直流系統(tǒng)基礎(chǔ)知識詳解

Word文檔直流系統(tǒng)基礎(chǔ)知識詳解一、直流系統(tǒng)的作用

1.直流系統(tǒng)在變電站中為掌握、信號、愛護、自動裝置及事故照明等供應(yīng)牢靠的直流電源。它還為操作供應(yīng)牢靠的操作電源。直流系統(tǒng)的牢靠與否，對變電站的平安運行起著至關(guān)重要的作用，是變電站平安運行的保證。

2.在生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障的關(guān)鍵時刻，直流系統(tǒng)故障，特殊是全站掌握直流消逝，必將造成主設(shè)備嚴(yán)峻損壞或火災(zāi)、爆炸、電力系統(tǒng)大面積停電等極其嚴(yán)峻的后果和巨大經(jīng)濟損失。

二、直流系統(tǒng)構(gòu)成的主要部件

1.蓄電池、充電機、直流母線、絕緣監(jiān)察裝置、饋出負(fù)荷。

2.直流系統(tǒng)示意圖：

3.組成一個不行分割的整體。若把蓄電池比方成身體的心臟，直流回路就是身體中的血管，直流負(fù)載是身體的肌肉，而充電裝置就是身體的脾臟，它擔(dān)負(fù)這生血和造血的功能

4.直流系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)措施

i.變電站的溝通、直流回路不能公用一條電纜：緣由交直流系統(tǒng)是相互單獨的直流系統(tǒng)絕緣系統(tǒng)而溝通是接地系統(tǒng)，兩者公用一條電纜，若兩者一旦發(fā)生短路會造成直流接地，同時影響兩個系統(tǒng)。溝通傳入直流后果不堪設(shè)想，華北電網(wǎng)就發(fā)生類似事故。造成大面積停電事故。同時公用電纜會干擾。

ii.變電站直流系統(tǒng)應(yīng)使用專用的直流熔斷器。用溝通熔斷器的直流滅弧性能差

iii.高壓開關(guān)柜、開關(guān)機構(gòu)箱內(nèi)的照明和加熱器不能使用直流電源

iv.事故照明使用蓄電池時應(yīng)限制事故照明的容量和使用時間。

三、蓄電池

1.閥控密封鉛酸蓄電池的特點（本講義主要講解該種蓄電池，以下簡稱蓄電池）

1)常采貧液式設(shè)計（也有膠體式，但使用不多），在正負(fù)極板之間預(yù)留有氣體通道，電池充電過程中，正極上產(chǎn)生的氧氣通過隔板順當(dāng)?shù)竭_(dá)負(fù)極，與負(fù)極活性物質(zhì)反應(yīng)并還原成水，從而實現(xiàn)了氣體再化合；同時板柵的設(shè)計，抑制了氫氣的析出，達(dá)到基本不失水的目的。在電池的整個使用壽命期間，不用加酸加水

2)電池氣密和液密好，使用過程中無酸霧溢出，不腐蝕設(shè)備

3)正常浮充使用壽命10年

4)自放電小

5)結(jié)構(gòu)緊湊

6)平安閥：內(nèi)部氣壓超過預(yù)定值時，平安閥自動開啟，釋放氣體，內(nèi)部氣壓降低后平安閥自動閉合，同時防止外部空氣進入蓄電池內(nèi)部

2.蓄電池的作用

充電裝置與與蓄電池并聯(lián)工作，蓄電池的外特性較平坦，蓄電池的內(nèi)阻比充電裝置小，再通過大電流時，大部分電流由蓄電池?fù)?dān)當(dāng)，充電裝置在由平常很小的輸出電流突然需要輸出幾十乃至幾百安的大電流時，相當(dāng)于是個短路過程，一般充電裝置都設(shè)有限流愛護裝置。此外蓄電池在溝通電源失去，充電機停止工作后，仍能為愛護裝置、監(jiān)控系統(tǒng)等最重要的直流負(fù)荷供應(yīng)電源，保證這些設(shè)備的正常工作。

3.蓄電池浮充電運行

充電裝置并接蓄電池帶直流負(fù)載。正常運行時充電裝置在擔(dān)當(dāng)常常性負(fù)荷的同時向蓄電池補充充電，以補充蓄電池的自放電，使蓄電池組以滿容量的狀態(tài)處于備用。

4.蓄電池型號：

5.蓄電池的幾個概念

1)蓄電池的額定容量：制造廠規(guī)定的條件下，蓄電池能保證的最低容量。一般指蓄電池充分電時以10h放電率放電的容量。用C10表示。常見的如400A.h

2)蓄電池的容量：放電電流與放電小時的乘積，容量Cn=It單位A.h簡稱安時。

3)蓄電池的終止電壓：蓄電池消失過放電時，不致造成極板損壞所規(guī)定的放電最低極限電壓值。一般為1.8V（單體2V電池，10小時放電率時）（手機電池的終止電壓）

4)蓄電池的自放電：蓄電池內(nèi)部極板短路，外部正負(fù)極柱絕緣不良等，造成的容量損失。（筆記本電池如何愛護）

6.閥控蓄電池的運行要求

1)閥控蓄電池在運行中電壓偏差值及放電終止電壓值應(yīng)符合(表)的規(guī)定

2)蓄電池室應(yīng)嚴(yán)禁煙火，應(yīng)有良好的通風(fēng)采暖設(shè)施，避開日光照耀，采納防爆燈具

3)應(yīng)定期測試蓄電池的單體電壓值，使用經(jīng)效驗合格的四位半數(shù)字式電壓表。允許使用檢測合格的自動監(jiān)測裝置測量蓄電池單體電壓，并作為檢測的依據(jù)。

4)應(yīng)定期檢查蓄電池外殼、極柱四周，有無漏液痕跡。

5)應(yīng)定期對蓄電池組作外殼清潔工作。

6)蓄電池的運行溫度宜保持在5～30℃，推舉使用溫度為25℃。溫度過高使蓄電池容量嚴(yán)峻下降，運行壽命縮短。

7)運行中主要監(jiān)視蓄電池組的端電壓值，浮充電流值，每只蓄電池的電壓值，蓄電池組及直流母線的對地電阻值和絕緣狀態(tài)。

8)選擇合適的浮充電壓主要目的是為了使電池達(dá)到抱負(fù)的使用壽命和額定容量，假如浮充電壓過高，電池的浮充電流隨之增大，引起板柵腐蝕速度加快，此外過充電，蓄電池內(nèi)部生成氣體，內(nèi)部壓力增大，氣體從平安閥排出，造成電解液削減或干枯，水分過量損耗使用壽命提前；浮充電壓過低，電池不能維持在完全荷電狀態(tài)，易導(dǎo)致不行逆硫酸鹽化，容量降低，縮短電池的使用壽命。

9)大容量的閥控蓄電池一般安裝在專用蓄電池室內(nèi)。

10)200Ah及以下的閥控蓄電池，可安裝在電池柜內(nèi)。電池柜內(nèi)應(yīng)裝設(shè)溫度計。電池柜體結(jié)構(gòu)應(yīng)有良好的通風(fēng)、散熱。

11)變電站直流掌握母線的標(biāo)稱電壓為110V、220V。運行時電壓變化范圍為標(biāo)稱電壓的95％~110%。正常浮充運行時，直流掌握母線電壓宜按上限調(diào)整。

7.蓄電池個數(shù)的選擇：

按正常浮充運行時保證直流母線電壓為直流系統(tǒng)額定電壓的105%計算。

閥控蓄電池額定電壓的選擇：

1)常見的有單體2V和12V兩種。

2)2V蓄電池的優(yōu)點是電池設(shè)計壽命長并且牢靠性高，損壞1～2節(jié)可將其

1)常見的有單體2V和12V兩種。

2)2V蓄電池的優(yōu)點是電池設(shè)計壽命長并且牢靠性高，損壞1～2節(jié)可將其短接，不會對系統(tǒng)電壓有大的影響，缺點是造價較高、維護量大、占地面積大。

3)12V蓄電池的優(yōu)點是每組僅18塊(220V系統(tǒng))，維護、更換都比較便利，造價比相同容量的2V電池低、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，缺點是損壞1～2節(jié)對系統(tǒng)電壓影響較大，不能短接，一般需更換

8.均衡充電

1)均衡充電的定義：為補償蓄電池在使用過程中產(chǎn)生的電壓不均衡現(xiàn)象，使其恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)而進行的充電。

2)閥控密封鉛酸蓄電池不進行定期均衡充電（如充電電源無法徹底取消該功能時，將均衡充電周期設(shè)定為最長）。

3)充電裝置不具備自動均衡充電功能時，當(dāng)消失以下狀況，應(yīng)進行均衡充電：

a)電池由于失去浮充，造成蓄電池放電，放出容量超過電池容量的20％及以上；

b)當(dāng)普測電池時，發(fā)覺有1/10的電池電壓超出浮充電壓正常范圍。

4)閥控密封式鉛酸蓄電池均衡充電的方法：采納應(yīng)采納恒壓限流進行充電，限流值為I10，限壓值N（2.30~2.33）V，自動或手動轉(zhuǎn)為恒壓充電；廠家使用說明書有規(guī)定時，按廠家說明書進行，但直流掌握母線最高電壓不得超過110%標(biāo)稱電壓。

9.閥控蓄電池的核對性放電（一般由專業(yè)檢修人員進行）

浮充電運行方式下，從每一只電池的電壓，無法推斷蓄電池的現(xiàn)有容量，內(nèi)部是否失水或干裂，只有通過核對性放電才能找出電池存在的問題，確定電池的現(xiàn)有容量。也就是說以規(guī)定的電流恒流放電，只要一個單體電池達(dá)到規(guī)定的終止電壓，就停止放電，按放電電流與放電時間的積來確定電池的實際容量

1)一組閥控蓄電池（以單體2V電池說明放電過程）

變電所中只有一組電池，不能退出運行，也不能作全核對性放電，只能用I10電流，恒流放出額定容量的50%，在放電過程蓄電池組端電壓不得低于2VN，放電后應(yīng)馬上充電

2)兩組蓄電池

變電所中若具有兩組閥控蓄電池，將其中一組閥控蓄電池組退出運行，進行全核對性放電，用I10電流，恒流放電，當(dāng)蓄電池組端電壓下降到1.8VN時，停止放電，隔1~2h后充電

3)該組電池實放容量低于額定容量的80%，則認(rèn)為該電池組壽命終止。

10.閥控蓄電池的充電程序（一般由專業(yè)檢修人員進行）

依據(jù)蓄電池不同種類，確定不同的充電率進行恒流充電，蓄電池組端電壓達(dá)到某一整定值時，微機將掌握充電裝置自動轉(zhuǎn)為恒壓充電，當(dāng)充電電流漸漸減小到某一整定值時，微機將掌握充電裝置自動轉(zhuǎn)為浮充電運行

1)閥控蓄電池的充電（以單體2V電池說明充電過程）

a)恒流限壓充電：采納I10電流進行恒流充電，當(dāng)蓄電池組端電壓上升到2.30~2.35VN限壓值時，自動或手動轉(zhuǎn)為恒壓充電

b)恒壓充電：在2.30~2.35VN的恒壓充電下，I10充電電流漸漸減小，當(dāng)充電電流減小至0.1I10電流時，充電裝置的倒計時開頭起動，當(dāng)整定的倒計時結(jié)束時，充電裝置將自動或手動地轉(zhuǎn)為正常的浮充電運行，浮充電壓值宜掌握為2.23~2.28VN

2)閥控蓄電池核對性放電周期

a)新安裝或大修后的閥控蓄電池組，應(yīng)進行全核對性放電試驗

b)以后每隔2~3年進行一次核對性試驗

c)運行了6年以后的閥控蓄電池，應(yīng)每年作一次核對性放電試驗

四、充電裝置

1.相控充電裝置：

缺點是接線簡單、自動穩(wěn)壓功能不好、穩(wěn)壓精度低，再老站還有使用

2.高頻開關(guān)模塊型充電裝置（現(xiàn)大量使用）

1)工作原理：溝通電源接入整流模塊，經(jīng)濾波及三相全波整流器后變成直流，再接入高頻逆變回路，將直流轉(zhuǎn)換為高頻溝通，最終經(jīng)高頻變壓器、整流橋、濾波器后輸出平穩(wěn)直流

2)優(yōu)點：體積小，效率高，充電機的主要參數(shù)，穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)、功率因數(shù)、噪音、智能程度、供電牢靠性等技術(shù)指標(biāo)高。

3.高頻開關(guān)電源

4.模塊數(shù)量的確定：

1)充電裝置由若干個模塊并聯(lián)組成，模塊一般按N+1配置，即充電模塊運行在冗余狀態(tài)，模塊的總數(shù)不宜少于3塊，

2)如：某站單只模塊額定電流10A：安裝400AH蓄電池組，按10小時充電率最大需要40A充電電流，站內(nèi)常常性負(fù)荷不大于20A，取20A計算，加一塊冗余，這樣就是4010＋2021＋1＝7塊，7個模塊同時工作，如母線上直流負(fù)荷14A，則每個模塊平均電流為2A。

3)當(dāng)充電機負(fù)荷達(dá)到50%以上時，各個開關(guān)電源模塊負(fù)荷差值應(yīng)不超過5%

變電站充電裝置的溝通電源應(yīng)來自站用電系統(tǒng)的不同母線，并加裝溝通電源自投裝置。1#充電裝置1#溝通電源故障，2#溝通電源自投，當(dāng)2#溝通電源恢復(fù)后，自動恢復(fù)到1#溝通電源工作。2#充電裝置同理。

5.微機集中監(jiān)控器

1)負(fù)責(zé)對直流系統(tǒng)各單元（如電壓電流采集單元、充電模塊、絕緣監(jiān)測、電池巡檢等）運行狀態(tài)與數(shù)據(jù)的采集、顯示；

2)系統(tǒng)單元運行參數(shù)的設(shè)置，并掌握各單元的正常運行；

3)接收監(jiān)控機發(fā)送來的命令及參數(shù)，并將系統(tǒng)運行狀態(tài)及參數(shù)發(fā)送給監(jiān)控機

6.高頻開關(guān)電源模塊故障：

當(dāng)其中一個模塊故障，裝置發(fā)出告警信號，這時負(fù)荷由另外6個擔(dān)當(dāng)，不影響正常供電，可將故障模塊更換。

五、絕緣監(jiān)察裝置

1.直流系統(tǒng)微機型絕緣監(jiān)測儀，能夠監(jiān)測直流母線和各支路的對地絕緣狀況，某支路發(fā)生接地時發(fā)出直流接地信號。當(dāng)直流母線上同時裝有常規(guī)絕緣監(jiān)察裝置和微機絕緣監(jiān)察裝置時，宜投入微機型絕緣監(jiān)察裝置；

2.當(dāng)直流系統(tǒng)絕緣良好時，正、負(fù)對地電壓接近110V；

3.當(dāng)某極絕緣下降時，另外一極的對地電壓應(yīng)上升；如達(dá)到定值時，絕緣檢查裝置將發(fā)出"直流接地'信號，此時應(yīng)馬上查找緣由并準(zhǔn)時處理；

4.當(dāng)發(fā)覺兩極的對地電壓都上升，說明此時直流系統(tǒng)兩極對地絕緣同時下降，運行人員應(yīng)馬上查找緣由并準(zhǔn)時處理；

5.支路接地的檢測方法：

1)溝通法（浙江星炬公司的WZJ）

各分支回路的絕緣監(jiān)測，是用一低頻信號源作為發(fā)送器，通過兩隔直耦合電容向直流系統(tǒng)正、負(fù)母線發(fā)送溝通信號，一溝通CT同時套在各回路的正、負(fù)出線上。由于通過互感器的直流重量大小相等，方向相反，它產(chǎn)生的磁場相互抵消，而通過發(fā)送器發(fā)送至正負(fù)母線的溝通信號電壓幅值相等，方向相同。這樣，在互感器二次側(cè)就可反應(yīng)出正、負(fù)極對地絕緣電阻和分布電容的泄漏電流向量和，然后取出阻性重量，經(jīng)微機處理后數(shù)字顯示接地支路。假如直流系統(tǒng)存在多點非金屬性接地，啟動信號源，該裝置可將全部接地支路找出。假如這些接地點中存在一個或一個以上的金屬性接地；該裝置只能查找距該裝置最近的一條金屬性接地支路。

2)直流法：（奧特訊，泰坦）

采納直流有源CT，不需注入溝通信號。當(dāng)消失接地時，直流CT將直流漏電流變換為0～5V或4～20mA的電信號

六、直流系統(tǒng)接地對運行的危害及處理

1.直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地

由于沒有形成短路回路，并不影響用電設(shè)備的正常運行。但假如在直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地后，若在同一極或在另一極又發(fā)生另一點接地，即構(gòu)成兩點接地，其危害如下：

1)兩點接地可能造成斷路器跳閘

如圖所示，當(dāng)直流接地發(fā)生在A、B兩點時，將電流繼電器觸點短接，而將出口中間繼電器ZJ啟動，ZJ觸點閉合而跳閘。A、C兩點接地時短接ZJ觸點而跳閘。在A、D兩點，D、F兩點兩點接地同樣都能造成斷路器跳閘。

2)兩點接地可能造成斷路器拒動

接地放生在B、E兩點、D、E兩點或C、E兩點斷路器可能拒動。

3)兩點接地可能引起熔絲熔斷

當(dāng)直流接地發(fā)生在A、E兩點，引起熔絲熔斷。

4)當(dāng)直流接地發(fā)生在B、E兩點和C、E兩點，愛護動作時，不但斷路器拒動，而且引起熔絲熔斷，同時有燒毀繼電器觸電的可能。

2.直流系統(tǒng)一點接地時的處理

1)正常狀況下，直流系統(tǒng)絕緣應(yīng)良好，不允許直流系統(tǒng)在接地的狀況下長期運行。直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地時，應(yīng)首先確定是正極接地，還是負(fù)極接地；是完全接地還是絕緣電阻降低。然后再依據(jù)運行方式、操作狀況、氣候影響以及以前閱歷推斷可能的接地處所和造成接地的緣由，系統(tǒng)中若裝有直流接地選線裝置的，可依據(jù)選線結(jié)果，直接進行查找。

2)檢查裝置沒有正確顯示時，應(yīng)分析可能造成接地的緣由，并按如下原則查找：

a)先找有工作的回路和近期工作過的回路，后找其它回路；

b)先找事故照明、信號回路、充電裝置回路、蓄電池組（兩組蓄電池的變電站），后找其它回路；

c)先找主合閘回路，后找掌握回路、愛護回路；

d)先找室外設(shè)備，后找室內(nèi)設(shè)備；

e)先找10kV、35kV、66kV回路，后找110kV、220kV、500kV回路；

f)先找簡潔回路，后找簡單回路；

g)先找一般路，后找重要路。

h)使用拉路法進行查找直流接地時，至少應(yīng)由兩人進行，掌握回路、愛護回路斷開直流時間不得超過3S。

i)查找直流接地，停用愛護時間超過3S時，應(yīng)征得調(diào)度同意后進行，愛護停用時間應(yīng)盡量短，運行人員只查至愛護屏端子排處，防止愛護誤動。

j)查找和處理直流接地時工作人員應(yīng)戴線手套，穿長袖工作服，應(yīng)使用內(nèi)阻大于2021/V的高內(nèi)阻電壓表，工具應(yīng)絕緣良好。防止在查找和處理直流接地時造成新的接地。

七、直流系統(tǒng)的接線方式

1.直流母線為單母線

單組蓄電池和充電裝置接到同一母線上，母線上只裝設(shè)一套絕緣監(jiān)察裝置和電壓表，接線簡潔，牢靠性低。在110kV及以下變電站有采納。

2.單母線分段接線

充電裝置和蓄電池接入同一母線，正常分段開關(guān)在合閘狀態(tài)，蓄電池和充電機并聯(lián)運行，牢靠性較高，當(dāng)蓄電池退出運行時，此時充電裝置連續(xù)運行，但充電機不能帶沖擊性負(fù)荷運行；當(dāng)充電機退出運行時，由蓄電池連續(xù)對負(fù)荷供電，此時蓄電池得不到浮充，處于放電狀態(tài)，時間長了也不允許。其特點是接線簡潔，牢靠性差。在110kV及以下變電站有采納。

3.單母線分段（一組蓄電池，兩臺充電裝置）

蓄電池經(jīng)兩個空氣開關(guān)分別接到兩段母線上兩套充電裝置接在不同母線上，充電裝置停電時均保障母線上有充電裝置和蓄電池，兩段母線共用一套絕緣監(jiān)察裝置，充電裝置可以單套退出運行，供電牢靠性較高，但蓄電池退出運行時，此時充電裝置連續(xù)運行，但充電機不能帶沖擊性負(fù)荷運行，用在110kV及以下變電站。

4.單母線分段（兩組蓄電池，三套充電裝置）

1)220kV及以上變電站或重要的110kV變電站直流系統(tǒng)常采納兩組蓄電池、三臺充電機的方案簡稱（2+3方式）該充電機一般是相控型充電裝置，也有變電站采納高頻開關(guān)電源。

2)每組蓄電池和充電機應(yīng)分別接于一段直流母線上，第三臺充電裝置（備用充電裝置）可在兩段母線之間切換，任一工作充電裝置退出運行時，手動投入第三臺充電裝置。

3)分段開關(guān)正常斷開，兩段母線分裂運行，重要負(fù)荷有兩段母線分別供電任何一段母線停電均不會使負(fù)荷停電，每段母線均有絕緣監(jiān)察裝置和電壓監(jiān)視裝置。

5.單母線分段（兩組蓄電池，兩套充電裝置）

高頻開關(guān)電源，現(xiàn)在廣泛使用，220kV及以上變電站或重要的110kV變電站直流系統(tǒng)，也常采納如下接線方式（簡稱2+2方式）

八、直流系統(tǒng)的倒閘操作

1.電池因工作需要停運時，應(yīng)按以下步驟執(zhí)行：（以一組電池為例）

1)檢查兩套直流系統(tǒng)絕緣狀況應(yīng)良好。

2)檢查兩套直流系統(tǒng)蓄電池總電壓差應(yīng)小于10V

3)合上母線聯(lián)絡(luò)閘

4)