變電站直流系統(tǒng)

1、 變電站直流系統(tǒng) 主講人：* * 一、（1）什么是直流系統(tǒng)？ （2）直流系統(tǒng)在變電站中的組成單元 二、蓄電池簡(jiǎn)介及日常維護(hù) 三、UPS電源系統(tǒng)及日常維護(hù) 四、（1）直流系統(tǒng)接地有哪些危害？ （2）直流接地故障的處理方法 什么是直流系統(tǒng)？什么是直流系統(tǒng)？ 直流系統(tǒng)是應(yīng)用于水力、火力發(fā)電廠，各類變電站和其它使用直流設(shè)備的用戶，為給信號(hào)設(shè)備、保護(hù)、自動(dòng)裝置、事故照明、應(yīng)急電源及斷路器分、合閘操作提供直流電源的電源設(shè)備。 直流系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的電源，它不受發(fā)電機(jī)、廠用電及系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，并在外部交流電中斷的情況下，保證由后備電源蓄電池繼續(xù)提供直流電源的重要設(shè)備。直流屏的可靠性、安全性直接影響到電力系

2、統(tǒng)供電的可靠性和安全性。 直流系統(tǒng)的心臟是蓄電池，對(duì)蓄電池進(jìn)行科學(xué)的維護(hù)是直流系統(tǒng)的核心工作。 二、直流系統(tǒng)在變電站中的組成單元二、直流系統(tǒng)在變電站中的組成單元 一部份是電池屏,另一部份是直流充電屏（直流屏）。 電池屏就是一個(gè)可以擺放多節(jié)電池的機(jī)柜。電池屏中的電池一般是由2V-12V的電池以9節(jié)到108節(jié)串聯(lián)方式組成，對(duì)應(yīng)電的電壓輸出也就是110V或220V。目前使用的電池主要是閥控式密封免維護(hù)鉛酸電池。 直流屏主要是由機(jī)柜、整流模塊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、絕緣監(jiān)測(cè)單元、電池巡檢單元、開關(guān)量檢測(cè)單元、降壓?jiǎn)卧耙幌盗械慕涣鬏斎?、直流輸出、電壓顯示、電流顯示等配電單元。 整流模塊系統(tǒng)整流模塊系統(tǒng) 電力整

3、流模塊就是把交流電整流成直流電的單機(jī)模塊，通常是以通過(guò)電流大小來(lái)標(biāo)稱（如2A模塊、5A模塊、10A模塊、20A模塊等等），按設(shè)計(jì)理念的不同也可以分為：風(fēng)冷模塊、獨(dú)立風(fēng)道模塊、自冷模塊、自能風(fēng)冷模塊和自能自冷模塊。 它可以多臺(tái)并聯(lián)使用，實(shí)現(xiàn)了N+1冗余。模塊輸出是110V、220V穩(wěn)定可調(diào)的直流電壓。模塊自身有較為完善的各種保護(hù)功能如：輸入過(guò)壓保護(hù)、輸出過(guò)壓保護(hù)、輸出限流保護(hù)和輸出短路保護(hù)等。 監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)直流系統(tǒng)的控制、管理核心，其主要任務(wù)是：對(duì)系統(tǒng)中各功能單元和蓄電池進(jìn)行長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)，獲取系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行處理，并以此為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)

4、行控制，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的全自動(dòng)管理，保證其工作的連續(xù)性、可靠性和安全性。 監(jiān)控系統(tǒng)目前分為兩種：一種是按鍵型還有一種是觸摸屏型。監(jiān)控系統(tǒng)提供人機(jī)界面操作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)顯示，系統(tǒng)控制操作和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。 絕緣監(jiān)測(cè)絕緣監(jiān)測(cè)單元 直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)單元是監(jiān)視直流系統(tǒng)絕緣情況的一種裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路對(duì)地漏電阻，此數(shù)值可根據(jù)具體情況設(shè)定。當(dāng)線路對(duì)地絕緣降低到設(shè)定值時(shí)，就會(huì)發(fā)出告警信號(hào)。直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)單元目前有母線絕緣監(jiān)測(cè)、支路絕緣監(jiān)測(cè)。 電池巡檢單元就是對(duì)蓄電池在線電壓情況巡環(huán)檢測(cè)的一種設(shè)備。可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到每節(jié)蓄電池電壓的多少，當(dāng)哪一節(jié)蓄電池電壓高過(guò)或低過(guò)設(shè)定時(shí)，就會(huì)發(fā)出告警信號(hào)，并能通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)顯

5、示出是哪一節(jié)蓄電池發(fā)生故障。電池巡檢單元一般能檢測(cè)2V-12V的蓄電池和巡環(huán)檢測(cè)1-104節(jié)蓄電池。 電池巡檢單元電池巡檢單元 開關(guān)量檢測(cè)單元開關(guān)量檢測(cè)單元 開關(guān)量檢測(cè)單元是對(duì)開關(guān)量在線檢測(cè)及告警干節(jié)點(diǎn)輸出的一種設(shè)備。比如在整套系統(tǒng)中哪一路斷路器發(fā)生故障跳閘或者是哪路熔斷器熔斷后開關(guān)量檢測(cè)單元就會(huì)發(fā)出告警信號(hào)，并能通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)顯示出是哪一路斷路器發(fā)生故障跳閘或者是哪路熔斷器熔斷。目前開關(guān)量檢測(cè)單元可以采集到1-104路開關(guān)量和多路無(wú)源干節(jié)點(diǎn)告警輸出。 配電單元配電單元 配電單元主要是直流屏中為實(shí)現(xiàn)交流輸入、直流輸出、電壓顯示、電流顯示等功能所使用的器件如：電源線、接線端子、交流斷路器、直流斷路

6、器、接觸器、防雷器、分流器、熔斷器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕開關(guān)、指示燈以及電流、電壓表等等 三 三、蓄電池 1、簡(jiǎn)述（1） 蓄電池是一種化學(xué)電源，它既能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，又能將儲(chǔ)存起來(lái)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能輸送出去。這兩個(gè)能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程，就叫做蓄電池的充電和放電 （2）蓄電池是獨(dú)立的電源，不會(huì)受電力網(wǎng)的影響。它具有電壓穩(wěn)定、使用方便和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，并可根據(jù)需要選擇其容量或形式。 （3） 蓄電池按電解質(zhì)的不同，分為酸性蓄電池和堿性蓄電池。本風(fēng)電場(chǎng)使用閥控式鉛酸蓄電池。 閥控式蓄電池閥控式電池由于采用了AGM材料和貧液設(shè)計(jì)，在充電過(guò)程中，由正極生成的氧能與負(fù)極活性物質(zhì)迅速反應(yīng)還原成水，因此，正常情

7、況下，電池電液不會(huì)損失，不用添加蒸溜水 閥控式蓄電池在正常浮充電狀態(tài)下，處于密封狀態(tài)，裝設(shè)有能自動(dòng)開啟和關(guān)閉的安全閥。當(dāng)內(nèi)部壓力超過(guò)規(guī)定開閥值時(shí)，安全閥自動(dòng)開啟；壓力低于關(guān)閥時(shí)又自動(dòng)關(guān)閉。安全閥上有濾酸裝置，不會(huì)排出酸霧等有害氣體。 2、蓄電池的容量 蓄電池的容量(Q)是蓄電池蓄電能力的重要標(biāo)志。容量 Q是在指定的放電條件(溫度、放電電流、終止電壓)下所放出的電量稱為蓄電他的容量，單位用 A h(安培小時(shí))表示。蓄電池放電至終止電壓的時(shí)間稱放電率，單位為 h(小時(shí))率。 電池容量選擇要進(jìn)行直流負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)，直流負(fù)荷按性質(zhì)分為經(jīng)常負(fù)荷、非經(jīng)常負(fù)荷、事故負(fù)荷。直流負(fù)荷的分類直流負(fù)荷的分類 3、蓄電池

8、組運(yùn)行過(guò)程中的充電方式： （1）初充電 （2）浮充電 （3）均衡充電（1）初充電： 新安裝的蓄電池或大修中更換的蓄電池第一次充電，稱為初充電。初充電電流為1.0倍I10（10小時(shí)率放電電流），單體電池充電電壓到2.32.4V時(shí)電壓平衡，電壓下降即可投運(yùn)，即轉(zhuǎn)為浮充運(yùn)行。（2）浮充電 閥式電池完成初充電后，轉(zhuǎn)為浮充電運(yùn)行，浮充電電壓值為2.232.28V之間，根據(jù)制造廠家要求和運(yùn)行具體使用情況而定。浮充電流值為0.32mAh，作為電池內(nèi)部的自放電和外殼表面贓污后所產(chǎn)生的爬電損失，從而使蓄電池組始終保持95%以上的容量。 （3 3）均衡充電）均衡充電 閥式電池在長(zhǎng)期浮充運(yùn)行中，如發(fā)生以下情況時(shí)，需

9、對(duì)蓄電池進(jìn)行均衡充電： A、當(dāng)電池安裝完畢； B、浮充運(yùn)行中蓄電池間電壓偏差超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，即個(gè)別電池硫化或電解液的密度下降，造成電壓降低，容量不足； C、當(dāng)交流電源中斷時(shí)，放電容量超過(guò)規(guī)定（5%10%）C10以上。 上述情況，按程序進(jìn)行均衡充電。對(duì)第二種情況如果設(shè)有電池監(jiān)控裝置能判斷時(shí)，根據(jù)該裝置監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行均衡充電。如果不準(zhǔn)確的電池監(jiān)控裝置時(shí)，則根據(jù)制造廠的要求，一般每三個(gè)月進(jìn)行一次均衡充電，使蓄電池組隨時(shí)處于滿容量狀態(tài)，以確保直流電流運(yùn)行的安全可靠。 4、閥控式蓄電池核對(duì)性放電 直流系統(tǒng)有兩組閥控式蓄電池的核對(duì)性放電：當(dāng)發(fā)電廠或變電所的直流系統(tǒng)只安裝有兩組蓄電池組時(shí)，可先對(duì)其中一組蓄電池

10、進(jìn)行全核對(duì)性放電。放電電流以1.0I10電流恒流進(jìn)行，當(dāng)蓄電池端電壓下降到1.8VN時(shí)，停止放電，隔1-2H以后，再用1.0I10電流進(jìn)行恒流限壓充電-恒壓充電-浮充電。反復(fù)放充電2-3次，其容量可得到恢復(fù)。若經(jīng)過(guò)3次全核對(duì)性放電，蓄電池容量達(dá)不到額定容量的80%，可認(rèn)為此組蓄電池組的使用期限已到，應(yīng)采取更換措施。 儲(chǔ)能電池的日常維護(hù)儲(chǔ)能電池的日常維護(hù) 雖說(shuō)儲(chǔ)能電池組目前都采用了免維護(hù)電池，但這只是免除了以往的測(cè)比、配比、定時(shí)添加蒸餾水的工作。但外因工作狀態(tài)對(duì)電池的影響并沒有改變，不正常工作狀態(tài)對(duì)電池造成的影響沒有變，這部分的維護(hù)檢修工作仍是非常重要的，UPS電源系統(tǒng)的大量維修檢修工作主要在電

11、池部分。 a.儲(chǔ)能電池的工作全部是在浮充狀態(tài)，在這種情況下至少應(yīng)每年進(jìn)行一次放電。放電前應(yīng)先對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電，以達(dá)全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落后電池。放電過(guò)程中如有一只達(dá)到放電終止電壓時(shí)，應(yīng)停止放電，繼續(xù)放電先消除落后電池后再放。 c.平時(shí)應(yīng)對(duì)蓄電池定期測(cè)量并做好記錄。 d.日常維護(hù)中需經(jīng)常檢查的項(xiàng)目有：清潔并檢測(cè)電池兩端電壓、溫度；連接處有無(wú)松動(dòng)，腐蝕現(xiàn)象、檢測(cè)連接條壓降；電池外觀是否完好，有無(wú)殼變形和滲漏；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；主機(jī)設(shè)備是否正常。 e.免維護(hù)電池要維護(hù)，不是什么無(wú)稽之談，應(yīng)從廣義的維護(hù)立場(chǎng)出發(fā)，做到運(yùn)行、日常管理的周到、細(xì)致和規(guī)范性，保證設(shè)備（

12、包括主機(jī)設(shè)備）保持良好的運(yùn)行狀況，從而延長(zhǎng)使用年限；保證直流母線經(jīng)常保持合格的電壓和電池的放電容量；保證電池運(yùn)行和人員的安全可靠。這就是電池維護(hù)的目的，也是電池運(yùn)行規(guī)程中包括的內(nèi)容和進(jìn)行規(guī)則。 UPS交流不停電電源 UPS（Uninterruptible Power System ），即不間斷電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí), UPS 立即將機(jī)

13、內(nèi)電池的電能,通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。 UPS的原理 AC-DC變換：將電網(wǎng)來(lái)的交流電經(jīng)自耦變壓器降壓、全波整流、濾波變?yōu)橹绷麟妷海┙o逆變電路。AC-DC輸入有軟啟動(dòng)電路，可避免開機(jī)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 DC-AC逆變電路：采用大功率IGBT模塊全橋逆變電路，具有很大的功率富余量，在輸出動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)輸出阻抗特別小，具有快速響應(yīng)特性。由于采用高頻調(diào)制限流技術(shù)，及快速短路保護(hù)技術(shù)，使逆變器無(wú)論是供電電壓瞬變還是負(fù)載沖擊或短路，均可安全可靠地工作。 控制驅(qū)動(dòng)：控制驅(qū)動(dòng)是完成整機(jī)功能控制的核心，它除了提供檢測(cè)、保護(hù)、同步以及各種開關(guān)和顯

14、示驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，還完成SPWM正弦脈寬調(diào)制的控制，由于采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)雙重電壓反饋。極大地改善了逆變器的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性。 （ SPWM正弦脈寬調(diào)制：由于采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)雙重電壓反饋。極由于全控型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，不僅使得逆變電路的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，而且在控制策略上與晶閘管類的半控型器件相比，也有著根本的不同，由原來(lái)的相位控制技術(shù)改變?yōu)槊}沖寬度控制技術(shù)，簡(jiǎn)稱PWM技術(shù)。 PWM技術(shù)可以極其有效地進(jìn)行諧波抑制，在頻率、效率各方面有著明顯的優(yōu)點(diǎn)使逆變電路的技術(shù)性能與可靠性得到了明顯的提高。采用PWM方式構(gòu)成的逆變器，其輸入為固定不變的直流電壓，可以通過(guò)PWM技術(shù)在同一逆變器中既實(shí)現(xiàn)調(diào)壓又實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。 ）

15、UPS電源工作過(guò)程 當(dāng)市電正常380Vac時(shí)，直流主回路有直流電壓，供給DC-AC交流逆變器，輸出穩(wěn)定的220Vac交流電壓，同時(shí)市電對(duì)電流充電。當(dāng)任何時(shí)候市電欠壓或突然掉電，則由電池組通過(guò)隔離二極管開關(guān)向直流回路饋送電能。從電網(wǎng)供電到電池供電沒有切換時(shí)間。當(dāng)電池能量即將耗盡時(shí)，不間斷電源發(fā)出聲光報(bào)警，并在電池放電下限點(diǎn)停止逆變器工作，長(zhǎng)鳴告警。不間斷電源還有過(guò)載保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生超載（150%負(fù)載）時(shí)，跳到旁路狀態(tài)，并在負(fù)載正常時(shí)自動(dòng)返回。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重超載（超過(guò)200%額定負(fù)載）時(shí)，不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態(tài)，此時(shí)前面空氣開關(guān)也可能跳閘。消除故障后，只要合上開關(guān)，重新開機(jī)即開始恢

16、復(fù)工作。為使不間斷電源充分工作，避免在過(guò)載或欠載下運(yùn)行，電源在開機(jī)前，首先計(jì)算負(fù)載容量。 UPS UPS日常維護(hù)與檢修日常維護(hù)與檢修 (1)UPS電源在正常使用情況下，主機(jī)的維護(hù)工作很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰粒較多，機(jī)內(nèi)的風(fēng)機(jī)會(huì)將灰塵帶入機(jī)內(nèi)沉積、當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會(huì)引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常，并發(fā)生不準(zhǔn)確告警，大量灰塵也會(huì)造成器件散熱不好。一般每季度應(yīng)徹底清潔一次。其次就是在除塵時(shí)，檢查各連接件和插接件有無(wú)松動(dòng)和接觸不牢的情況。 直流系統(tǒng)接地1 1、故障現(xiàn)象故障現(xiàn)象: :主控室“直流接地”報(bào)警，或某些裝置狀態(tài)及運(yùn)行數(shù)據(jù)不正常。2、直流接地的危害直流接地的危

17、害在直流系統(tǒng)中，發(fā)生一極接地并不引起任何危害，但是一極接地長(zhǎng)期工作是不允許的，因?yàn)楫?dāng)同一極的另一地點(diǎn)再發(fā)生接地時(shí)，可能使信號(hào)裝置、繼電保護(hù)和控制裝置誤動(dòng)作或拒動(dòng)作，或者發(fā)生另外一極接地時(shí)，將造成直流系統(tǒng)短路，造成嚴(yán)重后果。因此不允許直流系統(tǒng)長(zhǎng)期帶一點(diǎn)接地運(yùn)行。所以，當(dāng)發(fā)生直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地后，必須盡快查找出來(lái)進(jìn)行處理。直流世達(dá)3 3、直流接地的處理方法、直流接地的處理方法 （1 1）、）、接地極別判定接地極別判定。當(dāng)主控室報(bào)出“直流母線接地”告警信號(hào)時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)到直流母線屏檢查是正負(fù)極哪一級(jí)接地，接地電壓為多少等。首先運(yùn)行人員應(yīng)檢查直流裝置“絕緣檢查”界面的“正對(duì)地檢查”、“負(fù)對(duì)地檢查”，讀取

18、對(duì)地電壓表或絕緣電壓表的數(shù)值。如某一極的對(duì)地電壓等于零，而另一極的對(duì)地電壓等于母線的額定電壓，那么等于零的那一極就是接地的一極（完全接地）；對(duì)于220V直流系統(tǒng)，如果正對(duì)地電壓為70V，負(fù)對(duì)地電壓為直流世達(dá) 直流接地的處理方法 1 1、接地極別判定接地極別判定。當(dāng)主控室報(bào)出“直流母線接地”告警信號(hào)時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)到直流母線屏檢查是正負(fù)極哪一級(jí)接地，接地電壓為多少等。首先運(yùn)行人員應(yīng)檢查直流裝置“絕緣檢查”界面的“正對(duì)地檢查”、“負(fù)對(duì)地檢查”，讀取對(duì)地電壓表或絕緣電壓表的數(shù)值。如某一極的對(duì)地電壓等于零，而另一極的對(duì)地電壓等于母線的額定電壓，那么等于零的那一極就是接地的一極（完全接地）；對(duì)于220V直

19、流系統(tǒng)，如果正對(duì)地電壓為70V，負(fù)對(duì)地電壓為直流世達(dá)150V，則說(shuō)明正極發(fā)生接地；如果正對(duì)地電壓為150V，負(fù)對(duì)地電壓為70V，則說(shuō)明負(fù)極發(fā)生接地；正常情況下，正負(fù)對(duì)地電壓應(yīng)相等，約為110V左右?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員確定了接地極別后，應(yīng)迅速查找接地點(diǎn)，隔離接地點(diǎn)并消除接地。 查找原則：查找原則： 直流系統(tǒng)發(fā)生接地后，應(yīng)立即停止在直流回路上的一切工作。 在直流回路上操作的同時(shí)發(fā)生直流系統(tǒng)接地，應(yīng)首先在該回路上查找接地點(diǎn)。 先查找事故照明、信號(hào)回路、充電機(jī)回路，后查找其他回路。對(duì)于操作電源和保護(hù)電源沒有分開的站，應(yīng)先查找主合閘回路，后查找操作回路；對(duì)于操作電源和保護(hù)電源分開的站，應(yīng)先查找操作回路，后查找室內(nèi)回。 先查找室外回路，后查找保護(hù)回路。 對(duì)直流母線上不太重要的饋電分路，可以用“瞬時(shí)停電法”查找。 如變電站內(nèi)二次