3 整流模塊原理框圖2.3.1 主回路電路高頻開關(guān)整流模塊的主回路電路包括EMI濾波、全橋整流、無源PFC、高頻逆變、隔離變壓器、高頻整流和LC濾波，各部分的主要功能如下：1） 輸入EMI濾波：濾除交流電網(wǎng)中其他設(shè)備產(chǎn)生的尖峰電壓干擾分量，給模塊提供干凈的交流輸入電源；阻斷整流模塊產(chǎn)生的高頻干擾反向傳輸污染電網(wǎng)。2） 交流全橋整流：利用三相整流橋直接將交流輸入電壓變換為脈動(dòng)直流電。3） 無源PFC校正：采用無源的LC器件，將全橋整流所得的300Hz脈動(dòng)直流電轉(zhuǎn)換成平滑的直流電

19、，在串連電抗器的電感量足夠大的情況下，能起到很好的無源功率因數(shù)校正的作用，使交流輸入功率因數(shù)接近0.95。4） 高頻逆變：采用MOSFET或IGBT開關(guān)器件，將輸入直流電變換為脈沖寬度可調(diào)的高頻交流脈沖波。5） 高頻變壓器：將高頻交流脈沖波隔離、耦合輸出，實(shí)現(xiàn)交流輸入與直流輸出的電氣隔離和功率傳輸。由于采用了高頻交流脈沖傳輸技術(shù)，因此變壓器的體積較小、重量較輕。6） 輸出高頻整流：采用快恢復(fù)二極管，將高頻交流脈沖波變換為高頻脈動(dòng)直流電。7） 輸出LC濾波：采用無源的LC器件，將整流所得的高頻脈動(dòng)直流電轉(zhuǎn)換成平滑的直流電輸出。2.3.2 反饋調(diào)節(jié)電路高頻開關(guān)整流模塊中的反饋調(diào)節(jié)電路采用直流輸出電

20、壓和電流反饋的PID調(diào)節(jié)，達(dá)到高精度的穩(wěn)壓和穩(wěn)流輸出目的。其控制調(diào)節(jié)過程如下：高頻逆變采用全橋串聯(lián)諧振軟開關(guān)技術(shù)，其控制方式為“逐周波峰值電流檢測模式”。直流輸出的電壓、電流反饋信號與給定的電壓、電流值進(jìn)行PID運(yùn)算、調(diào)節(jié)，輸出誤差放大信號，該信號與PWM控制芯片產(chǎn)生的振蕩三角波進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)高頻逆變電路開關(guān)管導(dǎo)通的控制脈沖的寬度可調(diào)，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓、電流的目的。2.3.3 脈寬調(diào)制（PWM）控制PWM（Pulse Width Modulation）控制是高頻開關(guān)電源普遍采用一種技術(shù)，由控制電路產(chǎn)生的控制脈沖驅(qū)動(dòng)高頻逆變電路中的開關(guān)管周期導(dǎo)通，將直流電變換成寬度可調(diào)的高頻方波，再經(jīng)整流平

21、滑為直流電輸出?？刂崎_關(guān)功率器件的開關(guān)頻率恒定不變，通過調(diào)節(jié)每個(gè)周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件導(dǎo)通的控制脈沖的有效寬度，達(dá)到調(diào)節(jié)直流輸出電壓、電流的目的。其波形變換過程如圖2-4所示。圖2-4 整流模塊波形變換圖在PWM變換技術(shù)中：Uo = D * Ui,其中： D = Ton / Ts = Ton / ( Ton + Toff )D：占空比；Ts：開關(guān)管工作周期；Ton：開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間；Toff：開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間。2.3.4 軟開關(guān)技術(shù)對于高頻整流模塊，發(fā)展方向?yàn)楦吖β拭芏取⒏咝?、小體積、高可靠性，同時(shí)要有很好的EMC措施。這就要求整流模塊要工作在很高的頻率，同時(shí)減小開關(guān)狀態(tài)時(shí)的損耗和開關(guān)噪聲。因此軟開

22、關(guān)技術(shù)成了高頻整流模塊領(lǐng)域所研究的主要方向之一。我們所用的半導(dǎo)體開關(guān)功率器件，并不是理想的開關(guān)器件。在開關(guān)的過程中，半導(dǎo)體開關(guān)器件會呈現(xiàn)變阻抗的特性，同時(shí)開通和關(guān)斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)化時(shí)是有持續(xù)的時(shí)間存在（如圖2-5中的硬開關(guān)模式波形）。因此開關(guān)器件在狀態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)， 存在著電壓和電流的重疊區(qū)，即開關(guān)損耗；同時(shí)存在電壓和電流的振蕩過程，產(chǎn)生大量的EMI噪聲。軟開關(guān)技術(shù)所采用的方法一般是在半導(dǎo)體開關(guān)器件的兩端通過輔助串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振回路使半導(dǎo)體開關(guān)器件在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換前，電壓或電流諧振到零，再進(jìn)行開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程。從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體開關(guān)器件在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中，沒有電壓或電流的振蕩過程，幾乎沒有電壓和電流的有效重疊（如

23、圖2-5中的軟開關(guān)模式波形），很大程度上減少了開關(guān)損耗和EMI噪聲。典型的軟開關(guān)技術(shù)有零電壓開關(guān)技術(shù)ZVS（Zero Voltage Switching：在開關(guān)管承受電壓為零時(shí)控制開關(guān)管導(dǎo)通）和零電流開關(guān)技術(shù)ZCS（Zero Current Switching：在流過開關(guān)管的電流為零時(shí)控制開關(guān)管關(guān)斷）。許繼電源公司生產(chǎn)的ZZG10系列整流模塊采用是這兩種技術(shù)的結(jié)合。硬開關(guān)模式：通態(tài)損耗小 固定頻率控制 開關(guān)損耗大 EMI噪聲大軟開關(guān)模式：通態(tài)損耗小 固定頻率控制 開關(guān)損耗小 EMI噪聲小圖2-6 軟開關(guān)模式與硬開關(guān)模式的比較2.3.5 并機(jī)均流技術(shù)采用“低壓差無主自動(dòng)均流技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)多模塊并機(jī)

24、的輸出電流自動(dòng)平均分擔(dān)。其工作原理是每個(gè)模塊內(nèi)部都有輸出電流采樣電路，該電路以相同的比例放大倍數(shù)，將輸出電流的采樣信號轉(zhuǎn)化為成比例的采樣電壓。多模塊并機(jī)時(shí)，各模塊的輸出電流采樣電壓通過并機(jī)均流總線CS連接在一起，進(jìn)行比較后取并聯(lián)模塊的最大的采樣電壓作為并機(jī)均流總線的基準(zhǔn)電壓Vbus。基準(zhǔn)電壓Vbus所對應(yīng)的模塊自然就是最大輸出電流模塊，我們稱之為主模塊，其他模塊為從模塊。每個(gè)模塊（包括主模塊和從模塊）將自己的電流采樣電壓與基準(zhǔn)電壓Vbus比較，產(chǎn)生的誤差放大信號調(diào)節(jié)其脈沖寬度改變模塊的輸出電壓，使每個(gè)模塊的輸出電流采樣電壓趨向于相等，從而達(dá)到均流輸出的目的。這種均流技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第

25、一、均流不平衡度小，不超過±3。第二、主模塊是通過比較任意產(chǎn)生的，當(dāng)主模塊由于某種原因退出工作后，系統(tǒng)將自動(dòng)選擇一個(gè)輸出電流最大的模塊作為主模塊，并自動(dòng)重新調(diào)整輸出電流，達(dá)到新的平衡。這樣可以避免當(dāng)主模塊出現(xiàn)故障時(shí)造成系統(tǒng)崩潰。圖2-6 整流模塊并機(jī)均流原理框圖2.3.6 軟啟動(dòng)技術(shù)軟啟動(dòng)技術(shù)是為了限制電路中出現(xiàn)過大的電壓/電流沖擊造成模塊內(nèi)部元器件的損壞或?qū)ζ渌茈娫O(shè)備造成不良的影響，而采取的一種限制模塊內(nèi)電壓變化率和電流變化率的技術(shù)。在高頻開關(guān)整流模塊中，常見的軟啟動(dòng)有輸入軟啟動(dòng)和輸出軟啟動(dòng)之分。1） 輸入軟啟動(dòng)：在高頻開關(guān)整流模塊的輸入整流濾波電路中，含有大容量的濾波電容，上電

26、啟動(dòng)時(shí)會產(chǎn)生很大的沖擊電流，容易造成輸入部件（主要是輸入整流橋）的損壞和嚴(yán)重的電網(wǎng)干擾。為避免這些問題的發(fā)生，可采取在主回路的濾波電容前串入一個(gè)和繼電器觸點(diǎn)并聯(lián)的限流電阻電路，在上電的初始階段繼電器觸點(diǎn)斷開，經(jīng)過限流電阻給濾波電容充電直至接近到滿電壓值后，再控制繼電器觸點(diǎn)閉合，把限流電阻短接旁路，完成啟動(dòng)輸入主回路過程。2） 輸出軟啟動(dòng)：整流模塊在上電初期由于反饋電壓還沒有建立起來時(shí)，PID調(diào)節(jié)環(huán)為開環(huán)狀態(tài)，如果不采取措施，輸出的控制信號為最大值，輸出的有效脈寬為100%。此時(shí)輸入側(cè)的浪涌電流很大，同時(shí)在輸出側(cè)產(chǎn)生很高的沖擊電壓。解決的方法是在控制電路中，加入軟啟電路，軟啟電路的輸出信號與反饋

27、信號“線與”后作為產(chǎn)生PWM脈沖的控制信號（低電壓信號起控制作用）。模塊上電開機(jī)后，軟啟控制信號從零開始按一定的斜率上升，而反饋控制信號則從開機(jī)時(shí)的開環(huán)最大值，逐漸隨電壓反饋信號的上升而下降。在模塊啟動(dòng)的開始階段，軟啟控制信號先起作用，使輸出的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖的脈寬從零緩慢展開，輸出電壓緩慢升高，電壓反饋信號也緩慢升高，而反饋控制信號緩慢下降；當(dāng)反饋控制信號低于軟啟控制信號后，軟啟過程完成，反饋控制信號起作用，進(jìn)入正常的閉環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，達(dá)到輸出電壓的穩(wěn)定。2.3.7 輸出限流和短路保護(hù)高頻開關(guān)整流模塊一般具有直流輸出限流和短路保護(hù)的功能：輸出限流保護(hù)：通過采樣直流輸出電流值，把其同設(shè)定的最大輸出電

28、流值（即限流值）進(jìn)行比較。當(dāng)模塊的輸出電流達(dá)到設(shè)定的限流值時(shí)，由電流反饋控制環(huán)電路控制整流模塊進(jìn)入限流工作狀態(tài)。輸出短路保護(hù)：采用逐周波峰值電流檢測的模式，檢測主回路開關(guān)器件的各個(gè)周期的電流值，使其參與控制環(huán)的調(diào)節(jié)，實(shí)行逐周波限流，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。2.3.8 工作頻率的選擇整流模塊的工作頻率fs是指模塊主回路開關(guān)器件的開關(guān)頻率，也就是前面談到的開關(guān)管工作周期Ts的倒數(shù)，即fs=1/Ts，它與主開關(guān)回路逆變輸出（高頻變壓器原邊）的脈沖電壓波頻率相等，是高頻變壓器二次整流脈沖電壓波頻率的一半。提高開關(guān)頻率，可以減小感性器件的體積，使整流模塊的體積更小、功率密度更大，也可在一定程度上提高輸出穩(wěn)定精度。

29、但在開關(guān)頻率提高的同時(shí)，開關(guān)損耗會增大、效率可能降低；同時(shí)脈沖間“競爭冒險(xiǎn)”的可能性加大，這在一定程度上會降低模塊的可靠性，所以開關(guān)頻率的選擇并不是越高越好。許繼電源公司生產(chǎn)的ZZG10系列高頻開關(guān)整流器在綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)后，將ZZG12系列模塊的開關(guān)頻率選定在50K，ZZG13系列模塊的開關(guān)頻率選定在25K。圖2-7 整流模塊工作波形圖圖中：VGS-功率開關(guān)管工作波形；VP-高頻變壓器原邊脈沖電壓波形；VS-高頻變壓器副邊全波整流脈沖電壓波形。2.4 硅堆降壓裝置的工作原理對于閥控式鉛酸蓄電池組的個(gè)數(shù)選擇大于104只(110V系統(tǒng)大于52只)的直流系統(tǒng)，由于在對蓄電池進(jìn)行均衡充電時(shí)，與蓄電池

30、組并聯(lián)的直流母線電壓超出控制直流負(fù)荷電壓不大于10的要求，因此需要這樣一個(gè)降壓裝置把直流母線的電壓調(diào)節(jié)到控制直流負(fù)荷要求的范圍內(nèi)。硅堆降壓就是這種調(diào)壓裝置，它可自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)母線電壓，從而使控制直流母線的電壓穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。硅堆降壓單元的原理框圖如圖2-8所示。圖2-8 硅堆降壓單元原理框圖所謂的降壓硅堆是由多個(gè)大功率硅整流二極管串聯(lián)而成的，利用硅二極管PN結(jié)相對穩(wěn)定的正向壓降來作為調(diào)節(jié)電壓，通過改變串入線路中二極管的數(shù)量來獲得適當(dāng)?shù)碾妷航担_(dá)到調(diào)節(jié)母線電壓的目的。采用硅二極管降壓的優(yōu)點(diǎn)是：大功率硅二極管的過載能力強(qiáng)、能短時(shí)耐受近20倍的沖擊電流。可避免采用DC-DC變換器調(diào)壓方式在輸出過

31、載或短路時(shí)，由于輸出限流不能可靠地分?jǐn)喙收匣芈返谋Ｗo(hù)電器，造成輸出電壓嚴(yán)重下降的事故。如圖所示，根據(jù)具體工程情況可將降壓硅堆分為24節(jié)串聯(lián)，在每節(jié)硅堆的兩端并接控制繼電器的常閉觸點(diǎn)，如果控制繼電器動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)斷開，使該節(jié)硅堆串入線路中降壓，直流輸出電壓降低；反過來，如果控制繼電器的常閉觸點(diǎn)閉合，使該節(jié)硅堆被短接旁路，直流輸出電壓升高。調(diào)壓控制電路通過檢測蓄電池組輸出或動(dòng)力母線的電壓，與設(shè)定的各級繼電器的動(dòng)作電壓比較，放大后來驅(qū)動(dòng)適當(dāng)?shù)睦^電器動(dòng)作，使控制直流母線的電壓保持在一定的范圍內(nèi)；在自動(dòng)控制電路故障的時(shí)，還可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制母線電壓的手動(dòng)調(diào)節(jié)。硅堆監(jiān)視電路與各級降壓硅堆相并聯(lián)

32、，如果串入線路中的某個(gè)二極管出現(xiàn)PN結(jié)開路的情況，監(jiān)視電路將自動(dòng)使該P(yáng)N結(jié)所在的這一節(jié)硅堆并聯(lián)的繼電器器閉鎖，其常閉觸點(diǎn)閉合，使得該節(jié)硅堆被短接旁路，實(shí)現(xiàn)控制母線不間斷供電。在降壓硅堆回路串聯(lián)有隔離開關(guān)QS1，同時(shí)并聯(lián)有旁路開關(guān)QS2，實(shí)現(xiàn)在對降壓硅堆或控制電路維護(hù)時(shí)控制母線不間斷供電。2.5 絕緣監(jiān)測裝置的工作原理發(fā)電廠和變電站內(nèi)的直流操作電源系統(tǒng)，其直流供電網(wǎng)絡(luò)分布到電站的各個(gè)一次和二次設(shè)備處，支路縱橫交錯(cuò)，發(fā)生接地的概率很高。直流系統(tǒng)是正負(fù)極對浮空的，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)一點(diǎn)接地（正負(fù)極直接接地或?qū)Φ亟^緣降低）時(shí)，雖能正常的工作，但當(dāng)出現(xiàn)第二點(diǎn)接地時(shí)，則可能造成信號裝置、控制回路和繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)

33、作，甚至造成直流正負(fù)極短路，從而引發(fā)嚴(yán)重的電力事故。因此直流系統(tǒng)對地應(yīng)有良好的絕緣，必須對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測，當(dāng)某一點(diǎn)出現(xiàn)接地故障時(shí)，立即發(fā)出告警信號，提醒運(yùn)行人員查找并排除接地故障，從而杜絕直流系統(tǒng)接地可能引起的事故。直流系統(tǒng)的絕緣檢測由母線絕緣檢測和支路絕緣檢測兩部分組成，分別說明如下：2.5.1 母線絕緣檢測圖2-9 母線絕緣檢測原理圖如圖2-9所示，采用不平衡電橋測量電路，由微處理器控制開關(guān)S1和S2順序?qū)?，分別測得兩組直流母線正負(fù)極對地的電壓值數(shù)據(jù)，然后解方程求出直流母線正負(fù)極對地的絕緣電阻值。根據(jù)歐姆定律在開關(guān)S1和S2分別閉合時(shí)得到方程式： U+1*(R+2Rz) U-1*(

34、R+Rf)S1閉合，S2斷開時(shí)：- （方程一） R*Rz R*Rf U+2*(R+Rz) U-2*(R+2Rf)S2閉合，S1斷開時(shí)：- （方程二） R*Rz R*Rf已知U+1、U-1、U+2、U-2和R，解方程可以分別求出直流母線正極對地的絕緣電阻Rz和負(fù)極對地的絕緣電阻Rf的值。這種母線絕緣檢測技術(shù)可以準(zhǔn)確地測量出直流系統(tǒng)正負(fù)極對地總的絕緣電阻，但不能確定直流系統(tǒng)各供電支路（直流饋電輸出）的正負(fù)極對地的絕緣電阻值。因此，如果直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，對接地故障點(diǎn)的查找只能采用逐路斷開各饋電支路，順著支路逐級查找儀確定接地故障點(diǎn)。這種方法即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且斷開支路上的各種裝置要暫時(shí)退出工作，

35、存在引起電力事故的危險(xiǎn)。2.5.2 支路絕緣監(jiān)測對直流系統(tǒng)各饋電支路正負(fù)極對地的絕緣電阻的檢測，是在各饋電支路回路安裝電流互感器，采用低頻疊加或直流漏電流的原理，計(jì)算出饋電支路的正負(fù)極對地的絕緣電阻值。這兩種原理各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，分別說明如下：1） 低頻疊加原理：由低頻信號源產(chǎn)生的超低頻信號由直流母線對地耦合到直流系統(tǒng)，采用無源交流微電流傳感器，感應(yīng)流過各饋電支路中接地電阻與接地電容的超低頻信號電流，其大小直接反映出支路接地電阻的變化。感應(yīng)電流信號經(jīng)過放大、相位比較、濾波、A/D轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并計(jì)算出相應(yīng)的接地電阻值，判斷出直流饋電支路的接地故障。這一技術(shù)的電流傳感器不受一次側(cè)電流和溫度

36、變化的影響，缺點(diǎn)是檢測精度受分布電容和低頻信號衰減的影響較大。當(dāng)然可以采用信號相位比較技術(shù)進(jìn)行超前校正及跟蹤，消除支路分布電容對接地電阻測量精度的影響，同時(shí)克服母線上非同步交流信號的干擾，解決了因判斷數(shù)據(jù)不全引發(fā)的支路誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象。2） 直流漏電流原理：采用磁調(diào)制有源直流微電流傳感器，饋電支路正負(fù)極穿過傳感器的正常負(fù)荷電流大小相等、方向相反，在傳感器中的合成直流電磁場為零，其二次輸出也為零；當(dāng)支路回路的正負(fù)極存在接地電阻時(shí)，就會感應(yīng)產(chǎn)生漏電流，并且在傳感器中合成漏電流磁場，其二次輸出就直接反映接地漏電流的大小，結(jié)合母線絕緣檢測不平衡電橋電路的對地電壓測量數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出支路對地的絕緣電阻值，

37、從而判斷出直流饋電支路的接地故障。這一技術(shù)無需在直流母線上疊加任何信號，對直流系統(tǒng)不會產(chǎn)生任何不良影響，檢測精度不受直流系統(tǒng)對地分布電容的影響，且靈敏度高，巡檢速度快。缺點(diǎn)是有源直流傳感器設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，對溫度變化對其精度有一定的影響，輸出可能產(chǎn)生漂移，影響測量精度。需采取校正技術(shù)消除磁偏和溫度的影響3. 直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則3.1 系統(tǒng)電壓3.1.1 直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓按下列要求確定：a) 專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓宜采用110V。b) 專供動(dòng)力負(fù)荷的直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓宜采用220V。c) 對控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓宜采用220V。3.1.2 直流系統(tǒng)在正常浮充運(yùn)行情況下，直

38、流母線電壓應(yīng)為直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的105。注：浮充運(yùn)行的具體電壓值由工程確定的蓄電池類型和個(gè)數(shù)決定。3.1.3 直流系統(tǒng)在均衡充電運(yùn)行情況下，其直流母線電壓應(yīng)滿足如下要求：a) 專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的110。b) 專供動(dòng)力負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的112.5。c) 對控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)，應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的110。3.1.4 直流系統(tǒng)在事故放電情況下，其蓄電池組出口端電壓應(yīng)滿足如下要求：a) 專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不低于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的85。b) 專供動(dòng)力負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不低于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的87.5。c) 對控制負(fù)荷

39、與動(dòng)力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)，應(yīng)不低于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的87.5。3.1.5 對設(shè)置硅降壓裝置，控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷混合供電的直流系統(tǒng)：a) 正常浮充運(yùn)行情況下，控制母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的105，動(dòng)力母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的110。b) 均衡充電運(yùn)行情況下，控制母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的110，動(dòng)力母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的115。c) 事故放電運(yùn)行情況下，其蓄電池組出口端電壓應(yīng)不低于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的87.5%。3.2 蓄電池組3.2.1 蓄電池型式：a) 大型和中型發(fā)電廠、220kV及以上變電所和直流輸電換流站采用防酸式鉛酸蓄電池或閥控式鉛酸蓄電池。b)

40、 小型發(fā)電廠、110kV及以下變電所采用閥控式鉛酸蓄電池。c) 閥控式鉛酸蓄電池的容量為100Ah以上時(shí)，宜選用單只電壓為2V的產(chǎn)品；蓄電池的容量為100Ah及以下時(shí)，可選用單只電壓為6V或12V的產(chǎn)品。3.2.2 蓄電池組數(shù)：a) 設(shè)有主控制室的發(fā)電廠，當(dāng)機(jī)組總?cè)萘繛?00MW及以上時(shí)，應(yīng)裝設(shè)2組蓄電池。其它情況下可裝設(shè)1組蓄電池。b) 容量為200MW以下機(jī)組的發(fā)電廠，當(dāng)采用單元控制室的控制方式時(shí)，每臺機(jī)組可裝設(shè)1組蓄電池(控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電)。c) 容量為200MW級機(jī)組的發(fā)電廠，且升高電壓為220kV及以下時(shí)，每臺機(jī)組可裝設(shè)1組蓄電池(控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電)或2組蓄電池(

41、控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷分別供電)。d) 容量為300MW級機(jī)組的發(fā)電廠，每臺機(jī)組宜裝設(shè)3組蓄電池，其中2組對控制負(fù)荷供電，另1組對動(dòng)力負(fù)荷供電，或裝設(shè)2組蓄電池(控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電)。e) 容量為600MW級機(jī)組的發(fā)電廠，每臺機(jī)組應(yīng)裝設(shè)3組蓄電池，其中2組對控制負(fù)荷供電，另1組對動(dòng)力負(fù)荷供電。f) 小型供熱發(fā)電廠、燃油發(fā)電廠、燃?xì)獍l(fā)電廠和垃圾發(fā)電廠，根據(jù)需要可裝設(shè)1組或2組蓄電池。g) 當(dāng)發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中包括有220kV及以上電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)獨(dú)立裝設(shè)不少于2組蓄電池對控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷供電。當(dāng)設(shè)有繼電保護(hù)裝置小室時(shí)，可將蓄電池組分散裝設(shè)。其它情況的網(wǎng)絡(luò)控制室可裝設(shè)1組蓄電池。h) 220

42、kV750kV的變電所，應(yīng)裝設(shè)不少于2組蓄電池對控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷供電。當(dāng)設(shè)有繼電保護(hù)裝置小室時(shí)，可將蓄電池組分散裝設(shè)。i) 直流輸電換流站，站用蓄電池可裝設(shè)2組，極用蓄電池每極可裝設(shè)2組。j) 110kV及以下變電所宜裝設(shè)1組蓄電池，對于重要的110kV變電所也可裝設(shè)2組蓄電池。k) 控制和信號系統(tǒng)的直流電源電壓為48V及以下時(shí)，宜采用DC/DC變換器，或獨(dú)立裝設(shè)2組蓄電池。3.3 充電裝置3.3.1 充電裝置型式：高頻開關(guān)整流器。3.3.2 整流器組數(shù)：a) 1組蓄電池的直流系統(tǒng)，宜配置1組整流器，也可以配置2組相同容量的整流器。b) 2組蓄電池的直流系統(tǒng)，宜配置2組整流器，也可以配置3組

43、相同容量的整流器。3.4 接線方式3.4.1 母線接線方式a) 1組蓄電池的直流系統(tǒng)，采用單母線接線或單母線分段接線方式。b) 2組蓄電池的直流系統(tǒng)，應(yīng)采用二段單母線接線方式，蓄電池組分別接于不同母線段上。二段直流母線之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)電器，且滿足在運(yùn)行中二段直流母線切換時(shí)不中斷供電的要求。兩段直流母線切換過程中允許兩組蓄電池短時(shí)并聯(lián)運(yùn)行。3.4.2 蓄電池組和充電裝置均應(yīng)經(jīng)隔離和保護(hù)電器接入直流系統(tǒng)。a) 直流系統(tǒng)為單母線分段接線方式時(shí)，蓄電池組和充電裝置的連接方式如下：l 1組蓄電池配置1組整流器時(shí)，二者應(yīng)跨接在兩段直流母線上。l 1組蓄電池配置2組整流器時(shí)，兩組整流器應(yīng)接入不同直流母線段，

44、蓄電池組應(yīng)跨接在兩段直流母線上。b) 直流系統(tǒng)為二段單母線接線方式時(shí)，蓄電池組和充電裝置的連接方式如下：l 2組蓄電池配置2組整流器時(shí)，每組蓄電池及其整流器應(yīng)分別接入不同直流母線段。l 2組蓄電池配置3組整流器時(shí)，每組蓄電池及其整流器應(yīng)分別接入不同直流母線段，第3組公用整流器應(yīng)經(jīng)切換電器可對2組蓄電池進(jìn)行充電。3.4.3 設(shè)置硅降壓裝置，控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷混合供電的直流系統(tǒng)，其硅降壓裝置串接在控制母線與動(dòng)力母線之間。3.4.4 每組蓄電池均應(yīng)設(shè)置專用的試驗(yàn)放電回路。試驗(yàn)放電設(shè)備應(yīng)經(jīng)隔離和保護(hù)電器直接與蓄電池組出口回路并聯(lián)。對于小型發(fā)電廠和各電壓等級的變電站直流系統(tǒng)，試驗(yàn)放電裝置宜采用微機(jī)控制的

45、電阻型產(chǎn)品；對于大、中型發(fā)電廠直流系統(tǒng)，試驗(yàn)放電裝置宜采用微機(jī)控制的有源逆變型產(chǎn)品。3.5 保護(hù)和監(jiān)控3.5.1 保護(hù)a) 充電裝置的交流輸入回路裝設(shè)交流斷路器保護(hù)，并裝設(shè)吸收浪涌電壓的C級和D級防雷器產(chǎn)品。b) 充電裝置直流輸出回路、蓄電池組出口回路和蓄電池組試驗(yàn)放電回路，裝設(shè)熔斷器或直流斷路器保護(hù)。c) 直流饋電回路裝設(shè)直流斷路器保護(hù)。d) 二次控制和信號電源回路均裝設(shè)熔斷器保護(hù)。e) 裝設(shè)硅降壓裝置的直流系統(tǒng)具有防止硅元件開路的應(yīng)急措施。f) 各級保護(hù)電器的配置，應(yīng)根據(jù)直流系統(tǒng)的短路電流計(jì)算結(jié)果，保證具有可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性。3.5.2 測量a) 直流系統(tǒng)在直流屏柜上應(yīng)裝設(shè)以下

46、測量表計(jì)：l 充電裝置輸出回路和蓄電池組出口回路的直流電流表。l 充電裝置輸出回路、蓄電池組出口回路和直流主母線的直流電壓表。b) 直流屏柜上的測量表計(jì)宜采用四位半精度的數(shù)字式表計(jì)。c) 直流主母線應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)測裝置，以在線監(jiān)視直流系統(tǒng)對地的絕緣狀況。d) 蓄電池組可選擇裝設(shè)電壓巡檢裝置，以在線監(jiān)視電池組單體的電壓水平。3.5.3 信號a) 充電裝置的交流輸入回路裝設(shè)電源監(jiān)視模塊，當(dāng)交流電源失壓或缺相時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號到微機(jī)監(jiān)控單元。b) 充電裝置的交流輸入回路裝設(shè)防雷器監(jiān)視模塊，當(dāng)防雷器失效時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號到微機(jī)監(jiān)控單元。c) 充電裝置的整流模塊在交流輸入電壓過高或過低、直流輸出過壓或過流

47、及溫度過高保護(hù)時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號到微機(jī)監(jiān)控單元。d) 充電裝置直流輸出回路和蓄電池組出口回路的熔斷器熔斷或斷路器跳閘時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號到微機(jī)監(jiān)控單元。e) 直流饋電回路的斷路器保護(hù)跳閘時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號到微機(jī)監(jiān)控單元。f) 對直流絕緣監(jiān)測裝置，當(dāng)直流母線對地的絕緣電阻過低時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號到微機(jī)監(jiān)控單元。g) 對裝設(shè)硅降壓裝置的系統(tǒng)，當(dāng)降壓硅堆故障時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號到微機(jī)監(jiān)控單元。h) 對裝設(shè)電池巡檢裝置的系統(tǒng)，當(dāng)單體電池電壓過高或過低及蓄電池開路或短路時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號到微機(jī)監(jiān)控單元。3.5.4 自動(dòng)化要求a) 直流系統(tǒng)宜按每組蓄電池組設(shè)置一套微機(jī)監(jiān)控裝置。b) 直流系統(tǒng)微機(jī)監(jiān)控裝置應(yīng)具有下

48、列基本功能：l 參數(shù)顯示：實(shí)時(shí)顯示各個(gè)下級設(shè)備的各種信息，包括采集數(shù)據(jù)、設(shè)置數(shù)據(jù)等。通過鍵盤和LCD，可以隨時(shí)查看整個(gè)電源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，包括直流母線電壓、絕緣電阻；蓄電池組均浮充狀態(tài)、充電電壓和電流及環(huán)境溫度；充電裝置直流輸出電壓和電流。l 信號報(bào)警：直流系統(tǒng)中各設(shè)備產(chǎn)生的報(bào)警信號應(yīng)上傳到監(jiān)控單元，監(jiān)控裝置可實(shí)時(shí)地顯示當(dāng)前的告警內(nèi)容。監(jiān)控裝置也能根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)自行判斷，并產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信息。所有的這些報(bào)警信息應(yīng)具有對應(yīng)的繼電器觸點(diǎn)輸出(無源干結(jié)點(diǎn))。l 電池管理：自動(dòng)控制調(diào)節(jié)蓄電池的充電電壓和電流，以蓄電池的充電電流、充電時(shí)間為依據(jù)，完成電池狀態(tài)檢測和容量計(jì)算，并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行均浮

49、充轉(zhuǎn)換控制；如果系統(tǒng)配置有溫度傳感器，其均浮充電壓可自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)。 l 后臺通信：通過RS232、RS485或其他通信接口型式，與電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)或后臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接，將電源系統(tǒng)的信息上傳，實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。c) 直流系統(tǒng)就地和遠(yuǎn)方監(jiān)控的I/O內(nèi)容參見附表一。3.6 直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)3.6.1 直流負(fù)荷按下列規(guī)定統(tǒng)計(jì)a) 1組蓄電池的直流系統(tǒng)，控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷按全部負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。b) 2組蓄電池的直流系統(tǒng)，對于控制負(fù)荷每組按全部負(fù)荷統(tǒng)計(jì)；對于動(dòng)力負(fù)荷宜平均分配到兩組蓄電池，其中直流事故照明負(fù)荷，每組應(yīng)按全部負(fù)荷的60（變電所和有保安電源的發(fā)電廠可按100）統(tǒng)計(jì)；事故后恢復(fù)供電的斷路器合閘沖

50、擊負(fù)荷按隨機(jī)負(fù)荷考慮。c) 兩各直流系統(tǒng)間為緊急備用而設(shè)有聯(lián)絡(luò)線時(shí)，各系統(tǒng)的蓄電池組仍按各自所連接的負(fù)荷考慮，不因互連而增加負(fù)荷數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。d) 直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓為48V及以下的蓄電池組，每組均按全部負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。3.6.2 事故停電時(shí)間按下列規(guī)定計(jì)算a) 與電力系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，廠用交流電源事故停電時(shí)間按1h計(jì)算。b) 不與電力系統(tǒng)連接的孤立發(fā)電廠，廠用交流電源事故停電時(shí)間按2h計(jì)算。c) 直流輸電換流站，全站交流電源事故停電時(shí)間按2h計(jì)算。d) 有人值班的變電所，全所交流電源事故停電時(shí)間按1h計(jì)算。e) 無人值班的變電所，全所交流電源事故停電時(shí)間按2h計(jì)算。3.6.3 直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)的負(fù)荷系數(shù)和

51、計(jì)算時(shí)間參見DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程。4. 直流系統(tǒng)的設(shè)備選擇4.1 蓄電池組4.1.1 蓄電池的個(gè)數(shù)選擇a) 不設(shè)置硅降壓裝置的系統(tǒng)，蓄電池的個(gè)數(shù)按單體電池正常的浮充電壓值和直流母線電壓為1.05倍直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓值來確定：N1.05UnUf分別校驗(yàn)均衡充電時(shí)NUj1.1Un，事故放電末期NUm0.85Un或0.87Un。b) 設(shè)置有硅降壓裝置的系統(tǒng)，蓄電池的個(gè)數(shù)按單體電池正常的浮充電壓值和直流母線電壓為1.10倍直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓值來確定：N1.10UnUf 分別校驗(yàn)均衡充電時(shí)NUj1.15Un，事故放電末期NUm0.875Un。式中：N-蓄電池個(gè)數(shù)；Un-直流

52、系統(tǒng)標(biāo)稱電壓；Uf-單只蓄電池浮充電壓；Uj-單只蓄電池均衡充電電壓；Um-單只蓄電池放電末期電壓。c) 不同型式鉛酸蓄電池的數(shù)量選擇參見附表二。4.1.2 蓄電池浮充電壓單體蓄電池的浮充電壓應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠家的推薦值選取，一般可按下列數(shù)據(jù)：a) 一般防酸式鉛酸蓄電池的單體浮充電壓值取2.15V2.17V（對于GFD型鉛酸蓄電池取2.17V2.23V）。b) 閥控式鉛酸蓄電池的單體浮充電壓值取2.23V2.27V。4.1.3 蓄電池均衡充電電壓單體蓄電池的均衡充電電壓應(yīng)根據(jù)直流系統(tǒng)中直流母線允許的最高電壓值和蓄電池的個(gè)數(shù)來確定，一般可按下列數(shù)據(jù)：a) 一般防酸式鉛酸蓄電池的單體均衡充電電壓值取2.

53、30V（對于GFD型鉛酸蓄電池取2.33V）。b) 閥控式鉛酸蓄電池的單體均衡充電電壓值取2.33V或2.35V。4.1.4 蓄電池放電終止電壓單體蓄電池的放電終止電壓值應(yīng)根據(jù)直流系統(tǒng)中蓄電池組出口端電壓允許的最低電壓值和蓄電池的個(gè)數(shù)來確定。一般可按下列數(shù)據(jù)：a) 系統(tǒng)不設(shè)置硅降壓裝置、采用單只2V的蓄電池，其放電終止電壓值為：l 對于防酸式鉛酸蓄電池，控制負(fù)荷專用蓄電池取1.75V；動(dòng)力負(fù)荷專用或動(dòng)力負(fù)荷與控制負(fù)荷合并供電的蓄電池取1.80V。l 對于閥控式鉛酸蓄電池，控制負(fù)荷專用蓄電池取1.80V或1.83V；動(dòng)力負(fù)荷專用或動(dòng)力負(fù)荷與控制負(fù)荷合并供電的蓄電池組1.85V或1.87V。b)

54、系統(tǒng)設(shè)置硅降壓裝置、采用單只2V、6V或12V的閥控式鉛酸蓄電池組，其單體放電終止電壓取1.80V。4.1.5 蓄電池容量選擇計(jì)算計(jì)算方法參見DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程附錄B.2。4.2 充電裝置4.2.1 高頻充電裝置的基本技術(shù)性能要求a) 交流電源：三相三線制；額定頻率50Hz，工作電壓380V±15%。b) 穩(wěn)壓精度：±0.5。c) 穩(wěn)流精度：±1。d) 紋波系數(shù)：0.5。e) 均流不平衡度：±3(50100負(fù)載)；±5(1050負(fù)載)。f) 滿載效率：92。g) 功率因數(shù)：0.92。h) 音響噪聲：55dB。

55、i) 機(jī)械結(jié)構(gòu)：模塊式可帶電插拔維護(hù)。4.2.2 充電裝置額定輸出電流選擇充電裝置的額定輸出電流選擇應(yīng)滿足下列條件：a) 有初充電要求的蓄電池，滿足初充電時(shí)輸出電流為1.0 I101.25I10選擇：Ir1.0 I101.25I10(A)b) 滿足蓄電池浮充電時(shí)，輸出電流為蓄電池自放電電流與經(jīng)常負(fù)荷電流之和：Ir0.01I10Ijc(A)c) 滿足蓄電池均衡充電時(shí)，輸出電流為蓄電池限流充電電流與經(jīng)常負(fù)荷電流之和：Ir(1.0 I101.25I10)Ijc(A)注：當(dāng)蓄電池脫開直流母線進(jìn)行均衡充電時(shí)，可不計(jì)入經(jīng)常負(fù)荷電流。式中：Ir-充電裝置輸出額定電流；I10-鉛酸蓄電池10h放電率放電電流；Ijc-直流系統(tǒng)的經(jīng)常負(fù)荷電流。4.2.3 充電裝置輸出電壓調(diào)節(jié)范圍選擇充電裝置的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍選擇應(yīng)滿足蓄電池放電末期和初充電末期電壓的要求，具體參數(shù)見下表。 充電裝置輸出電壓調(diào)節(jié)范圍運(yùn)行方式電壓調(diào)節(jié)范圍防酸式鉛酸蓄電池閥控式鉛酸蓄電池220V系統(tǒng)110V系統(tǒng)220V系統(tǒng)110V系統(tǒng)限流充電180V290V90V150V180V260V90V130V浮充電220V240V110V120V220V250V110V125V均衡充電230V290V115V150V230V260V115V130V注：防酸式鉛酸蓄電池的充電末期單體電壓為2.7V； 閥控式鉛