城軌供變電技術(shù)-第九章

1、第九章 自用電系統(tǒng)【問題導(dǎo)入】對(duì)于地鐵變電所中各設(shè)備的用電，一般來源于自配所用變，也就是說先將中壓母線上的電經(jīng)降壓變壓器及其它設(shè)備變成低壓的交、直流電，然后經(jīng)各配電盤交由設(shè)備使用。在變電所中，為了保證供電裝置的正常操作和安全運(yùn)行，需要對(duì)以下兩類所內(nèi)低壓交、直流用電的供應(yīng)予以切實(shí)保證。所用電的作用：1.開關(guān)電器的距離控制、信號(hào)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置以及事故照明等二次設(shè)備的直流用電。2.變壓器冷卻風(fēng)扇、設(shè)備加熱、蓄電池室內(nèi)通風(fēng)、室內(nèi)外照明、移動(dòng)油業(yè)務(wù)、設(shè)備檢修、蓄電池組的充電等設(shè)備的交流用電。為確保上述用電，通常裝設(shè)專用供電系統(tǒng)，稱為自用電系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的交流和直流兩部分各自獨(dú)立，自成體系，故可分為

2、交流自用電、直流自用電兩大系統(tǒng)。自用電系統(tǒng)在供電系統(tǒng)中處于極其重要的地位，它的工作正常與否直接影響主要電路的正常運(yùn)行。因此，要求無論主電路處于何種工作狀態(tài)，自用電源均應(yīng)安全可靠持續(xù)供電。本章講述牽引變電所交流自用電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、技術(shù)要求與工作原理?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】了解操作電源的作用和所用電的接線方式了解直流系統(tǒng)的組成及各部件的作用掌握蓄電池直流系統(tǒng)及其維護(hù)了解直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察與電壓監(jiān)察裝置第一節(jié)交流自用電系統(tǒng)為了可靠的向交流自用電設(shè)備供電，牽引變電所通常設(shè)有兩臺(tái)容量為50 100 kV大功率的自用電變壓器（有些所配的為大于110KV的超大功率的），一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。每臺(tái)都應(yīng)能單獨(dú)承擔(dān)變電所

3、的自用電負(fù)荷，并且還應(yīng)裝有備用電源自投裝置，運(yùn)行的自用電源一旦發(fā)生故障時(shí)，備用電源能夠自動(dòng)投入運(yùn)行。自用電變壓器一般從（中壓環(huán)網(wǎng)）牽引側(cè)母線（中壓環(huán)網(wǎng)）取電，若有獨(dú)立于變電所系統(tǒng)的地方10kV或35KV三相交流電源時(shí)，則自用電變壓器中的一臺(tái)應(yīng)由該電源供電。由于各城市的軌道交通的中壓等級(jí)一般與市內(nèi)的中壓等級(jí)相同，所以不會(huì)出兩臺(tái)變壓器進(jìn)線電壓不一致的情況。一.所用變與降壓所的區(qū)別：降壓變電站則是將10KV35kV電網(wǎng)電壓（中壓環(huán)網(wǎng)）降為400V，提供車站的動(dòng)力和照明電源，全線的降壓變電所被分成若干個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)一般不超過3個(gè)地下站；每一個(gè)供電分區(qū)均從主變電所(或中心降壓變電所)的主變壓器

4、，就近引入兩路電源；中壓網(wǎng)絡(luò)采用雙線雙環(huán)網(wǎng)接線方式；相鄰供電分區(qū)間通過環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)；降壓變電所主接線采用分段單母線形式；降壓變電所進(jìn)線開關(guān)采用斷路器。該接線方式運(yùn)行靈活。所用變提供的是所內(nèi)各設(shè)備的交直流電源，雖設(shè)備與降壓所類同，但工作對(duì)象，監(jiān)控方式有很大不同。二.所用電的接線方式：1.所用變的接線方式：下面以中壓環(huán)網(wǎng)等級(jí)為35K為例來說明，主變負(fù)責(zé)將110KV變?yōu)?5KV。圖9-1 所用電的接線方式變電所一般都配有二臺(tái)所用變（1所用變和2所用變），1、2所用變分別接于35kV.段母線，有的變電所2所用變可以上35kV段母線，也可以上外網(wǎng)中壓35kV線路運(yùn)行。二臺(tái)所用變互為備用，以確保所用電供電

5、的可靠性。如外網(wǎng)市電改為10KV，系統(tǒng)中110kV以上變電所已出現(xiàn)安裝3所用變（或者叫臨時(shí)所用變，接于本變電所以外的10kV線路，作為變電所的應(yīng)急電源，具體所用變的接線方式見圖9-1。2.所用電的接線方式： 所用電系統(tǒng)為單母線分段接線方式，35kV1所用變低壓電源經(jīng)1所用變低壓空氣開關(guān)接入所用電段母線，35kV2所用變低壓電源經(jīng)2所用變低壓空氣開關(guān)接入所用電段母線，所用電、段母線裝有聯(lián)絡(luò)開關(guān)（也叫所用電分段開關(guān)），因受所用電分段開關(guān)短路容量的限制，以及有時(shí)二臺(tái)所用變分別接于不同的電源（1所用變接于35kV母線，2所用變一般接于35kV線路），相互之間相位不同，正常情況下，所用電、段母線分列運(yùn)行

6、（即所用電分段開關(guān)斷開），接線見圖8-1。3.所用電負(fù)載的接線方式：（1）重要負(fù)載采用雙電源供電，如主變冷卻器電源；加熱器電源；開關(guān)儲(chǔ)能電源；直流充電器電源；自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備逆變電源、通訊電源等。采用雙回路供電的回路，、段電源之間除有備自投裝置外，都裝有分段開關(guān)或分段閘刀，為防止低壓電源、段電源因相位差非同期并列，而引起二臺(tái)所用變之間造成環(huán)流，環(huán)流將造成所用變?nèi)萘坎荒艹浞值睦茫秒娯?fù)載大時(shí)，造成所用變過載，發(fā)熱、嚴(yán)重時(shí)，甚至燒壞所用變。因此所用電造成運(yùn)行情況下，千萬不能并列運(yùn)行。一般運(yùn)行方式為了保證所用電翻電源操作方便，雙電源回路只允許投入段或段電源開關(guān)，雙回路中的分段開關(guān)或分段閘刀合上，這

7、樣負(fù)載翻電源只需在所用電室進(jìn)行就可以了，不必到現(xiàn)場。見圖9-2圖9-2雙電源供電方式（2）不重要負(fù)載采用單電源供電，也稱輻射型供電，每個(gè)電源只來源于一段，不構(gòu)成環(huán)網(wǎng)。圖9-3單電源供電方式三.備用電源自動(dòng)投入裝置（APD）  作為備用電源的線路上裝設(shè)備用電源自動(dòng)投入裝置（Auto-put-into device of reserve-source,縮寫為APD），負(fù)責(zé)則在工作電源線路突然斷電時(shí)，利用失壓保護(hù)裝置使該線路的斷路器跳閘，而備用電源線路的斷路器則在APD作用下迅速合閘，使備用電源投入運(yùn)行。1 .繼電式備用電源自動(dòng)投入裝置圖9-4備用電源自動(dòng)投入裝置的原理電路圖（1

8、）正常工作狀態(tài) 斷路器QF1合閘，電源WL1供電；而斷路器QF2斷開，電源WL2備用。QF1的輔助觸點(diǎn)QF13-4閉合，時(shí)間繼電器KT動(dòng)作，其觸點(diǎn)是閉合的，但由于斷路器QF1的另一對(duì)輔助觸點(diǎn)QF11-2處于斷開狀態(tài)，因此合閘接觸器KO不會(huì)通電動(dòng)作。（2）備用電源自動(dòng)投入 當(dāng)工作電源WL1斷電引起失壓保護(hù)動(dòng)作使斷路器QF1跳閘時(shí)，其輔助觸點(diǎn)QF13-4斷開，使時(shí)間繼電器KT斷電。在其延時(shí)斷開觸點(diǎn)尚未斷開前，由于斷路器QF1的輔助觸點(diǎn)QF11-2閉合，接通合閘接觸器KO回路，使之動(dòng)作，接通斷路器QF2的合閘線圈YO回路，使QF2合閘，從而使備用電源WL2投入運(yùn)行。在KT的延時(shí)斷開觸點(diǎn)經(jīng)延時(shí)（0.5

9、s）斷開時(shí)，切斷KO合閘回路。QF2合閘后，其輔助觸點(diǎn)QF21-2斷開，切斷YO合閘回路。2 .PLC裝置由于繼電器觸點(diǎn)要經(jīng)常分合動(dòng)作，容易損壞，降低了供電的可靠性，并增加了設(shè)備維護(hù)的工作量；同時(shí)，各繼電器之間大量的連接導(dǎo)線不僅使調(diào)試檢修困難極大，還致使變電站的各部分幾乎不可能被連接成一個(gè)完整的自動(dòng)化系統(tǒng)。因此，傳統(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器顯然已不能滿足變電站自動(dòng)化對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求?？删幊炭刂破鳎≒LC）是一種新型微電腦式配電控制器。其主要特點(diǎn)是用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器（每個(gè)PLC可有多達(dá)上千個(gè)內(nèi)部繼電器）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，又通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接線

10、。正因?yàn)檫@一特點(diǎn)，如果將PLC引入繼電保護(hù)裝置中，一方面可以克服使用傳統(tǒng)繼電器所帶來的種種弊端；另一方面，又可兼容基于傳統(tǒng)繼電器的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方案，尤其是對(duì)于邏輯關(guān)系較為復(fù)雜的觸點(diǎn)信號(hào)處理及操作出口控制，采用PLC編程能使方案設(shè)計(jì)工作變得更加簡單方便，下面介紹備用電源自動(dòng)投入的PLC程序設(shè)計(jì)的功能框圖。從圖中可看出，這基本上與微機(jī)保護(hù)典型圖相同，稍有區(qū)別的是，該裝置將通常的計(jì)算機(jī)繼電器邏輯電路分解成保護(hù)功能繼電器組和PLC 2個(gè)部分。根據(jù)不同保護(hù)對(duì)象（主變壓器差動(dòng)保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、線路保護(hù)等），由不同保護(hù)功能繼電器群組合，使裝置分成若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，其中所有的單個(gè)功能元件均遵循正邏輯

11、法則，在PLC中定義動(dòng)作節(jié)點(diǎn)。例如，一個(gè)過電壓元件動(dòng)作，在PLC中就有一個(gè)相應(yīng)的常開節(jié)點(diǎn)閉合（01），而一個(gè)失壓元件動(dòng)作，反映在PLC中也是一個(gè)相應(yīng)的常開節(jié)點(diǎn)閉合（01）。PLC編程使用的是與傳統(tǒng)二次電路圖最相似的梯形圖法，存放程序的EEPROM為外插接式，便于隨時(shí)修改設(shè)計(jì)方案。圖9-5備用電源自動(dòng)投入裝置的PLC功能框圖四.所用電的事故處理：當(dāng)所用電突然失去電源時(shí)，不論是所用變故障，還是其它原因，均應(yīng)按順序優(yōu)先恢復(fù)下列回路供電：1.主變冷卻器電源；2.直流系統(tǒng)充電裝置電源；3.自動(dòng)化監(jiān)控逆變電源4.220kV、110kV、35kV開關(guān)儲(chǔ)能電源；5.開關(guān)機(jī)構(gòu)箱加熱器電源；6.通訊電源；7.晚上

12、照明電源。第二節(jié)直流自用電系統(tǒng)為供給繼電保護(hù)、控制、信號(hào)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、事故照明、交流不間斷電源等直流負(fù)荷，變電站內(nèi)應(yīng)設(shè)由直流屏供電的直流系統(tǒng)。直流電源與直流自用電負(fù)荷饋線連接構(gòu)成直流系統(tǒng)。直流電源的主要任務(wù)就是給繼電保護(hù)、開關(guān)合分及控制提供可靠的直流操作電源，其性能和質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到城軌供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備安全。一.直流系統(tǒng)的分類變電所直流系統(tǒng)按獲得直流電能方式的不同，一般有下面兩種類型。1.整流式直流系統(tǒng)整流式直流操作電源分為相控整流和高頻開關(guān)整流兩種，前者依靠改變晶鬧管的導(dǎo)通相位來控制整流器輸出電壓。后者采用功率半導(dǎo)體器件，通過周期性通斷開關(guān)、控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。整

13、流式直流操作電源，維修工作量小，容量大，使用壽命長、造價(jià)低。但整流裝置受交流系統(tǒng)運(yùn)行情況影響大，供電可靠性不強(qiáng)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這兩種都有使用。2蓄電池組直流系統(tǒng)變電所的直流系統(tǒng)是一個(gè)不間斷的直流電源，要求配置蓄電池系統(tǒng)。蓄電池組是一種獨(dú)立的電源，不受交流電源的影響，因而整流系統(tǒng)交流失電或發(fā)生故障時(shí)，蓄電池繼續(xù)給控制、信號(hào)、繼電保櫨和自動(dòng)裝置供電，同時(shí)還可以保證事故照明用電。由于蓄電池電壓平穩(wěn)、容量大，既適合于各種較復(fù)雜的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置，也適合于對(duì)各類型斷路器的操作控制。這在下一節(jié)說明。二.直流系統(tǒng)的基本要求1.變電所一次電路正常帶電運(yùn)行時(shí)，直流系統(tǒng)有額定電壓輸出，保證各種正常操作和監(jiān)視。

14、2.變電所一次電路停電時(shí)，直流系統(tǒng)仍要求有額定電壓輸出，保證送電前的各種操作和監(jiān)視。3.變電所一次電路發(fā)生短路故障時(shí)，直流系統(tǒng)的輸出電壓和容量應(yīng)滿足保護(hù)裝置動(dòng)作及三.直流負(fù)荷分類牽引變電所中由操作電源供電的直流負(fù)荷，按其用電特性一般有下面三種；1.經(jīng)常性負(fù)荷。經(jīng)常性負(fù)荷是指在各種運(yùn)行狀態(tài)下，由直流母線不間斷供電的負(fù)荷。如經(jīng)常帶電的繼電器、信號(hào)燈、經(jīng)常性的直流照明、計(jì)算機(jī)，巡回檢測裝置的逆變電源等。2.事故負(fù)荷。事故負(fù)荷是指牽引變電所失去交流電源時(shí)，應(yīng)有直流系統(tǒng)供電的負(fù)荷。如事故照明、自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)裝置，計(jì)算機(jī)、巡回檢測裝置等負(fù)荷。3.沖擊性負(fù)荷。沖擊性負(fù)荷是指斷路器合閘時(shí)的短時(shí)沖擊電流和此時(shí)直流母

15、線所承受電流（包括經(jīng)常和事故負(fù)荷在內(nèi)）的總和。沖擊負(fù)荷應(yīng)按牽引變電所中合閘電流最大的一臺(tái)斷路器的合閘電流統(tǒng)計(jì)，并考慮同時(shí)合閘的斷路器電流的總和。四.直流供電網(wǎng)、直流系統(tǒng)是牽引變電所的重要組成部分，它通過直流供電網(wǎng)絡(luò)向全所直流負(fù)荷供電。1.為了保證供電的可靠性，直流供電網(wǎng)絡(luò)的供電原則如下：（1）主控室、就地操作的主配電裝置、控制盤的控制、信號(hào)電源等各自構(gòu)成單獨(dú)的雙母線回路供電環(huán)網(wǎng)，正常時(shí)開環(huán)運(yùn)行。（2）各級(jí)配電裝置的斷路器合閘線圈，應(yīng)單獨(dú)構(gòu)成雙母線回路環(huán)網(wǎng)供電，正常時(shí)開環(huán)運(yùn)行。（3）事故照明裝置由設(shè)在主控室的專用事故照明箱供電。正常時(shí)由交流供電，事故時(shí)自動(dòng)切換至直流電源。事故照明裝置采用單回路供

16、電。（4）.其他回路一般采用單回路供電。2.變電所直流系統(tǒng)典型接線變電站常用的直流母線接線方式有單母線分段和雙母線兩種。雙母線突出優(yōu)點(diǎn)在于可在不間斷對(duì)負(fù)荷供電的情況下，查找直流系統(tǒng)接地。但雙母線刀開關(guān)用量大，直流屏內(nèi)設(shè)備擁擠，檢查維護(hù)不便，一般采用單母線分段接線。采用雙母線變電所直流系統(tǒng)的典型接線：（如下圖9-6）圖9-6雙母線變電所直流系統(tǒng)的典型接線采用單母線分段變電所直流系統(tǒng)的典型接線：（如下圖9-7）圖9-7單母線分段變電所直流系統(tǒng)的典型接線五.站內(nèi)直流電壓特點(diǎn)的簡介：變電所的強(qiáng)電直流電壓為：110V或220V，弱電直流電壓為48V。1.強(qiáng)電直流采用110V的優(yōu)點(diǎn)：（1）蓄電池個(gè)數(shù)少，降

17、低了蓄電池組本身的造價(jià)，減少蓄電池室的建筑面積，減少蓄電池組平時(shí)的維護(hù)量。（2）對(duì)地絕緣的裕度大，減少直流系統(tǒng)接地故障的機(jī)率，在一定程度上提高直流系統(tǒng)的可靠性。（3）直流回路中觸點(diǎn)的斷開時(shí)，對(duì)連接回路產(chǎn)生干擾電壓，直流用110V時(shí)，能降低干擾電壓幅值。（4）對(duì)人員較安全，減少中間繼電器的斷線故障。2.強(qiáng)電直流采用110V的缺點(diǎn)：變電站占地面積大，電纜截面大，給施工帶來困難。一般線路的高頻保護(hù)的收發(fā)信機(jī)輸出功率大小與直流電壓有關(guān)，對(duì)長線路的保護(hù)不利。交流的220V照明電源和110V的直流電源無法直接切換，需增加變壓器和逆變電源，增加事故照明回路的復(fù)雜性。在站內(nèi)有大容量直流電動(dòng)機(jī)的情況下，增大電纜

18、截面，增加投資?；诩夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)上的考慮，現(xiàn)今強(qiáng)電直流系統(tǒng)的工作電壓多選用220V。3.變電站弱電直流系統(tǒng)的電壓：按我國的慣例，變電所弱電系統(tǒng)的工作電壓一般采用48V，這一電壓等級(jí)也符合國際標(biāo)準(zhǔn)。六.直流屏直流屏是直流電源操作系統(tǒng)的主要設(shè)備。現(xiàn)多為智能免維護(hù)直流電源屏，直流屏就是用來供應(yīng)這種直流電源的。簡單地說，直流屏就是提供穩(wěn)定直流電源的設(shè)備。（在輸入有380V電源時(shí)直接轉(zhuǎn)化為220V，在輸入（市電和備用電）都無輸入時(shí)，直接轉(zhuǎn)化為蓄電池供電直流220V，實(shí)際上也可以說是一種工業(yè)專用應(yīng)急電源。城軌供電所采用的直流屏大都是一種全新的數(shù)字化控制、保護(hù)、管理、測量的新型直流系統(tǒng)。監(jiān)控主機(jī)部分高度集成化

19、，采用單板結(jié)構(gòu)（All in one），內(nèi)含絕緣監(jiān)察、電池巡檢、接地選線、電池活化、硅鏈穩(wěn)壓、微機(jī)中央信號(hào)等功能。主機(jī)配置大液晶觸摸屏，各種運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)均以漢字顯示，整體設(shè)計(jì)方便簡潔，人機(jī)界面友好，符合用戶使用習(xí)慣。并且，直流屏系統(tǒng)為遠(yuǎn)程檢測和控制提供了強(qiáng)大的功能，并具有遙控、遙調(diào)、遙測、遙信功能和遠(yuǎn)程通訊接口。通過遠(yuǎn)程通訊接口可在遠(yuǎn)方獲得直流電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，還可通過該接口設(shè)定和修改運(yùn)行狀態(tài)及定值，滿足電力自動(dòng)化和電力系統(tǒng)無人值守變電站的要求；配有標(biāo)準(zhǔn)RS232/485串行接口和以太網(wǎng)接口，可方便納入電站自動(dòng)化系統(tǒng)。下圖為直流屏圖9-8 直流屏1.直流屏的工作原理（1）正常情況下，由充電

20、單元對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的同時(shí)并向經(jīng)常性負(fù)載(繼電保護(hù)裝置、控制設(shè)備等)提供直流電源。（2）當(dāng)控制負(fù)荷或動(dòng)力負(fù)荷需較大的沖擊電流(如斷路器的分、合閘)時(shí)，由充電單元和蓄電池共同提供直流電源。（3）當(dāng)變電所交流中斷時(shí)，由蓄電池組單獨(dú)提供直流電源。2.直流屏的結(jié)構(gòu)直流屏一般包含如下模塊：（1）高頻開關(guān)整流模塊，高頻開關(guān)整流模塊承擔(dān)從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程。（2）監(jiān)控電路部分又分為： 1）交流監(jiān)控實(shí)現(xiàn)兩路三相交流輸入電源自動(dòng)投切，將輸入的三相交流電源通過配電分配到各個(gè)整流模塊。測量兩路三相交流輸入電壓，檢測接觸器狀態(tài)，提供防雷器故障狀態(tài)和相應(yīng)交流開關(guān)跳閘狀態(tài)，并提供過流、過壓、缺相等保護(hù)功能，通

21、過串行接口與中心監(jiān)控器通信，進(jìn)行電源管理和故障處理。2）整流監(jiān)控根據(jù)用戶設(shè)置，按照所給定蓄電池（對(duì)應(yīng)相應(yīng)參數(shù)）的充電曲線要求，自動(dòng)（或者手動(dòng)）控制輸出，以實(shí)現(xiàn)蓄電池的均充電、浮充電。當(dāng)使用高頻開關(guān)整流模塊時(shí)候，考慮安全和穩(wěn)定性，設(shè)汁備份整流模塊。整流監(jiān)控通過串行接口與中心監(jiān)控器通信，進(jìn)行系統(tǒng)管理和故障處理，并提供一定的擴(kuò)展信道。3）開關(guān)量監(jiān)控主要檢測合閘饋線開關(guān)的跳閘狀態(tài)，電池開關(guān)以及外接設(shè)備開關(guān)，控制母線饋線開關(guān)的跳閘狀態(tài)，熔斷器狀態(tài)，并采用繼電器輸出控制相應(yīng)接點(diǎn)，通過串行接口與中心監(jiān)控器通信，進(jìn)行顯示和故障處理。4）直流監(jiān)控完成電池巡檢（對(duì)單體電池電壓監(jiān)測和告警），測量直流輸出母線電壓以及

22、電流、兩組電池電壓以及充電電流、環(huán)境溫度，進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)龋⑻峁┮欢ǖ臄U(kuò)展測量信道。5）絕緣監(jiān)察監(jiān)察直流輸出母線絕緣狀況，產(chǎn)生警告信號(hào)，并通過串行接口與中心監(jiān)控器通信，進(jìn)行顯示和故障處理。6)中心監(jiān)控器與各個(gè)監(jiān)控模塊通訊，實(shí)現(xiàn)模塊的監(jiān)控功能，提供狀態(tài)參數(shù)等顯示，以及根據(jù)實(shí)際作出相應(yīng)報(bào)警和控制動(dòng)作。并能檢測各個(gè)監(jiān)控模塊良好與否，給出相應(yīng)提示。中心監(jiān)控器之間可以相互通信，實(shí)現(xiàn)主監(jiān)控和備用監(jiān)控，并可以通過串行接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。第三節(jié)蓄電池的基本概念蓄電池是一種既能把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，又能把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┙o負(fù)載的化學(xué)電源設(shè)備 。一.蓄電池的分類1.固定式鉛酸蓄電池固定式鉛酸蓄電池歷史悠久，

23、具有容量大、壽命長、易浮充電等特點(diǎn)，既適合長時(shí)間小電流放電使用，叉適合大電流瞬時(shí)放電使用，性能可靠、維護(hù)方便。但它由于有酸霧排出和少量析氫，需要有專用的具有通風(fēng)條件的蓄電池室，不可與成套直流電源柜一起安裝，現(xiàn)在一般都不選用這種蓄電池。2.鎘鎳堿性蓄電池鎘鎳堿性蓄電池有開口板盒式和開口燒結(jié)式兩大類，其主要特點(diǎn)是電池內(nèi)阻低、可靠牢固、溫度特性好、運(yùn)行維護(hù)方便、壽命長、放電倍率高，但該類蓄電池有爬堿和漏液現(xiàn)象，且維護(hù)比較麻煩。3.閥控式密封鉛酸蓄電池閥控式密封鉛酸蓄電池是近年來發(fā)展起來的新型蓄電池。該類蓄電池多采用緊裝配密集極板，超細(xì)玻璃纖維作隔膜，貧電液結(jié)構(gòu)。其基本原理是使氣體在極板間轉(zhuǎn)移，促進(jìn)了

24、再化合反應(yīng)，同時(shí)利用減壓閥保持電池內(nèi)部有一定壓力。這類蓄電池具有防酸式鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)，而且基本上可以免維護(hù)，同時(shí)由于沒有酸霧和氫氣排出，可以與成套直流電源柜一起安裝在主控室，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于綜合自動(dòng)化變電所中，為無人值班變電所首選蓄電池。二.蓄電池基本概述1.主要構(gòu)成 ：容器、電解液和正、負(fù)電極構(gòu)成。2.蓄電池工作原理 ：蓄電池的正極板和負(fù)極板插入電解液中時(shí)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由于正負(fù)極板材料不同，正負(fù)極板電位不同，正負(fù)極板便產(chǎn)生電位差。在外電路沒有接通時(shí)，正負(fù)極板之間的點(diǎn)位差就是蓄電池的電勢；在外電路與負(fù)載接通時(shí)，就有電流流過負(fù)載，也既是蓄電池向負(fù)載放電。當(dāng)蓄電池放電后將負(fù)載斷開，使其與直流電

25、源相連。（由交流經(jīng)整流設(shè)備向直流電源供電，直流電源再給負(fù)荷供電，當(dāng)交流電源失去時(shí)，由蓄電池作為備用電源向負(fù)載供電，保持供電可靠性，放電完成后，與負(fù)載斷開，所放電量不一定能夠維持到交流電有電狀態(tài)，不能維持則系統(tǒng)將停電，所以必須盡快檢修。為了保證供電可靠性，有的變電所會(huì)采用兩個(gè)或以上的交流電源供電，但仍需設(shè)置蓄電池組所謂其后備電源，以免兩個(gè)電源同時(shí)出現(xiàn)故障）。由于單個(gè)蓄電池電壓較低，需若干個(gè)連接成蓄電池組，作為發(fā)電廠及變電所的操作電源。蓄電池組作為操作電源，不受電網(wǎng)運(yùn)行方式變化影響，在故障狀態(tài)下仍能保證一段時(shí)間供電，具有很高的供電可靠性。 3.蓄電池的容量及自放電：蓄電池的容量，就是蓄電池放電到某

26、一允許最小電壓（或稱終止電壓）的過程中所放出的電量，以安時(shí)（Ah）表示。蓄電池的容量與極板類型，電解液的比重，放電電流的大小與工作溫度等因素有關(guān)。放電率可用放電電流大小或放電到終止電壓的時(shí)間長短表示。蓄電池充電后，無論工作或不工作，其內(nèi)部都有放電現(xiàn)象，這種現(xiàn)象成為自放電。這是由于電解液上下層比重不同，極板上下電勢不等和正負(fù)極板上下之間的均壓電流引起蓄電池有自放電，同時(shí)電解液中含有金屬雜質(zhì)沉淀在極板上會(huì)形成局部短路，也會(huì)引起蓄電池有自放電。由于自放電現(xiàn)象的存在增加了蓄電池的內(nèi)部損耗。蓄電池即使沒有工作，一定時(shí)間后也必須進(jìn)行充電檢查，以免損壞。 4.蓄電池組的充電-放電運(yùn)行方式就是對(duì)運(yùn)行中的蓄電池

27、組進(jìn)行定期的充電，以保持蓄電池的良好狀態(tài)。其工作特點(diǎn)是正常工作時(shí)，充電設(shè)備，由充好電的蓄電池向直流負(fù)荷供電。為了保證在事故情況下蓄電池組能可靠的工作，蓄電池組正常放電時(shí)必須留有一定的裕量，決不能使蓄電池完全放電。通常放電約達(dá)容量的60%-70%時(shí)，便應(yīng)停止放電，將充電設(shè)備投入，進(jìn)行充電。在充電過程中充電設(shè)備除了向蓄電池組供電以外，還要擔(dān)負(fù)經(jīng)常性直流負(fù)載，故充電設(shè)備必須有足夠的容量。整流裝置回路中裝有雙投刀閘開關(guān)，以便使整流設(shè)備即可以對(duì)蓄電池組充電，也可以直接接在直流母線上作為直流電源。在整流裝置回路中，裝設(shè)電壓表和電流表以監(jiān)視端電壓和供電電流。在蓄電池組接至母線的回路中，裝設(shè)有雙向刻度的電流表

28、，用以監(jiān)視充電和放電電流。5.放電特性（三個(gè)階段）（1）初放電：短時(shí)間內(nèi)端電壓急劇下降（2）放電中期：電壓緩慢下降，持續(xù)時(shí)間較長。（3）放電末期:端電壓又在極短的時(shí)間內(nèi)迅速降低，當(dāng)達(dá)到放電終止電壓時(shí)，立即停止放電，并及時(shí)進(jìn)行充電。6.充電特性（三個(gè)階段）（1）充電初期：電壓迅速增大（2）充電中期：電壓緩慢增大，持續(xù)時(shí)間較長。（3）充電末期：電壓又迅速增大，當(dāng)充足電時(shí)，電壓穩(wěn)定在比額定值略略高的數(shù)值左右。7.浮充電法（1）運(yùn)行方式：先將蓄電池充足電，然后將充電設(shè)備與蓄電池并聯(lián)在一起工作，充電設(shè)備既給直流母線的經(jīng)常負(fù)荷供電，又以不大的電流向蓄電池浮充電，用來補(bǔ)償由于自放電而損失的能量。 （2）特點(diǎn)

29、：蓄電池總是處于充滿電的狀態(tài)，隨時(shí)應(yīng)付短時(shí)負(fù)荷蓄電池放電機(jī)會(huì)不多，每3個(gè)月進(jìn)行一次放電，再進(jìn)行一次均衡充電，以避免硫化。管理維護(hù)量少，可靠性高圖9-9 充電裝置示意圖8.充電方法恒流充電；恒壓充電；恒壓限流充電；快速充電；智能充電；均衡充電；補(bǔ)充充電和初充電9.端電池調(diào)節(jié)器（呈圓環(huán)狀，里面有呈環(huán)狀排列的金屬片，并相隔一定的距離）有手動(dòng)和電動(dòng)兩種形式?；ハ嘟^緣的金屬片依次連接到端電池間的抽頭上，通過操作放電手柄1P或充電手柄2P就可以調(diào)節(jié)投入蓄電池的數(shù)量。為了在調(diào)節(jié)過程中防止電路終端，將每一個(gè)手柄的觸頭分為兩部分，即主觸頭和輔助觸頭，在調(diào)節(jié)過程中先使兩個(gè)觸頭跨接在相鄰的兩個(gè)金屬片上，并通過另一個(gè)

30、電阻連接著，然后斷開輔助觸頭完成一次調(diào)節(jié)（相當(dāng)于調(diào)壓分接頭）。圖9-10端電池調(diào)節(jié)示意圖三.閥控式密封鉛酸蓄電池閥控式密封鉛酸蓄電池就是VRLA電池。英語全稱為：Valve Regulated Lead Acid Battery, 它誕生于20世紀(jì)70年代。這種電池雖然也是鉛酸蓄電池，但是它與原來的鉛酸蓄電池相比具有很多優(yōu)點(diǎn),電池是全密封的，不會(huì)漏酸，而且在充放電時(shí)不會(huì)象老式鉛酸蓄電池那樣會(huì)有酸霧放出來而腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境，所以從結(jié)構(gòu)特性上人們把VRLA電池又叫做密閉（封）鉛酸蓄電池。為了區(qū)分，把老式鉛酸蓄電池叫做開口鉛酸蓄電池。由于VRLA電池從結(jié)構(gòu)上來看，它不但是全密封的，而且還有一個(gè)可以

31、控制電池內(nèi)部氣體壓力的閥，所以VRLA鉛酸蓄電池的全稱便成了“閥控式密閉鉛酸蓄電池”.其正極一般是鉛酸合金；負(fù)極采用鈣鋁合金圖9-11 CGB式閥控式密封鉛酸蓄電池1.電池容量前面講過電池容量是指電池儲(chǔ)存電量的數(shù)量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡稱安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）。 電池的容量可以分為額定容量（標(biāo)稱容量）、實(shí)際容量。 額定容量 額定容量是電池規(guī)定在25環(huán)境溫度下，以10小時(shí)率電流放電，應(yīng)該放出最低限度的電量(Ah)。 （1）放電率。放電率是針對(duì)蓄電池放電電流大小，分為時(shí)間率和電流率。 放電時(shí)間率指在一定放電條件下，放電至放電終了電壓的時(shí)間長短。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，放電時(shí)間率有20，

32、10，5，3，1，0.5小時(shí)率，分別表示為：20Hr，10Hr，5Hr，3Hr，2Hr，1Hr，0.5Hr 等。 （2）放電終止電壓。鉛蓄電池以一定的放電率在25環(huán)境溫度下放電至能再反復(fù)充電使用的最低電壓稱為放電終了電壓。大多數(shù)固定型電池規(guī)定以10Hr放電（25）。終止電壓值視放電速率和型號(hào)而決定。通常，為使電池安全運(yùn)行，小于10Hr的小電流放電，終止電壓取值稍高，大于10Hr的大電流放電，終止電壓取值稍低。2.循環(huán)壽命蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一次循環(huán)（一個(gè)周期）。在一定放電條件下，電池工作至某一容量規(guī)定值之前，電池所能承受的循環(huán)次數(shù)，稱為循環(huán)壽命。 閥控式密封鉛酸電池循環(huán)壽命為1000

33、1200次。影響循環(huán)壽命的因素一是廠家產(chǎn)品的性能，二是維護(hù)工作的質(zhì)量。固定型鉛電池用壽命，還可以用浮充壽命（年）來衡量，閥控式密封鉛酸電池浮充壽命在10年以上。 3.VRLA蓄電池的技術(shù)維護(hù)VRLA蓄電池俗稱為“免維護(hù)電池”，“免維護(hù)”只是運(yùn)行中不需補(bǔ)加水維護(hù)，也是制造商的廣告用語，當(dāng)作不用維護(hù)就錯(cuò)了，閥控式密封鉛酸蓄電池近幾年來在電力部門得到廣泛的應(yīng)用，但由于不了解其特性，往往幾年就報(bào)廢了，給企業(yè)造成極大的損失。在使用閥控式密封鉛酸蓄電池時(shí)，需要注意下面幾點(diǎn)。（1）閥控式密封鉛酸蓄電挑由于結(jié)構(gòu)特殊，它對(duì)周圍環(huán)境和溫度較為敏感，如果電池長期在高溫條件下運(yùn)行，其使用壽命將會(huì)大打折扣。所以機(jī)房溫度

34、應(yīng)控制在25以下，正確的維護(hù)使用，可以使電池的使用壽命長至10 -15年。在使用中應(yīng)注意觀察電池的溫度情況，隨時(shí)注意觀察浮充電壓，若充電設(shè)備設(shè)有補(bǔ)償溫度的功能，就應(yīng)按溫度每上升l，每單體電池浮充電壓下降3mV左右進(jìn)行修正。（2）平時(shí)保持電源室和電池本身的衛(wèi)生，清潔工作應(yīng)用濕布進(jìn)行，若用干燥的東西擦拭，容易產(chǎn)生靜電，而靜電電壓有時(shí)會(huì)高達(dá)數(shù)千至上萬伏，有引發(fā)爆炸的危險(xiǎn)。（3) VRIA蓄電池的日常維護(hù)中需經(jīng)常檢查的項(xiàng)目有：檢測VRIA蓄電池兩端電壓；檢測VRLA蓄電池的工作溫度；檢測VRLA蓄電池連接處有無松動(dòng)、腐蝕現(xiàn)象，檢測連接條的壓降；檢測YRLA蓄電池外觀是否完好，有無外殼變形和滲漏；極柱、

35、安全閥附近有無酸霧析出。（4）平時(shí)每組VRLA蓄電池至少應(yīng)選擇幾只電池作標(biāo)示，作為了解全VRLA蓄電池組工作情況的參考，對(duì)標(biāo)示VRLA蓄電池應(yīng)定期測量并作好記錄；當(dāng)在VRLA蓄電池組中發(fā)現(xiàn)電壓反極性、壓降大、壓差大和酸霧滲漏現(xiàn)象的VRLA蓄電池時(shí)，應(yīng)及時(shí)采用相應(yīng)的方法恢復(fù)或修復(fù)，對(duì)不能恢復(fù)或修復(fù)的要更換，對(duì)壽命已過期的VRLA蓄電池組要及時(shí)更換。四.VRLA的使用必須根據(jù)電池說明書使用、定期維護(hù)及核對(duì)性充放電，下面以城軌地鐵中常用的GCB公司的12V VRLA蓄電池為例來說明：1 .補(bǔ)充充電蓄電池在運(yùn)輸和貯存過程中將損失一部分電量，在投入使用前應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充充電。補(bǔ)充充電采用限流恒壓法，限定電流一

36、般為0.30C20（A），C20表示20小時(shí)率。2. 浮充運(yùn)行浮充運(yùn)行是蓄電池最佳的運(yùn)行條件，此時(shí)，蓄電池一直處于滿荷電狀態(tài)。當(dāng)遇到故障時(shí)，蓄電池將能提供最長的備用支持時(shí)間，也將有最長的預(yù)期壽命。浮充運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用限流恒壓充電，即設(shè)定一個(gè)限定電流（參考值為0.30C20（A）和一個(gè)限定電壓，開始以起始電流充電，至蓄電池的端電壓達(dá)到浮充電壓時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為恒壓充電。3.浮充電壓對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充充電，主要是為了補(bǔ)償因?yàn)槠渥苑烹姸鴵p失的電量，同時(shí)還要維持適度的內(nèi)部氧氣復(fù)合循環(huán)。浮充電壓設(shè)置不當(dāng)，會(huì)造成蓄電池過充或充電不足，嚴(yán)重過充可能會(huì)引起熱失控事故；長期充電不足將引起蓄電池早期失效。浮充電壓設(shè)置與蓄電

37、池的溫度有關(guān)，當(dāng)溫度為2126時(shí)，12V蓄電池的浮充電壓為13.65V/只，如果溫度超過此范圍，應(yīng)調(diào)整浮充電壓，調(diào)整時(shí)應(yīng)參考說明書中的溫度校正系數(shù)。4 .快速充電特殊情況下，需要對(duì)放電后的蓄電池進(jìn)行快速充電時(shí)，限定電流為0.30C20（A），12V蓄電池的端電壓達(dá)到14.4V/只時(shí)，應(yīng)轉(zhuǎn)為浮充運(yùn)行。但這種情況應(yīng)考慮負(fù)載是否能承受。5 .均衡充電多采用限流恒壓法，蓄電池正常運(yùn)行時(shí)，不需要進(jìn)行均衡充電。但是，由于浮充電壓設(shè)置得太低，或者受環(huán)境溫度的影響，蓄電池組中各單體蓄電池均衡性很差，出現(xiàn)下述情況，需進(jìn)行均衡充電：（1）蓄電池組浮充運(yùn)行3 個(gè)月后，蓄電池電壓低于13.08V（12V電池定值） 的

38、達(dá)到2只以上；（2）蓄電池組投入浮充運(yùn)行后，單只電壓差達(dá)到0.48V；或者蓄電池組浮充運(yùn)行12 個(gè)月后，單只電壓差達(dá)到0.30V。下圖為VRLA蓄電池工作示意圖圖9-12 VRLA蓄電池工作示意圖五.高頻開關(guān)電源（AC/DC變換器）高頻開關(guān)電源負(fù)責(zé)提供蓄電池的充電電源和正常狀態(tài)下各直流負(fù)荷的需求。圖9-13 高頻開關(guān)電源原理框圖從上圖可以看出交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括： 1.輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。 2.整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。 3.逆變：用開關(guān)電路將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這

39、是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。 4.輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。5.一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后通過PWM驅(qū)動(dòng)電路去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。第四節(jié) 直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察和電壓監(jiān)察變電所的直流系統(tǒng)與繼電保護(hù)、信號(hào)裝置、自動(dòng)裝置以及屋內(nèi)配電裝置的端子箱、操作機(jī)構(gòu)等連接，因此直流系統(tǒng)比較復(fù)雜，發(fā)生接地故障的機(jī)會(huì)較多，當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，無短路電流流過，熔斷器不會(huì)熔斷，所以可以繼續(xù)運(yùn)行。但當(dāng)另一點(diǎn)接地時(shí)，可能引起信號(hào)回路、

40、繼電保護(hù)等不正確動(dòng)作，為此，直流系統(tǒng)應(yīng)設(shè)絕緣監(jiān)察裝置。一.擔(dān)高直流系統(tǒng)的絕緣水平的方法提高直流系統(tǒng)的絕緣水平，直接影響到直流系統(tǒng)乃至變電所的安全運(yùn)行。當(dāng)變電所的絕緣降低造成接地或極間短路時(shí)，將造成嚴(yán)重后果。為防止直流系統(tǒng)絕緣水平下降危及安全運(yùn)行，可采用以下對(duì)策：1.對(duì)于直流系統(tǒng)直接連接的二次設(shè)備絕緣水平有嚴(yán)格的要求。2.在有條件的情況下，將保護(hù)、斷路器控制用直流和其他設(shè)備用直流分開。3.戶外端子箱、操作機(jī)構(gòu)，要采用具有防水、防潮、防塵、密封的結(jié)構(gòu)。4.戶外電纜溝及電纜隧道要有良好的排水設(shè)施。5、主控室內(nèi)的控制、保護(hù)屏宜采用前后帶門的封閉式結(jié)構(gòu)。6.對(duì)直流系統(tǒng)的絕緣水平要進(jìn)行經(jīng)常性的監(jiān)視。7.采

41、用110V或220V的直流系統(tǒng)。二.直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察1電磁式絕緣監(jiān)查裝置利用電橋原理構(gòu)成的電磁型直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)查裝置的接線如圖8-14所示。這種裝置具有發(fā)出絕緣下降的信號(hào)和測量絕緣電阻值兩種功能。圖9-14 電磁型繼電器構(gòu)成的絕緣監(jiān)察裝置工作原理說明：正常時(shí)，電橋平衡，K1不動(dòng)作；某極絕緣電阻下降時(shí)，電橋不平衡，K1中流過電流，K1動(dòng)作，發(fā)聲、光信號(hào)。2.微機(jī)型直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置：近些年，微機(jī)型絕緣監(jiān)察裝置開始在電力系統(tǒng)大量應(yīng)用，其工作原理如圖9-15所示。圖9-15微機(jī)型直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置微機(jī)型絕緣監(jiān)察裝置由平衡橋電阻1和電阻2、切換電阻(RS)、采樣計(jì)算電路模塊、通信電路模塊等構(gòu)成。該裝置分平衡橋和不平衡橋兩種運(yùn)行方式。平衡橋運(yùn)行方式下，切換電阻不投入；不平衡橋運(yùn)行時(shí)，通過測量切換開關(guān)S1在不同位置時(shí)的正、負(fù)極對(duì)地電壓，可計(jì)算出正、負(fù)極對(duì)地絕緣電阻。當(dāng)直流系統(tǒng)接地時(shí)，接地支路會(huì)產(chǎn)生對(duì)地漏電流，采用霍耳元件或磁調(diào)制原理的直流微電流互感器穿過負(fù)荷支