電氣二次回路的基本知識

電氣二次回路的基本知識一、二次回路及其作用發(fā)電廠和變電所的電氣設備可分為一次設備、二次設備。（經(jīng)常還將遠動或測控設備稱為三次設備，通訊設備稱為四次設備）一次設備：也稱主設備，是構成電力系統(tǒng)的主體。它是直接生產(chǎn)、輸送與分配電能的設備，包括如：發(fā)電機、電力變壓器、斷路器、隔離開關、母線、電力電纜與輸電線路等。二次設備：是對一次設備及系統(tǒng)進行控制、調節(jié)、保護和監(jiān)測的設備。它包括：控制設備、繼電保護和安全自動裝置、測量儀表、信號設備等。二次回路：二次設備按照一定規(guī)則連接起來以實現(xiàn)某種技術要求的電氣回路。二、二次回路的范圍控制回路：由控制開關與控制對象（如斷路器、隔離開關）的傳遞機構、執(zhí)行（或操作）機構組成。其作用是對一次設備進行“合”、“分”操作。調節(jié)回路：是指調節(jié)型自動裝置。如由VQC系統(tǒng)對主變進行有載調壓、對電容器進行投切的裝置，發(fā)電機的勵磁調節(jié)裝置。它是由測量機構、傳送機構、調節(jié)器和執(zhí)行機構組成。其作用是根據(jù)一次設備運行參數(shù)的變化，實時在線調節(jié)一次設備的工作狀態(tài)，以滿足運行要求。繼電保護和自動裝置回路：是由測量回路、比較部分、邏輯部分和執(zhí)行部分等組成。其作用是根據(jù)一次設備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，判斷其發(fā)生故障或異常時，自動發(fā)出跳閘命令有選擇性地切除故障，并發(fā)出相應地信號，當故障或異常消失后，快速投入有關斷路器（重合閘及備用電源自動投入裝置），恢復系統(tǒng)的正常運行。以上主要是指常規(guī)的電磁型繼電器等構成的保護與自動裝置測量回路：由各種測量儀表及其相關回路組成。其作用是指示或記錄一次設備和系統(tǒng)的運行參數(shù)，以便運行人員掌握一次系統(tǒng)的運行情況，同時也是分析電能質量、計算經(jīng)濟指標、了解系統(tǒng)潮流和主設備運行工況的主要依據(jù)。綜合自動化已使該回路與三次回路的分界點越來越模糊信號回路：由信號發(fā)送機構和信號繼電器等構成。其作用是反映一、二次設備的工作狀態(tài)。操作電源系統(tǒng)：由電源設備和供電網(wǎng)絡組成，它常包括直流電源系統(tǒng)和交流電源系統(tǒng)。其作用主要是給控制、保護、信號等設備提供工作電源與操作電源，供結主變冷卻、結水與結煤等動力設備，確保發(fā)電廠與變電所所有設備正常工作。部頒《繼電保護及安全自動裝置運行管理規(guī)程》中連接保護裝置的二次回路（繼電保護專業(yè)管理）：1） 從電流互感器、電壓互感器二次側端子開始到有關繼電保護裝置的二次回路（對多油斷路器或變壓器等套管互感器，自端子箱開始。2） 從繼電保護直流分路熔絲開始到有關保護裝置的二次回路。3） 從保護裝置到控制屏和中央信號屏間的直流回路。4） 繼電保護裝置出口端子排到斷路器操作箱端子排的跳、合閘回路。高頻通道：以結合濾波器的初級、次級為分界點。三、二次回路的圖紙二次圖紙：通常分為“原理接線圖”和“安裝接線圖”。原理接線圖：通常又分為“歸總式原理接線圖”和“展開式原理接線圖”。1）歸總式原理接線圖：簡稱原理圖，它以整體的形式表示各二次設備之間的電氣聯(lián)接，一般與一次回路的有關部分畫在一起，設備的接點與線圈是集中畫在一起的，能綜合出交流電壓、電流回路和直流回路間的聯(lián)系，使讀圖者對二次回路的構成及動作過程有一個明確的整體概念（例圖P4圖1—110kV線路過流保護原理圖，缺點？）2）展開式原理接線圖：以分散的形式表示二次設備之間的連接。展開圖中二次設備的接點與線圈分散布置，交流電壓、交流電流、直流回路分別繪制。這種繪制方式容易跟蹤回路的動作順序，便于二次回路的設計，也容易在讀圖時發(fā)現(xiàn)回路中的錯誤。安裝接線圖：包括屏面布置圖、屏后接線圖、端子排圖等。屏面布置圖：表示二次設備在屏面（及屏后、屏頂）的安裝位置，一般按實際尺寸的一定比例繪制。（例圖10kV線路保護屏屏面布置圖）屏后接線圖：表示屏內二次設備間的電氣連接關系。（例圖10kV線路保護屏背面接線圖）端子排圖：表示屏端子排與屏內二次設備及屏外電纜間的連接關系。（例圖10kV線路保護屏端子排圖）四、 二次回路的讀圖二次回路圖的邏輯性強，在繪制時遵循一定的規(guī)律，讀圖時應按一定順序進行才容易看懂。一般讀圖的規(guī)律為：（例圖35kV線路二次回路展開圖）1） 先交流、后直流；2） 交流看電源、直流找線圈；3） 先找線圈、再找接點，每個接點都查清；4） 先上后下、先左后右，屏外設備不能掉；5） 安裝圖紙要結合展開圖。五、 二次回路的編號原則二次回路常采用回路編號法、相對編號法兩種?；芈肪幪柗ǎ喊础暗入娢弧痹瓌t標注，在電氣回路中相同電位的回路采用同一編號。如跳閘回路的7、分閘回路的37,電流回路的A411等。這一編號方法便于讀圖時了解回路的作用，在原理圖中運用最多。相對編號法：按接線對側的設備名稱編號，如TWJ-1為位置繼電器的1腳，13-7為第一安裝單元第三個元件的7腳。這種編號法便于查找該連線的趨向，常用于安裝圖中。回路編號用3位或3位以下數(shù)字組成，需要標明回路的相別或某些主要特征時，可在數(shù)字標號的前面（或后面）增注文字符號。如1、37a、A630等。交流回路的文字標號數(shù)字編號的分配（具體見規(guī)程P82）回路編號應用遵循一定的規(guī)則，主要為：1） 對不同用途的直流回路，使用不同的數(shù)字范圍，如控制與保護回路用1?399（400?599），勵磁回路用600?699。2） 保護與控制回路使用的數(shù)字按熔斷器（或小開關）分組，每一百為一組，如101?199，301?399等，其中正極性回路編為單數(shù)，由小至大，負極性回路編為雙數(shù)，由大至小。3） 信號回路的數(shù)字編號，按事故、位置、預告、指揮信號進行分組，按數(shù)字大小進行排列。4） 開關設備、控制回路的數(shù)字編號組，應按開關設備的數(shù)字序號選取。如1KK所在的回路選101?199,3KK所在的回路選301?399。5） 對接點、開關、按鈕等兩側，雖然閉合時為等電位，應不同編號，但只改變編號大小而不改變單、雙數(shù)（極性）。經(jīng)過回路中主要降壓元件（如線圈、電阻等）后改變其單、雙數(shù)（極性）。某些回路形成了特定編號，不能隨意挪作它用。如：正負電源的101、102，紅綠燈回路的135、105等。六、 二次回路導線的選擇按機械強度要求選擇：（電纜與絕緣導線）1）連接強電：截面不小于1.5mm2。2）連接弱電：截面不小于0.5mm2。按電氣性能要求選擇：1）保護和測量的電流回路截面不小于2.5mm2。2）在保護的電流回路所選導線（截面）要經(jīng)電流互感器10％誤差缺陷校核。3）在電壓回路的導線（截面）要滿足計費電能表不大于0.5％壓降，保護與測量不大于3％壓降。4）在操作回路中，所選導線（截面）應滿足最大壓降（含回路中電流線圈阻抗）不大于10％額定電源電壓。七、電纜截面的計算電流回路所選電纜要滿足互感器10％誤差曲線要求。導線面積計算公式S=K1L/y（Z1-K2Z2-Z3）其中：Y電導系數(shù)，銅取57m/Qmm2Z1――按10%誤差曲線查出的允許阻抗Z2――繼電器阻抗，QZ3——接觸電阻，一般取0.05?0.1QL 電纜長度，mK1――連接導線的阻抗換算系數(shù)K2――繼電器的阻抗換算系數(shù)電壓回路所選電纜要滿足允許壓降要求。導線面積計算公式S= KPL/yULAU其中：Y 電導系數(shù)，銅取57m/Qmm2L 電纜長度，mk――連接導線的阻抗換算系數(shù)au—允許電纜壓降，VP 電壓互感器每一相負載，VAUL――電壓互感器二次線電壓，V控制及信號回路所選電纜要滿足總壓降不大于10%額定電源電壓的要求。導線允許長度L=AU（%）UNSY/2X100XImax其中：AU（%）――控制回路正常工作時允許壓降，取10UN——直流額定電壓，VImax 流過回路的最大電流，AS 電纜截面，mm2Y 電導系數(shù)，銅取57m/Qmm2直流系統(tǒng)一、概述（1）在發(fā)電廠及變電站中，各種控制及保護系統(tǒng)極為復雜，對其可靠性要求也非常高，但控制及保護系統(tǒng)再完善，如果沒有一個可靠的工作電源是不行的，所以在發(fā)電廠及大中型變電所中，一般都設有直流電源系統(tǒng)。交流電源一般取自系統(tǒng)，它無法貯存，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，可能會造成發(fā)電廠與變電所交流電全停，這樣我們的控制系統(tǒng)及保護裝置將無法工作，這是不能允許的。直流電源系統(tǒng)一般配有一定容量的蓄電池，平時由交流電通過充電機對蓄電池充電，當系統(tǒng)發(fā)生故障使交流電失去時，蓄電池能繼續(xù)為控制系統(tǒng)與保護裝置提供電源，確保發(fā)電廠與變電所的正常運行與事故除了。二、對直流系統(tǒng)的基本要求（1）對直流系統(tǒng)可靠性的要求很高，為使其滿足這樣要求，必須做到以下幾點：1） 必須合理選擇直流系統(tǒng)的額定電壓。按規(guī)程規(guī)定，直流系統(tǒng)的標稱電壓一般有220V、110V及48V三種，但實際工程中以220V、110V應用較多，不同的電壓各有優(yōu)劣，要已具體工程進行經(jīng)濟技術比較而定。2） 選擇的蓄電池容量必須滿足要求，只有蓄電池容量足夠時，才能保證在交流電源失去時直流電源有足夠的承載負荷的能力，確保交流失電時變電所的控制系統(tǒng)及保護裝置的正常運行。3） 充電設備穩(wěn)定可靠，各項功能與技術指標滿足要求，其容量既能能滿足供給正常負荷電流及蓄電池浮充電需要，也能滿足均沖及核對性充放電需要，并保留一定的冗余度。4） 有合理的直流系統(tǒng)接線，該接線要方便于運行與維修，最主要是對整個直流系統(tǒng)與控制系統(tǒng)及保護裝置的運行最為可靠。5） 直流系統(tǒng)對蓄電池、充電機及系統(tǒng)的運行情況要有完善的檢測功能，當任何一部分發(fā)生異常時要發(fā)出就地告警信號及通過監(jiān)控系統(tǒng)向遠方的集控中心發(fā)出告警信息。三、直流系統(tǒng)的基本組成（1）直流系統(tǒng)主要有充電設備、蓄電池、輸出饋線及監(jiān)測系統(tǒng)等部分組成。圖18－1是使用高頻開關電源模塊作為充電設備的典型接線圖。一、充電設備充電設備是直流系統(tǒng)中最為關鍵的設備，它的技術指標高低與運行穩(wěn)定與否就直接絕對直流系統(tǒng)的技術指標及運行穩(wěn)定性。其一般應滿足以下要求：1） 充電裝置的輸出電壓、電流的調節(jié)范圍應滿足蓄電池組在充電、浮充電、均衡充電等運行狀態(tài)下的要求。2） 充電裝置應具有恒定電流、恒定電壓功能，能以自動浮充電、自動均衡充電、手動充電三種運行方式。3） 波紋系數(shù)要小，按繼電保護技術規(guī)程要求，在充電、浮充裝置不與蓄電池并聯(lián)時，其波紋系數(shù)應不大于5％，直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程要求不大于2％。波紋系數(shù)是充電和浮充電裝置的一個主要參數(shù)。尤其對浮充電裝置更為重要，波紋系數(shù)大，意味著直流系統(tǒng)中的交流分量大，容易引起保護裝置的不正確動作，也容易造成蓄電池的脈動充放電，影響蓄電池的壽命，特別是對鎘鎳蓄電池影響更大。4） 對充電裝置的穩(wěn)壓精度也有一定要求。要求充電、浮充裝置有較高的穩(wěn)壓精度，才能保證蓄電池的正常運行，保證控制母線的電壓穩(wěn)定在額定值。提出穩(wěn)壓精度要求，一方面是由于交流電源有可能出現(xiàn)±10％的電壓變化。4）另一方面是蓄電池本身對充電、浮充電電壓的變化范圍有要求。例如，要求普通鉛酸蓄電池的浮充電電壓在2.15?2.17V,中倍率鎘鎳蓄電池浮充電電壓為1.42?1.45V，閥控式鉛酸蓄電池浮充電電壓為2.25?2.28V。4）當浮充電電壓不穩(wěn)，過高或過低都容易引起普通鉛酸蓄電池的極板硫化，降低壽命。閥控式鉛酸蓄電池對充電和浮充電裝置的穩(wěn)壓精度要求更為嚴格，其均衡充電電壓為2.35?2.4V。當電壓超過2.4V時，將產(chǎn)生過充電，電解液損失加大，使蓄電池壽命降低。4） 直流系統(tǒng)設計技術規(guī)定要求，浮充電時穩(wěn)壓精度應不大于±2％，充電時應不大于±5％。一般認為閥控式鉛酸蓄電池的充電和浮充電裝置在各種情況下穩(wěn)壓精度不應大于±1％。5） 充電裝置內應有限流功能，使其特性曲線的斜率較大，在與蓄電池組并聯(lián)，負荷中出現(xiàn)沖擊電流時，大部分電流應由蓄電池組承擔，以防止充電裝置出現(xiàn)過電流跳閘。此外，充電、浮充電整流器還應設短路保護、過電壓保護和故障信號。6）由于直流系統(tǒng)的功率較大，也為了降低紋波系數(shù)，減小濾波電容值，充電裝置的交流輸入宜為三相制，額定電壓為380V,并且應允許在±10%額定電壓范圍內波動而不影響其正常工作，額定頻率為50Hz。目前，常用的充電設備有相控型與高頻開關型兩種。由于其原理不同，在組成系統(tǒng)時其配置也有差別。相控型充電裝置是由可控硅元件來將交流電源整流為直流電源的，通過自動控制電路改變可控硅的整流角來跳整其充電電壓或充電電流，并保證其恒定。為了保證充電裝置具有一定的冗余度，相控型充電裝置一般設一套浮充電源、一套均充電源，常用接線如圖18－2。圖中浮充機接I段合閘母線，均充機接于II段合閘母線。正常運行時母線不分段，由浮充機供電，當需要均充時或浮充機出現(xiàn)故障退出時，投入均充機。由上述運行方式可以知道，兩臺充電機的額定電流可以一大一小。均充機的容量除了滿足蓄電池組的初充電，事故放電后的充電，核對性充放電外，還應滿足浮充電及均衡充電的要求，以及作為充電整流器的備用。蓄電池的初充電和核對性充放電，都是按蓄電池制造廠提供的充電曲線進行的。常用的充電方式有兩種。1） 一階段的定電流充電方式，即從開始直到充電結束，以一個固定的電流進行充電，充電終期每個電池的電壓，普通鉛酸蓄電池為2.7?2.75V,高倍率鎘鎳蓄電池為1.6?1.75V。2） 兩階段的定電流恒電壓充電方式，即開始階段蓄電池以固定電流充電到端電壓為2.25?2.3V。第二階段恒定電壓充電，充電電流逐漸減小，達到最低值時保持2h，即為充電結束。采用這種充電方式要求充電裝置具有自動穩(wěn)壓和自動穩(wěn)流的功能。實踐證明，第二種充電方式好，主要優(yōu)點是充電效率高，充電末期蓄電池組端電壓較低，可不與直流母線斷開。均充機的額定電流應滿足以下兩種情況的要求計算：1）滿足事故核對后的補充充電要求，額定電流按下式計算：le=1.1Qeg/T+ljc2）滿足核對性充放電要求，額定電流按下式計算：le=（0.1?0.125）Q10其中：le 充電設備的額定電流，A；Qeg——蓄電池的事故放電容量，Ah；T—一蓄電池組的最長充電時間，可取8?12h；Ijc——直流系統(tǒng)的經(jīng)常負荷電流，A；Q10——蓄電池的10h放電容量，Aho三、直流系統(tǒng)的基本組成（22）按兩式計算后，取結果較大者作為均充機的額定電流。均充機的電壓調節(jié)范圍，應滿足蓄電池在各種充電情況下所需的最高和最低電壓的要求。一般對220V普通鉛酸蓄電池組,充電設備的電壓調節(jié)范圍為200?330V；110V時為100?160V。浮充機的輸出直流應能承擔直流母線的最大負荷電流和蓄電池的自放電電流。浮充機的輸出電壓調節(jié)范圍，一般和充電設備的輸出電壓調節(jié)范圍取得一致，以便作為充電整流器的備用。蓄電池組的浮充電運行，實際上是在給定值下的恒電壓充電。浮充電電流的大小和浮充電電壓及蓄電池的特性有關。例如，GGF型蓄電池的浮充電電壓一般取2.15V。此時浮充電電流lf可按如下經(jīng)驗公式計算lf=0.0042Qe如按制造廠建議，閥控型鉛酸蓄電池浮充電電流約2mA/Ah。浮充電整流器的最大輸出電流Ife為lfe=lf+ljc隨著電力電子技術的發(fā)展，高頻開關電源越來越趨于完善，高頻開關型充電機在直流系統(tǒng)中得到越來越多的應用。高頻開關充電機是將三相交流電經(jīng)直流后轉換成高壓直流，再經(jīng)全橋PWM電路轉換為高頻交流電，其轉換頻率大約在20?200kHz之間，再經(jīng)高頻變壓器隔離降壓后進行整流輸出。由于其頻率高，高頻變壓器的體積很小，轉換效率很高。圖18－3是高頻開關電源原理框圖。高頻開關電源一般做成模塊化結構，一套直流電源有若干個模塊并聯(lián)而成，模塊間設有均流功能，即負載電流有各模塊平均分攤。當其中一個模塊故障時，該模塊自動退出運行不會影響其它模塊的正常工作，其輸出電流由其它模塊分擔，故障模塊可以在運行中拔出維修，稱作熱插拔。鑒于以上特點，采用高頻開關電源的充電機一般不設置兩臺充電機互為備用，而是采用模塊N+1的方式進行熱備用，即上式計算出均充機額定電流，用該電流除模塊的額定電流得出模塊數(shù)，考慮一只模塊損壞后輸出電流仍然滿足要求，所以實際配置的模塊數(shù)應是計算出的模塊數(shù)加1,稱為N+1。如計算的充電機需要輸出的最大電流為18A，使用10A的模塊，按負載需要配置模塊2只，加一只備用，實際配置3只模塊。使用高頻開關模塊的直流電源原理圖見圖18－1。使用高頻開關電源不但使配置簡化，可維護性好，而且使直流電源的各項技術指標大大提高。如交流輸入的電壓變化允許更大，一般波動達到±15％額定電壓，允許輸入交流的頻率可達±10％額定頻率或更高，有的設置可以交直流兼用。穩(wěn)壓穩(wěn)流精度達到0.5%，紋波系數(shù)不大于0.1％。與相控型充電機相比均有了很大的提高。二、蓄電池在變電所中，常用的蓄電池一般有鎘鎳電池、敞開式鉛酸電池和閥控式鉛酸電池等。敞開式蓄電池應用最早，由于該電池存放硫酸溶液的缸體不密封，充放電過程中產(chǎn)生的酸氣對環(huán)境污染很大。硫酸溶液中的水份揮發(fā)后還會造成電解液的比重變化，影響電池容量，縮短電池壽命。所以這種電池需要經(jīng)常測量端電壓與內阻，還要測量電解液的比重，必要時需要補充蒸餾水。隨著蓄電池制造技術的不斷發(fā)展，新型防酸隔爆型蓄電池已經(jīng)代替了敞開式的蓄電池。新型蓄電池不僅維護方便，壽命也長。近年來，也有的變電所采用了鎘鎳蓄電池、密封免維護鉛酸蓄電池。下面對鎘鎳蓄電池和閥控型鉛酸蓄電池的特性作簡要介紹。鎘鎳蓄電池是目前國內能生產(chǎn)并可在工程上采用的堿性蓄電池。其正極板采用氧化鎳，負極板為鎘－鐵；電解液為氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液中加入適量的氫氧化鋰組成；外殼為封閉型。按放電流1(A)與蓄電池的額定容量C5(Ah)的關系分類，可分為四種，即IV0.5C5(A)，為低倍率型；I=(0.5?3.5)C5(A)，為中倍率型；I=(3.5?7)C5(A)，為高倍率型；I>7C5(A)，為超高倍率型，我們常用的為中倍率型和高倍率型。鎘鎳蓄電池的主要電氣特性如下：額定電壓1.25V/只;充電特性：鎘鎳蓄電池的充電狀態(tài)有正常充電、浮充電、三種。正常充電：一般以0.2C5(A)來充電，充電時間為6?8h,終止電壓為1.6?1.8V/只。浮充電：浮充電電流為0.5?3mA/Ah。浮充電壓，中倍率型為1.42?1.45V/只，高倍率性為1.36?1.40V/只。3)均衡充電：充電電壓，中倍率型為1.52?1.55V/只，高倍率型為1.47?1.48V/只。充電時間，中倍率型為12h，高倍率型為8h。放電特性：鎘鎳蓄電池是以5h率放電、終止電壓為1.0V所放出的容量為額定容量。以其它放電率放電時，終止電壓不同，放出容量也不同。制造廠可提供各種放電率放電時的放電特性曲線。對于變電所使用的鎘鎳蓄電池，使用者所關心的是事故放電1h后，再沖擊放電，放電電流和端電壓值?，F(xiàn)在制造廠也能提供這種工況下的放電特性。實際上鎘鎳蓄電池的沖擊放電特性比鉛酸蓄電池好。例如，中倍率鎘鎳蓄電池以0.67C5(A)持續(xù)放電1h后,還可以按3C5(A)沖擊電流放電，端電壓不低于1.0V/只。高倍率型沖擊放電電流更大。短路電流水平：短路電流大小與蓄電池內阻，電動勢，外電路電阻有關。蓄電池內阻又與溫度、蓄電池的運行狀態(tài)有關。當外電路電阻為零時，鎘鎳蓄電池可供的最大短路電流，中倍率型為15.34A/Ah；高倍率型為58A/Aho蓄電池的內阻由制造廠提供。采用鎘鎳蓄電池應注意如下問題。由于鎘鎳蓄電池充電末期電壓與放電末期電壓相差較大，約為1.8?1.9倍，為保持直流母線電壓不超過允許的變動范圍，采用鎘鎳蓄電池組的直流電源應有較大的調壓范圍。對充電裝置的穩(wěn)壓精確度要求很高(一般不超過1％)，對紋波系數(shù)要求低，要求紋波系數(shù)不超過1％o對穩(wěn)壓精確度要求高主要是鎘鎳蓄電池的浮充電壓相對較高，如浮充電源電壓不足，容易產(chǎn)生落后電池。在浮充電因負荷電流的變化，也能引起浮充電壓的變化，如不及時調整也會影響浮充電壓的穩(wěn)定。對紋波系數(shù)要求低是因鎘鎳蓄電池的起始放電特性較軟，當與浮充電源并聯(lián)時，如交流分量大，可能造成在浮充電時產(chǎn)生過大的瞬時放電電流，影響蓄電池組的壽命。閥控型鉛酸蓄電池是80年代末期從國外引進的一種新型鉛酸蓄電池。它的工作原理、特性曲線、運行方式與敞開式鉛酸蓄電池基本相同。不同之處主要有以下幾點：閥控型鉛酸蓄電池的電解液有膠體與液體兩種，液體的一般吸附在極板間由超細玻璃纖維制成的隔膜中，吸附比約為90％。閥控型蓄電池存儲電解液的缸體是密封的，在缸體上裝有一個安全排氣閥，當內部氣體壓力超過規(guī)定值時，閥門自動排氣，直到壓力恢復正常自動關閉。無論電池立放或臥放，電解液都不會溢出。所以它不需要添加電解液，維護工作量小。閥控型鉛酸蓄電池的電解液比重比普通鉛酸蓄電池高，因而其開路電壓、浮充電電壓、均衡充電電壓均比普通鉛酸蓄電池高。在相同直流母線電壓情況下，所需的蓄電池個數(shù)也較少。因該電池沒有酸氣溢出，所以對環(huán)境污染很小，不需要專門的電池室。一般鉛酸蓄電池的電解液可以隨時補充、更換，蓄電池的壽命主要取決于極板的壽命。閥控型鉛酸蓄電池的極板經(jīng)特性處理，比較牢固，少有有效物脫落問題，其壽命主要取決于電解液。因電解液是一次性沖充入，在使用過程中不能補充，電解液耗盡了，蓄電池的壽命也就終結了。蓄電池設計盡管采取了措施，但要在電池絕對損失電解液是辦不到的。選擇蓄電池容量的大小主要取決于負載的大小與性質，一般要考慮。滿足全所事故停電時的放電容量；在有沖擊負荷時，應滿足事故放電末期的最大沖擊負荷所需的容量；按最嚴重的事故放電方式，校驗蓄電池的容量，應能滿足直流母線電壓最低允許值的要求。對于控制負荷，直流母線電壓在直流系統(tǒng)額定電壓的85%-110%范圍內。動力負荷直流母線電壓在直流母線電壓在直流系統(tǒng)額定電壓的87.5%-112.5%范圍內。在計算蓄電池容量時，全部事故持續(xù)的停電時間按1h計算，無人值班變電所按2h計算。對直流負荷的統(tǒng)計有一定的計算方法，過程較為繁復，這里不作詳細介紹，需要時可以參照規(guī)程DL/T5120-2000《小型電力工程直流系統(tǒng)設計規(guī)程》，DL/T5044-1995《火力發(fā)電廠變電所直流系統(tǒng)設計技術規(guī)定》，實際應用中要考慮負載的增長并留有一定余量。三、降壓穩(wěn)壓裝置在直流電源系統(tǒng)中，為了兼顧蓄電池充電電壓的變化與控制母線輸出電壓的恒定，一般在充電機出口設置合閘電壓小母線，蓄電池就接在該母線上，當有電磁型操作機構時，合閘電源一般從該母線上引出，所以稱為合閘小母線。在沒有電磁型操作機構的變電所，該母線上不接其它負載。該母線由于接在蓄電池端口，母線電壓將隨著蓄電池充電方式的不同而變化。合閘母線通過一個降壓穩(wěn)壓裝置與控制母線連接。由于所有的保護裝置與控制回路均接于該母線，要求該母線的電壓保持相對的穩(wěn)定，該電壓的穩(wěn)定由降壓穩(wěn)壓裝置來實現(xiàn)。降壓穩(wěn)壓裝置可以有多種方法實現(xiàn)，但常用的有硅鏈降壓、斬波穩(wěn)壓與高頻開關模塊直供控制母線穩(wěn)壓三種。使用硅鏈降壓最為簡單、可靠，它通過在合閘母線與控制母線間串聯(lián)硅二極管組來起到降壓作用的，串連二極管的多少可以通過自動或手動方式調整，改變控制母線的電壓，所以也能起到一定的穩(wěn)壓作用。其原理接線如圖18—4(a),通過調節(jié)SA開關可以調整接入的硅二極管數(shù)量，從而達到調節(jié)控制母線電壓的目的。如果用自動調節(jié)裝置的繼電器接點來代替開關SA,就能起到自動調節(jié)的效果。但是硅鏈降壓穩(wěn)壓有其不足的一面，一是因為硅鏈降壓有一定幅值，其調壓不能做到很細；二是不同負荷電流在硅鏈上的壓降有變化，當負載電流突然變化時，控制母線的電壓有波動。在選擇硅鏈的容量時，其調節(jié)電壓要能滿足調壓范圍需要，其電流要能承受最大負荷電流的需要，包括短時沖擊性負載。需要控制母線的電壓有較高的穩(wěn)定性，可以采用斬波穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，其接線如圖18—4(b)。斬波穩(wěn)壓是應用高頻斬波原理來調節(jié)、穩(wěn)定輸出電壓的，其穩(wěn)壓精度可以達到0.5%。但是斬波穩(wěn)壓器有額定輸出電流的限制，一般配置的容量盡供正常負荷電流，過載能力差，當負載電流超過其額定電流時，其內部保護動作，輸出電壓會迅速下降，所以斬波常常配置硅鏈作為備用。硅鏈的降壓值調整為比斬波穩(wěn)壓器略大，所以正常運行時硅鏈無電流通過，盡作為熱備用，當負載電流增大超過斬波穩(wěn)壓器或斬波穩(wěn)壓器故障使控制母線下降時，硅鏈作為備用通道供給控制母線電源。提高控制母線電壓穩(wěn)定性的另外一個方案是將其中一只或數(shù)只高頻開關電源模塊直接供控制母線，如圖18—4(c)。由于高頻開關電源有很好的穩(wěn)壓性能，所以能保證控制母線電壓穩(wěn)定，其作用原理類同與斬波穩(wěn)壓器，由于有容量限制，一般也要用硅鏈作為備用。還有一種是設置端電池，通過改變蓄電池數(shù)量的方法來進行調壓，該調壓方法現(xiàn)場操作繁瑣，端電池維護困難，現(xiàn)在已不常用，不再介紹。三、 直流系統(tǒng)的基本組成(59)四、 監(jiān)控裝置目前直流系統(tǒng)的功能越來越完善，為了完成各項功能，滿足其測量、監(jiān)視、調整、發(fā)送各類告警信號及上遠方發(fā)送信號等通訊需要，要求安裝一套監(jiān)控系統(tǒng)，特別是使用高頻開關電源的直流系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)一般微機型裝置，主要完成以下工作。采用液晶屏幕顯示有關充電電流、電壓等數(shù)據(jù)。該裝置能設置充電的電壓、電流曲線，并對蓄電池的充電電壓進行自動溫度補償。（3）監(jiān)測高頻開關模塊工作情況，當某個模塊故障時發(fā)出告警型號；監(jiān)控模塊故障時，不影響高頻開關模塊應能正常工作。（4）具有對蓄電池的容量考核及內阻檢測手段，并能自動生成蓄電池的充放電曲線。提供必要的電池自動（或手動）檢測和控制功能，包括在線電池活化控制和內阻測量等功能。（5）應具有對交流輸入電源的電壓、電流進行實時監(jiān)控。（6）與變電所監(jiān)控系統(tǒng)通訊，將直流系統(tǒng)的各遙測量、遙信量發(fā)給變電所監(jiān)控系統(tǒng)。五、其它裝置為使直流系統(tǒng)運行與維護方便、可靠，還需要一些輔助設備，如在十七章《信號系統(tǒng)》中介紹的閃光裝置，對直流系統(tǒng)絕緣的監(jiān)測裝置。直流系統(tǒng)的輸入一般為三相交流電源，由變電所的所用電系統(tǒng)供電。變電所的所用電電源一般有兩個或以上，為在一個所用電電源故障或檢修時不影響直流充電機的正常運行，對有兩臺充電機的直流系統(tǒng)，兩臺充電機要求接不同的所用電，也可以與高頻開關電源等只有一臺充電機的直流系統(tǒng)一樣，在兩路所用電源間設切換裝置，如圖18－1所示。在直流電源柜上，一般還安裝有蓄電池的放電電阻，用來為蓄電池核對性充放電時提供負載，一方面使現(xiàn)場維護時減少工作量，對于具有微機監(jiān)控的直流系統(tǒng)，可以通過整定定期對蓄電池進行充放電工作。由于充放電時要將大量電能通過放電電阻轉化為熱能釋放，所以放電電阻在該過程中溫度很高，所以一般將該電阻安裝在屏柜的頂部，與其它元件保持足夠的距離，并有隔熱措施及通風措施。當然，現(xiàn)在也有通過逆變將蓄電池中的電能轉變?yōu)榻涣鼽c在輸入電源的裝置，由于該裝置造價較高，技術較為復雜，所以一般的系統(tǒng)中較少應用。四、直流系統(tǒng)的接線蓄電池的組數(shù)主要取決于直流負荷的性質和對負荷的供電方式。選用一組還是兩組蓄電池，在變電所的設計規(guī)程中有所規(guī)定，對220kV以上變電所的直流負荷均為一類負荷，均應設置兩組蓄電池。對220kV變電所一般只設置一組蓄電池，當該220kV變電所為無人值班或樞紐變時，一般也要求設置兩組蓄電池。對110kV及以下的變電所，只設置一組蓄電池。當變電所設置一組蓄電池時，如使用相控式充電機，則一般設均充機和浮充機兩套，互為備用。當使用高頻開關電源充電機時，一般設一臺充電機，只在模塊容量上考慮備用。對于兩組蓄電池的直流系統(tǒng)，相控式充電機仍然是設均充機和浮充機兩套，高頻開關電源的充電機也設相同的兩套，分別對應一臺蓄電池組。對于重要的500kV變電所，也可以設置三臺充電機，其中一臺作為備用。直流系統(tǒng)中的主要電源是蓄電池組，其次是充電和浮充電設備。220?500kV變電所蓄電池正常情況下以浮充電方式運行。直流負荷實際上由浮充電設備供電，蓄電池處于浮充電狀態(tài)。合理地配置蓄電池及充電浮充電設備有利于提高直流系統(tǒng)的供電可靠性。在只有一組蓄電池時，蓄電池組因故退出運行，臨時可由充電或浮充電設備供電。為提高可靠性，充電和浮充電設備應分別接在兩段直流母線上。當交流所用電系統(tǒng)有雙電源時，充電和浮充電設備應接在不同的交流電源回路。當有兩組蓄電池時，每段直流母線接一組蓄電池和一套浮充電設備。充電設備兩組蓄電池共用。兩套浮充電設備應接在不同的交流電源回路。直流母線的接線方式與蓄電池的組數(shù)、直流負荷的供電方式以及充電、浮充電設備的配置方式等因素有關。110kV以下變電所一般采用單母線接線，220?500kV變電所常用的直流母線接線方式有單母線分段和雙母線兩種。單母線分段接線的特點：（1） 每回路只需一組母線開關，設備少，接線簡單、清晰，直流屏內布線方便；（2） 能方便的形成兩個互不聯(lián)系的直流，有益于提高直流系統(tǒng)接的可靠性；（3） 查找直流接地方便。雙母線接線的特點：（1）每回路設有兩組母線開關（或一組切換式刀開關），可任意接到一組母線上；（2）可在不間斷對負荷供電的情況下，查找直流系統(tǒng)接地。雙母線接線比單母線分段接線，母線刀開關用量大，直流屏內設備擁擠，布線困難，檢修、維護也不方便。目前220kV及以上變電所一般采用單母線分段接線。當只有一組蓄電池而采用單母線分段接線時，蓄電池經(jīng)兩組開關可隨意接在任一段母線上，該同時開關也用作母線分段開關。充電和浮充電設備分別接在兩段母線上，直流負荷也平均地分配在兩段母線上。正常情況下，兩段母線通過分段開關并聯(lián)運行。當查找接地或需停電檢查某段母線時，分段開關才斷開。對于直流饋線，220kV及以上變電所考慮到保護裝置的雙重化及控制回路的雙重化，一是要求保護電源與控制電源分開，分別由不同的小開關供電或供不同的小母線；二是要求雙重化的兩組電源由直流系統(tǒng)不同的母線供電。事故照明宜分為兩個回路，分別接在兩段母線上。在有直流動力合閘和大容量直流電動機的情況下，這些動力負荷應按其額定容量，平均分配在兩組蓄電池上。其他直流負荷，如試驗電源，交流不間斷電源設備，常明燈，遠動通信裝置的備用電源等應按其容量平均接在直流母線上。特別要提出的是，500kV變電所在正常運行時，一定要保持兩組蓄電池系統(tǒng)的獨立性，即電氣上不相連接。這不僅有助于提高直流系統(tǒng)的可靠性，同時也能有效地減小直流系統(tǒng)的對地電容，減小直流接地時產(chǎn)生的電容電流。對直流系統(tǒng)的空氣開關或熔斷器，其容量不但要滿足在最大動態(tài)工作電流的1.5倍，還一定要考慮上下級的配合，上級開關或熔斷器的容量不能低于下級總的最大動態(tài)工作電流的1.5倍。由于使用對于保護裝置及控制回路，宜用空氣開關取代熔斷器，但考慮到上下級都是空氣開關時很南配合，所以保護裝置或控制回路空氣開關的上級宜采用熔斷器。五、直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察與電壓監(jiān)視直流系統(tǒng)的正常與否，直接影響到變電所繼電保護及自動化設備的運行，可以說，直流系統(tǒng)如果發(fā)生故障不能提供正常的直流電壓，整個變電所都將被迫停運。所以提高直流系統(tǒng)的可靠性，加強對直流系統(tǒng)的監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)異常并予以消除非常重要。從直流