電力直流電源系統(tǒng)設(shè)計

./成人高等教育畢業(yè)論文<設(shè)計>〔電力直流電源系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師學(xué)習(xí)形式院、系、站點(diǎn)專業(yè)年級完成日期年月日XX工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院附件2：獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的工作及取得的成果。我聲明,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的論文及研究成果,也不包含為獲得XX工業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。簽字日期：年月日工作單位：XX同智機(jī)電控制技術(shù)有限公司通訊地址：XX市高新區(qū)永和路66號郵編：230000目錄中文摘要1英文摘要21緒論31.1直流電源系統(tǒng)概述31.2直流電源系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展31.3本次設(shè)計任務(wù)42直流電源系統(tǒng)設(shè)計 52.1交流配電單元62.1.1交流配電單元基本配置62.1.2交流配電單元工作情況62.2整流模塊 72.2.1相控整流系統(tǒng)的特點(diǎn) 72.2.2高頻開關(guān)電源的特點(diǎn) 82.3充電裝置 82.3.1充電裝置的技術(shù)特性要求 82.3.2充電裝置的類型及特點(diǎn) 92.4直流配饋電系統(tǒng) 152.4.1直流系統(tǒng)接線 152.4.2直流系統(tǒng)額定電壓 162.4.3直流系統(tǒng)饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 162.4.4操作保護(hù)電器選擇 162.5蓄電池組 172.5.1蓄電池的型式 172.5.2蓄電池組的運(yùn)行 182.5.3蓄電池個數(shù)及終止電壓的確定 202.5.4蓄電池組數(shù)和放電回路 212.5.5蓄電池容量選擇 212.6監(jiān)控裝置 222.6.1直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置的發(fā)展和現(xiàn)狀 222.6.2微機(jī)監(jiān)控裝置 232.7降壓裝置 292.8不間斷電源系統(tǒng) 312.9通信直流電源 312.10本次設(shè)計方案 312.10.1設(shè)計內(nèi)容以及注意的相關(guān)問題 312.10.2直流屏屏體設(shè)計 352.10.3三個變電站設(shè)計方案 362.10.4三個等級變電站設(shè)計方案和配置匯總 443結(jié)論 47致謝 48參考文獻(xiàn) 49.摘要直流電源作為變電站非常重要的一種二次設(shè)備,承擔(dān)著向高壓開關(guān)、繼電保護(hù)、自動裝置、事故照明等設(shè)備提供操作電源和控制電源的任務(wù),其性能和質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備安全。直流電源系統(tǒng)由整流電源、蓄電池組和饋電部分組成。我國發(fā)電廠和變電站中早期的直流系統(tǒng)多為相控式充電裝置,配套防酸鎘鎳蓄電池組或鎘鎳堿性蓄電池組,需要對蓄電池組和直流電源進(jìn)行定期維護(hù)。上世紀(jì)90年代末,電力用開關(guān)電源應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)用大功率半導(dǎo)體器件,在一個電路中運(yùn)行于"開關(guān)狀態(tài)",按一定規(guī)律控制開關(guān),對電能進(jìn)行處理變換而構(gòu)成的電源,被稱為"開關(guān)電源"。與傳統(tǒng)的相控型直流電源相比,開關(guān)電源模塊各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)異,維護(hù)方便。隨著電力用開關(guān)電源技術(shù)的不斷完善,開關(guān)電源將全面替代相控電源,成為電力用直流電源的首選。根據(jù)變電站等級的不同,對電力直流操作電源的配置和容量要求也不同。本次設(shè)計從系統(tǒng)角度出發(fā),分析目前國內(nèi)常用的幾種電力直流操作電源的配置方式及其系統(tǒng)組成,描述其各組成部分的功能,并設(shè)計：1單組電池、單組整流模塊、充饋一體；2單組電池、雙組整流模塊、充饋分開；3兩組電池、兩組整流模塊這三種常用的系統(tǒng)方案,繪制屏面布置圖和系統(tǒng)原理圖,分別適用于35kV、110kV和220kV變電站。關(guān)鍵詞：變電站直流操作電源蓄電池Abstract：Assecondarysubstationequipment,DCpowersupplyisveryimportanttothehighpressureswitch,relayprotection,automaticequipmentsandemergencylight.italsoprovidesoperatingpowerandcontrolpowertootherequipments.Itsperformanceandqualityisdirectlywithdetrimenttotheoperationofequipmentinthepowerplantandsubstation.Itexpoundstheconfigurationofeliminatorsupply,storagebatteryandfeedbackdevice.Intheearlydays,DCoperationpowersupplysysteminthepowerplantandsubstationisphasechargedevice,whichwithanti-acidnickel-cadmiumbatteriesorbasicnickel-cadmiumbatteries.Itmustaircraftfromtimetotime.Inthe1990s,theswitchingpowersupplyappeared.Apowersourceusingalarge—powersemi—conductorpartoperatedinacircuitunder"switchingstatus"。whichcontrolstheswitchbasedonacertainruletotreatandchangetheelectricenergy,iscalleda"switchingpowersource"．Comparedtothetraditionalphase—controlledDCpowersource,themodulesofthisnewpowersourcehaveperfectindexesofitsallperformancesandconvenienceformaintenance．WithcontinuousimprovementofswitchingpowertechnologyinpowerindustrytheswitchingpowersourcewillsubstitutephasecontrolledpowersourcetotallyandbecomethefirstchoiceforDCpowersourceinpowerindustry.Becausethesubstationhavedifferentvoltagestep,soithavedifferentrequestaboutthesettingandthecapabilityoftheDCoperationpowersupplysystem.Inmydesign,Ianalysisthisdifferentrequest,anddescribethefunctioninthesystem.Inaddition,Idevisethreesystemschemes:1>singlegroupofbattery,singlegroupofchargedevice,andputtingchargedevicewithfeedbacktogether;2>singleofgroupbattery,twogroupsofchargedevice,andputtingchargedevicewithfeedbackseparate;3>twogroupsofbattery,andtwogroupsofchargedevice.Thethreeschemeseparateapplyto35kV,110kVand220kVvoltagestepsubstation,Ialsoprotractcorrespondingschematicdiagramandpanelsettingdiagram.Keywords:Transformersubstationdcoperationpowersupplysystembattery.1緒論1.1直流電源系統(tǒng)概述直流系統(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,為給信號設(shè)備、保護(hù)、自動裝置、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。它廣泛應(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<如發(fā)電廠、變電站、配電站、石化、鋼鐵、電氣化鐵路、房地產(chǎn)等>,為信號設(shè)備、保護(hù)、自動裝置、事故照明及斷路器分、合閘操作提供直流電源,它也同樣廣泛的應(yīng)用于通信部門、計算機(jī)房、醫(yī)院、礦井、賓館,以及高層建筑的可靠應(yīng)急電源,用途十分廣泛。直流系統(tǒng)主要由兩大部份組成。一部份是電池屏,另一部份是直流充電屏〔直流屏。電池屏是一個可以擺放多節(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)測單元、電池巡檢單元、開關(guān)量檢測單元、降壓單元及一系列的交流輸入、直流輸出、電壓顯示、電流顯示等配電單元組成。1.2直流電源系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展直流電源系統(tǒng)包括蓄電池組、充電裝置以及饋電部分。我國早期的直流電源系統(tǒng)多為相控式充電裝置,配套防酸隔爆蓄電池組或鎘鎳堿性蓄電池組,需要對蓄電池組和直流電源進(jìn)行定期維護(hù)。為提高輸配電供電質(zhì)量,國家大力推進(jìn)供電工程改造。鑒于開關(guān)電源在通信領(lǐng)域的成功應(yīng)用,電力用直流開關(guān)電源也廣泛應(yīng)用于直流系統(tǒng)。隨著制造技術(shù)的發(fā)展,蓄電池經(jīng)歷了從開啟式鉛酸蓄電池、半封閉鉛酸蓄電池、高放電倍率錫鎳堿性蓄電池,到目前新一代的免維護(hù)閥控式密封鉛酸蓄電池幾個階段。充電裝置經(jīng)歷了磁飽和充電機(jī)、晶閘管整流充電機(jī)和高頻開關(guān)整流裝置等階段,傳統(tǒng)的硅整流和可控硅整流設(shè)備已逐漸被先進(jìn)的高頻開關(guān)整流設(shè)備所取代。系統(tǒng)的設(shè)計己經(jīng)由固定式演變成模塊化,以適應(yīng)各種應(yīng)用場合和設(shè)備規(guī)模的需求。系統(tǒng)的交流配電單元、直流配電單元和電池配電單元等,與模塊整流設(shè)備組屏,安裝在機(jī)架式整流設(shè)備內(nèi)。直流電源可以安裝主控制室內(nèi),甚至直接安裝在高壓室內(nèi)。高頻開關(guān)整流器采用了模塊化設(shè)計、N+1配置和熱插拔技術(shù),方便了系統(tǒng)的擴(kuò)容,有利于設(shè)備的維護(hù)。系統(tǒng)一般都配置了防雷保護(hù)和浪涌抑制,有效地防止了雷電沖擊和電壓的突變、尖峰。1.3本次設(shè)計任務(wù)本設(shè)計從系統(tǒng)角度出發(fā),分析目前國內(nèi)常用的幾種電力直流操作電源的配置方式及其系統(tǒng)組成,描述其各組成部分的功能,并設(shè)計35kV、110kV和220kV變電站的典型的直流系統(tǒng)并且繪制屏面布置圖和系統(tǒng)原理圖。各變電站直流系統(tǒng)設(shè)計方案如下：〔135kV變電站：單組電池、單組整流模塊、充饋一體；〔2110kV變電站：單組電池、雙組整流模塊、充饋分開；〔3220kV變電站：兩組電池、兩組整流模塊；2直流電源系統(tǒng)設(shè)計直流電源系統(tǒng)主要是由交流配電單元、整流模塊、充電模塊、直流饋電單元<合閘分路、控制分路>、蓄電池組、監(jiān)控模塊、絕緣監(jiān)測模塊、配電監(jiān)控模塊、降壓單元及遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)組成。有些系統(tǒng)還會配置閃光系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)。直流電源系統(tǒng)的配置原則：〔1直流電源的電源由交流站用電屏提供,直流電源屏輸入兩回交流進(jìn)線,可在直流電源屏內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動切換?！?相控整流電源,有2套獨(dú)立的整流系統(tǒng),1套工作,1套備用,并能自動切換；高頻開關(guān)電源,采用N+1模塊冗余設(shè)置方式,當(dāng)1個模塊故障時不會影響整組充電設(shè)備的正常工作<這與單機(jī)工作的相控充電設(shè)備有著質(zhì)的不同>,高頻開關(guān)整流模塊可帶電插拔,使得故障更換沒有時間限制?！?由于現(xiàn)在新投產(chǎn)變電站的斷路器多采用彈簧和液壓機(jī)構(gòu),合閘電流較小,采用閥控式鉛酸免維護(hù)蓄電池,在充放電時電壓變化范圍小,可以不設(shè)硅堆降壓裝置,把合閘母線與控制母線合二為一,從而使接線和布置簡單化且提高了直流系統(tǒng)的供電可靠性。〔4目前的直流配電系統(tǒng)一般都采用直流專用斷路器取代以前負(fù)荷開關(guān)加熔斷器的形式,并且直流配電開關(guān)采用集中布置正面開啟式結(jié)構(gòu),節(jié)省了空間和屏位,提高了防護(hù)等級,并易于接線、更換和維護(hù)。目前,國外生產(chǎn)的小型直流斷路器,直流分?jǐn)嗄芰蛇_(dá)DC250V／10kA,完全可以滿足控制負(fù)荷饋電用,大容量的直流斷路器,直流分?jǐn)嗄芰蛇_(dá)DC250V／50kA,可以滿足動力負(fù)荷饋電用。另外,這些直流斷路器可以方便地加裝輔助觸點(diǎn)和故障報警觸點(diǎn),確保了直流供電的可靠性。接線方式不同,饋電輸出也不同,但其基本原理是一致的,如圖1所示。圖1直流電源系統(tǒng)原理框圖2.1交流配電單元2.1.1交流配電單元基本配置直流屏交流配電單元常選用雙路互投裝置作為輸入進(jìn)線。選用雙回路進(jìn)線可實(shí)現(xiàn)直流屏內(nèi)部的線路互切,以保證直流屏交流供電的穩(wěn)定性與可靠性。2.1.2交流配電單元工作情況〔1交流輸入正常時當(dāng)系統(tǒng)交流正常輸入時,兩路交流輸入可經(jīng)交流雙路互投裝置切換控制電路選擇其中一路輸入,給各個充電模塊供電,再由充電模塊將三相交流電轉(zhuǎn)換為220V或110V的直流,經(jīng)隔離二極管隔離后輸出,一方面給電池充電,另一方面給負(fù)載供電。監(jiān)控部分采用集散方式對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,充電柜、饋電柜的運(yùn)行參數(shù)、充電模塊的運(yùn)行參數(shù)分別由配電監(jiān)控電路和模塊監(jiān)控電路采集處理,通過串行通信口把處理的信息上報給監(jiān)控模塊,統(tǒng)一處理后顯示在液晶屏上。同時,可通過人機(jī)交互操作方式對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和控制,并可接入遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控模塊還能對每個充電模塊進(jìn)行均/浮充控制、限流控制等,以保證電池的正常充電,延長電池壽命?！?交流輸入停電或異常時當(dāng)交流輸入回路出現(xiàn)故障時,交流備用回路立即投入運(yùn)行,確保交流輸入正常；當(dāng)兩路交流輸入回路均出現(xiàn)故障停電或異常時,充電模塊停止工作,退出運(yùn)行,轉(zhuǎn)由蓄電池組給負(fù)載供電。監(jiān)控模塊監(jiān)測電池電壓、放電時間,當(dāng)電池放電到設(shè)置的欠壓值時,監(jiān)控模塊發(fā)出告警。在交流輸入恢復(fù)正常以后,充電模塊開始運(yùn)行,蓄電池組退出,此時充電模塊除了給直流負(fù)載正常供電外,還要對蓄電池進(jìn)行充電。2.2整流模塊直流電源普遍采用由微機(jī)控制的可控硅型整流器和高頻開關(guān)模塊型整流器,并且智能化,能夠和變電站綜合自動化網(wǎng)絡(luò)連接,具有三遙功能,已經(jīng)完全取代了過去應(yīng)用較多的磁放大型整流器和由分立元件或集成電路控制的可控硅型整流器。2.2.1相控整流系統(tǒng)的特點(diǎn)〔1三相交流電源經(jīng)整流變壓器隔離、變壓、可控硅調(diào)壓、全橋整流及濾波整形后輸出直流電壓。通過取樣比較、放大及觸發(fā)器電路,控制可控硅的導(dǎo)通角,得到穩(wěn)定的輸出電壓?！?充電裝置采用2臺相同的充電浮充電裝置,每臺均能進(jìn)行充電、浮充電和均衡充電,做到—機(jī)多功能,2臺充電浮充電裝置互為備用?！?充電過程即恒流充電—均衡充電—浮充電,全由自動裝置或微機(jī)控制來處理?！?任何情況下當(dāng)電網(wǎng)解列或交流電源失電時,蓄電池組都能無間斷地向控制母線供電,確保繼電保護(hù)、自動裝置、高壓開關(guān)均有控制和操作電源。2.2.2高頻開關(guān)電源的特點(diǎn)〔1交流電源經(jīng)濾波整流后,將濾波后的直流電源變換為數(shù)十或數(shù)千Hz的高頻方波或準(zhǔn)方波交流電,通過高頻變壓器隔離后,再高頻整流濾波,最后輸出直流電壓。通過取樣比較放大及控制驅(qū)動電路,控制變換器中功率開關(guān)管的占空比,得到穩(wěn)定的輸出電壓?！?充電方式采用高頻開關(guān)電源模塊,體積小,重量輕,容量大?！?采用N+1備份,經(jīng)濟(jì)性好,可靠性高?！?模塊本體能自動均流,充電電流連續(xù)可調(diào),充電方式全部按程序進(jìn)行,模塊可任意并聯(lián),并可在線操作?！?隔離性好,設(shè)有完善的自我保護(hù)系統(tǒng)?！?功率因數(shù)高,效率高。2.3充電裝置充電裝置是整個系統(tǒng)中十分重要的組成部分。正常運(yùn)行時它向蓄電池提供浮充電流,同時向控制、信號、保護(hù)、自動裝置等常規(guī)負(fù)荷供電。在蓄電池放電后,向蓄電池提供浮充或均充電能。2.3.1充電裝置的技術(shù)特性要求〔1應(yīng)滿足蓄電池組的充電和浮充電要求?！?應(yīng)為長期連續(xù)工作制?！?充電裝置應(yīng)具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流亦限流性能?！?應(yīng)具有自動和手動浮充電、均衡充電和穩(wěn)流、限流充電功能?！?充電裝置的交流電源輸入宜為三相制,額定頻率為50HZ,額定電壓為380〔1±10％V。〔61組蓄電池配套1套充電裝置的直流系統(tǒng),充電裝置的交流電源宜設(shè)2個回路,運(yùn)行中1回路工作,另一回路備用。當(dāng)工作電源故障時,應(yīng)自動切換到備用電源。2.3.2充電裝置的類型及特點(diǎn)〔1可控硅充電模塊可控硅充電模塊交流輸入側(cè)有隔離變壓器,使得電網(wǎng)側(cè)的交流干擾減少,對模塊的沖擊相應(yīng)減少。缺點(diǎn)是:紋波較大,不能使用于免維護(hù)電池；體積大,屏面數(shù)增多；在模塊備份方面目前只能冷備份,如果時間長,則可能導(dǎo)致冷備份的設(shè)備故障；如果控母調(diào)壓模塊為硅鏈調(diào)壓裝置,則充電模塊的紋波將直接傳到控母上?；驹拇?溫升嚴(yán)重,效率低?！?高頻開關(guān)充電模塊高頻開關(guān)電源模塊采用脈寬調(diào)制<PWM>技術(shù),開關(guān)頻率可高達(dá)20-500kHz,縱向金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管<MOSFET>,絕緣雙極晶體管<IGBT>等新型功率電子元器件的應(yīng)用,提高了開關(guān)頻率及技術(shù)性能,使直流電源設(shè)備體積小、重量輕、精度高。與可控硅整流器相比,技術(shù)性能優(yōu)越。高頻開關(guān)充電模塊與可控硅充電模塊性能比較見表1表1.高頻開關(guān)充電模塊與可控硅充電模塊性能比較電源類型高頻開關(guān)充電模塊可控硅充電模塊交流電源電壓380V±20％380V±10％直流輸出電壓90—160V/190—275V80－160V/190—275V工作頻率20—500kHz50Hz穩(wěn)壓,穩(wěn)流精度<0.5%>1%紋波系數(shù)<0.1%>2%動態(tài)響應(yīng)≤200us>100ms噪音40—50db60db效率>90%<75%功率因數(shù)>0.92<0.7閥控式鉛酸蓄電池的充電,要求有高精度的恒壓充電,其穩(wěn)壓精度<1％,電壓超過1%會引起過充,過充后內(nèi)部氣壓大,閥自動打開,使水分損失,并影響電池壽命,因此配套該種電池,選擇高頻開關(guān)充電模塊是合適的。同時,微機(jī)型繼電保護(hù)、監(jiān)控管理、自動裝置等的大量應(yīng)用,也對電源設(shè)備的技術(shù)參數(shù)提出了較高的要求,而高頻開關(guān)充電模塊能很好地響應(yīng)這些要求?！?高頻開關(guān)模塊的基本原理電力用高頻開關(guān)電源與一般的開關(guān)電源在基本原理上基本一致,其組成框圖如圖2所示。濾波器濾波器一次整流功率因數(shù)改善電路DC/DC變換二次整流直流輸出交流輸入取樣電路比較器通斷時間比例控制電路圖2電力用開關(guān)電源組成框圖交流輸入電壓經(jīng)過濾波器,再經(jīng)過一次整流與電容平滑后變?yōu)橹绷麟妷?再經(jīng)過功率因數(shù)改善電路,加到開關(guān)元件上,變?yōu)槊}沖狀的交流電壓,此交流電壓經(jīng)高頻變壓器隔離變換后,再經(jīng)二極管二次整流,由電感和電容濾波后即變?yōu)橹绷鬏敵鲭妷?。?jīng)過輸出取樣電路,通過比較電路與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,其誤差電壓通過通/斷時間比例控制電路控制開關(guān)元件的通/斷時間,從而調(diào)整輸出電壓。當(dāng)然還有實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)的附加電路,要符合主回路的控制方式。在電力系統(tǒng)中,直流電源的輸出多為220V或110V,無論是輸出電壓等級還是輸出功率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的開關(guān)電源。因此在電力用開關(guān)電源中,開關(guān)元件及二次整流二極管均采用高壓大電流的元器件?！?開關(guān)電源系統(tǒng)運(yùn)行方式根據(jù)母線設(shè)置情況,開關(guān)電源系統(tǒng)可組成三種方式：1單母線方式蓄電池組電池數(shù)目不多,均充電時母線電壓不會超過控制負(fù)荷電壓允許范圍,合閘母線和控制母線合二為一,每組蓄電池設(shè)一組開關(guān)電源模塊。這種方式多用于高壓站和發(fā)電廠,如圖3所示。開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊···交流輸入均流直流負(fù)荷蓄電池組圖3單母線方式2控制、動力母線分別設(shè)置,單組模塊方式單組電源模塊與動力母線并聯(lián),控制負(fù)荷通過自動調(diào)壓裝置獲得電源。該方式要求自動調(diào)壓裝置具有較高的可靠性,多用于中、低壓站,如圖4所示。開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊···交流輸入均流動力負(fù)荷蓄電池組控制負(fù)荷動力母線控制母線調(diào)壓裝置圖4控制、動力母線分別設(shè)置,單組模塊方式3控制、動力母線分別設(shè)置,雙組模塊方式將電源模塊分成兩組,一組輸出與動力母線并聯(lián),另一組輸出與控制母線并聯(lián),動力母線和控制母線之間設(shè)置自動調(diào)壓裝置,在正常情況下,控制母線負(fù)荷由電源模塊提供,自動調(diào)壓裝置由于承受反壓處于備用狀態(tài),只有當(dāng)交流輸入停電或控制母線的所有模塊故障時,自動調(diào)壓裝置才投入運(yùn)行。這種方式多用于較為重要的中、低壓站,如圖5所示。開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊···交流輸入均流動力負(fù)荷蓄電池組控制負(fù)荷動力母線控制母線調(diào)壓裝置開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊···均流圖5控制、動力母線分別設(shè)置,雙組模塊方式〔5高頻開關(guān)電源模塊配置傳統(tǒng)的可控硅整流直流電源系統(tǒng)的充電裝置采用主從備份方式,當(dāng)一臺充電/浮充電裝置發(fā)生故障時,一般通過手動方式將備用充電/浮充電裝置投入使用,這種備用方式的可靠性差,運(yùn)行和維護(hù)工作量大,充電柜數(shù)量多,占地面積大。高頻開關(guān)電源充電裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,備份方式為N＋1熱備份,即包括備份模塊在內(nèi)的所有電源模塊同時工作,當(dāng)系統(tǒng)中某一電源模塊故障時,該模塊自動退出工作而其它模塊仍保證系統(tǒng)正常工作,這種備份方式的優(yōu)點(diǎn)在于可靠性高,系統(tǒng)占地面積小,配置靈活,擴(kuò)容方便,運(yùn)行于維護(hù)工作量小。高頻開關(guān)模塊數(shù)量按如下公式選擇：N模塊額定電流之和≥最大經(jīng)常負(fù)荷+蓄電池要求的充電電流〔閥控式鉛酸電池約為0.1-0.2C。例如:常規(guī)110kV的變電所直流系統(tǒng)電壓為DC220V,蓄電池的容量為100Ah,則充電電流<0.1C×100Ah>+最大經(jīng)常性負(fù)荷<約10A>=20A。若選用5A的高頻電源模塊,4只模塊就可滿足負(fù)荷要求<N=4>,再加一個備用模塊并聯(lián),總共選5只5A的高頻開關(guān)模塊。根據(jù)有關(guān)方面的規(guī)定：1對具有一組蓄電池的直流系統(tǒng)可設(shè)1套或2套高頻開關(guān)電源充電裝置；2對具有2組蓄電池的直流系統(tǒng),可設(shè)2套或3套高頻開關(guān)充電裝置；3對具有1組蓄電池設(shè)1套高頻開關(guān)充電裝置和具有2組蓄電池設(shè)2套高頻開關(guān)電源充電裝置的直流系統(tǒng),其整流模塊應(yīng)按<N+1>的冗余配置；4對具有1組蓄電池設(shè)置,2套高頻開關(guān)電源充電裝置；2組蓄電池設(shè)置3套高頻開關(guān)充電裝置；2組蓄電池設(shè)置3套高頻開關(guān)充電裝置的直流系統(tǒng),其整流模塊不在按<N+1>冗余配置。220kV變電站的直流系統(tǒng)一般采用2組蓄電池配2套<N+1個模塊>或3套<N個模塊>的高頻開關(guān)電源充電裝置。35～110kV變電站的直流系統(tǒng)一般選用一組蓄電池配1套<N+1個模塊>或2套<N個模塊>高頻開關(guān)充電裝置?！?電力用開關(guān)電源的重要技術(shù)指標(biāo)1均流不平衡度由于電力用開關(guān)電源模塊采用并聯(lián)運(yùn)行,電源模塊中應(yīng)包括均流電路實(shí)現(xiàn)模塊間的功率均勻分配。通常對于電力用電源模塊,其負(fù)載均分不平衡度應(yīng)不大于5%。2交流輸入范圍對于電力用直流電源,交流輸入電壓范圍是一個很重要的指標(biāo)。輸入電壓的額定電壓因各國不同而異,例如：美國規(guī)定的交流輸入電壓為120V,歐洲為220V～240V,日本為100V及200V,我國為220V及380V。電力部規(guī)定直流電源輸入交流電壓范圍為-15%～10%。但由于我國電力設(shè)施還不完善,交流電壓波動范圍較大,尤其在偏遠(yuǎn)地區(qū)的35kV變電站,交流電壓波動經(jīng)常超過上述范圍,因此電力用開關(guān)電源模塊應(yīng)適當(dāng)拓寬交流輸入范圍。3功率因數(shù)開關(guān)電源由于輸入端有整流、電容平波電路,使其輸入電流呈尖脈沖狀,功率因數(shù)通常只有0.6～0.7,將對電網(wǎng)造成諧波污染,造成電力公害,干擾其它用電設(shè)備,使測量儀表產(chǎn)生較大誤差。為降低電源裝置對電網(wǎng)的污染,EMI及EMC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對不同功率等級電源裝置的功率因數(shù)及諧波電流值有明確的規(guī)定,因此電力用開關(guān)電源需加功率因數(shù)改善電路。其基本方法有兩種：無源功率因數(shù)校正〔PFC和有源功率因數(shù)校正〔APFC。無源功率因數(shù)校正方法是在輸入端加入電感量很大的低頻電感,并降低濾波電容的容量,以便減小濾波電容充電電流的尖峰,校正后的功率因數(shù)能達(dá)到0.9以上,一般用于三相輸入的大功率的開關(guān)電源模塊。有源功率因數(shù)校正方法是在輸入端加入高頻開關(guān)管及相應(yīng)的控制器,控制器通過采集交流輸入的電壓信號和電流信號,控制開關(guān)管的開通與關(guān)斷,從而使輸入電流平均值波形始終跟隨輸入電壓波形,可使功率因數(shù)接近于1。美國UnitrodeIC公司已開發(fā)成功UC3854等APHC的控制用集成電路。目前國內(nèi)有源功率因數(shù)校正方法主要用于單相輸入的電源模塊,三相輸入的有源功率因數(shù)校正方法尚不成熟。4穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度和紋波系數(shù)近些年閥控密封鉛酸蓄電池得到了廣泛的推廣普及,其與防酸隔爆蓄電池及鎘鎳堿性電池相比,具有以下特點(diǎn)：無需添加水和調(diào)酸的比重等維護(hù)工作,具有免維護(hù)功能；不漏液、無酸霧,自放電電流??；電池壽命長,正常溫度下的浮充壽命可達(dá)10~15年；結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好,抗震動性能好；不存在鎘鎳堿性電池的"記憶效應(yīng)"。但閥控密封鉛酸蓄電池對充電裝置的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度和紋波系數(shù)要求嚴(yán)格,不允許過充電和欠充電。作為與之配套的開關(guān)電源,電力部有著嚴(yán)格的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度和紋波系數(shù)指標(biāo)的要求。〔7電力用開關(guān)電源的散熱方式由于開關(guān)電源是由電阻、電容、電力電子器件等按照一定的電路方式組成,在進(jìn)行功率變換過程中,會產(chǎn)生功率損耗,因此必須進(jìn)行散熱處理,可采用自冷或風(fēng)冷的散熱方式。早期電力用開關(guān)電源模塊,采用自冷的方式較多,多用于電壓等級不高,直流系統(tǒng)容量不大的變電站。隨著電力系統(tǒng)高壓站及發(fā)電廠直流電源也逐步采用開關(guān)電源,體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自冷模塊的溫控風(fēng)冷大功率電源模塊得到了廣泛的應(yīng)用。電力用直流系統(tǒng)中的負(fù)荷包括兩個部分：蓄電池組充電電流和控制負(fù)荷電流。由于蓄電池組長期處于浮充狀態(tài),充電電流很小,加上控制負(fù)荷較小,因此整個充電裝置長期處于輕載狀態(tài)。電源模塊內(nèi)部設(shè)溫度檢測裝置,用于控制風(fēng)機(jī),在輕載時,模塊內(nèi)部溫度未達(dá)到風(fēng)機(jī)啟動溫度,模塊工作在自冷狀態(tài)；在對蓄電池進(jìn)行大電流均充電時,模塊內(nèi)部溫度上升,風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),對模塊進(jìn)行散熱。這樣既能達(dá)到散熱效果,也能延長風(fēng)機(jī)的使用壽命?！?電力用直流開關(guān)電源發(fā)展方向1軟開關(guān)技術(shù)為使開關(guān)電源輕、小、薄,發(fā)展趨勢是高頻化。而高頻化使傳統(tǒng)的PWM功耗加大、效率降低、噪聲增加。因此軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的發(fā)展主流,目前國內(nèi)已有多家電源廠商研制成功軟開關(guān)技術(shù)的電力用開關(guān)電源模塊,并投入應(yīng)用。2熱插拔一體化由于電力用開關(guān)電源模塊均工作在直流電源屏內(nèi),為便于屏內(nèi)走線及安裝維護(hù),國內(nèi)外電力電源廠商已廣泛采用模塊輸入輸出熱插拔一體化端口,實(shí)現(xiàn)火力插拔。3電源模塊智能化目前我國電力系統(tǒng)正大力發(fā)展變電站、發(fā)電廠綜合自動化,作為二次設(shè)備,電力用直流電源系統(tǒng)也朝著智能化方向發(fā)展。直流系統(tǒng)均要求配置監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)的智能化管理及蓄電池組的自動維護(hù),同時與上級監(jiān)控實(shí)現(xiàn)通訊。在中、低壓站,直流系統(tǒng)通常采用集中監(jiān)控方式；而在高壓站和發(fā)電廠,鑒于對可靠性的進(jìn)一步要求,智能化電源模塊應(yīng)運(yùn)而生。智能化電源模塊內(nèi)置CPU,可實(shí)現(xiàn)自身的智能管理,與系統(tǒng)監(jiān)控通過通訊總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及命令傳遞。目前這種智能電源模塊已在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。2.4直流配饋電系統(tǒng)直流饋電單元是將直流源通過負(fù)荷開關(guān)送至各用電設(shè)備的配電單元。根據(jù)負(fù)荷的功能不同,饋線回路可分為：控制回路和合閘回路,各回路所用負(fù)荷開關(guān)均選用直流斷路器,分?jǐn)嗄芰υ?kA以上,保證在直流負(fù)荷側(cè)發(fā)生故障時相應(yīng)支路可靠分?jǐn)?其容量與本系統(tǒng)上下級開關(guān)相匹配,以保證開關(guān)動作的選擇性。直流系統(tǒng)線、系統(tǒng)電壓、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、操作和保護(hù)電器選擇是直流饋電系統(tǒng)設(shè)計的主要問題。2.4.1直流系統(tǒng)接線電氣主接線的形式一般有：單母線及單母線分段、雙母線及雙母線分段、帶旁路母線的單母線和雙母線接線、一臺半斷路器及4/3臺斷路器接線、變壓器母線接線、單元接線、橋形接線等。直流系統(tǒng)接線應(yīng)力求簡單、安全可靠、維護(hù)操作方便。在DL/T-1995《火力發(fā)電廠和變電所直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中有規(guī)定,發(fā)電廠和變電站的直流系統(tǒng)應(yīng)采用單母線或單母線分段接線。單母線接線簡單、清晰,但可靠性與靈活性差,一般用在110kV以下的變電站；單母線分段接線可靠性較高,任一段母線出現(xiàn)故障或需要檢修都不影響供電,一般都建議220kV和500kV變電站采用單母線分段接線。2.4.2直流系統(tǒng)額定電壓在DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》4.2.1直流系統(tǒng)電壓中提到：專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)宜采用110V；專供動力負(fù)荷的直流系統(tǒng)宜采用220V；控制負(fù)荷和動力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)采用220V或110V。變電站的直流系統(tǒng)目前大多是控制負(fù)荷和動力負(fù)荷和并供電的直流系統(tǒng),因此系統(tǒng)電壓采用110V或220V都可以,具體根據(jù)實(shí)際情況和要求來定。2.4.3直流系統(tǒng)饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計在DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》4.6.1中規(guī)定：直流網(wǎng)絡(luò)宜采用輻射供電方式。直流饋電網(wǎng)絡(luò)宜采用輻射供電方式。小容量<200Ah以下>蓄電池直流系統(tǒng),由于供電范圍小,可以是在蓄電池接入直流母線后直接給負(fù)荷分別供電的兩級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。中大容量<200Ah以上>的蓄電池直流系統(tǒng),由于供電范圍大,可以在負(fù)荷集中處設(shè)直流分電柜,由直流分電柜給負(fù)荷供電,包括大負(fù)荷的再分配,也只形成3～4級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。幅射饋電網(wǎng)絡(luò),對負(fù)荷施行單一供電,因而互不影響,分電柜方式也節(jié)省了電纜,另外給查找接地、保護(hù)設(shè)備選擇方面均帶來方便。2.4.4操作保護(hù)電器選擇直流回路中,保護(hù)電器通常采用熔斷器和自動空氣斷路器。由于自動空氣斷路器具有外形美觀、體積小、易安裝、可靠性高等特點(diǎn),故現(xiàn)在直流系統(tǒng)的饋電開關(guān)往往采用自動空氣斷路器,并帶有輔助接點(diǎn),以供監(jiān)控單元采集饋出斷路器的狀態(tài)信息。2.5蓄電池組2.5.1蓄電池的型式〔1有關(guān)的設(shè)計規(guī)定在DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于蓄電池類型的規(guī)定有:1大型和中型發(fā)電廠,220kV及以上變電所和直流輸電換流站宜采用防酸式鉛酸電池或閥控式密封鉛酸蓄電池。2小型發(fā)電廠及110kV變電所宜采用閥控式密封鉛酸蓄電池,防酸式鉛酸蓄電池,也可采用中倍率鎳鎘堿性蓄電池。335kV及以下變電所和發(fā)電廠輔助車間宜采用閥控式密封鉛酸蓄電池,也可采用高倍率鎳鎘堿性蓄電池。目前變電站直流系統(tǒng)里所用的蓄電池一般都采用閥控式密封鉛酸蓄電池?！?閥控式鉛酸密封電池的主要特點(diǎn)蓄電池的種類一般分為鉛酸電池,鎳鎘電池和鉛酸免維護(hù)電池。20世紀(jì)發(fā)展起來的閥控式密封鉛酸蓄電池,具有安裝方便、維護(hù)工作量小、不污染環(huán)境、可靠性高、電池壽命長等優(yōu)點(diǎn),因此近幾年在電力系統(tǒng)、電信、鐵路等部門被大量使用,逐漸取代了傳統(tǒng)的固定式防酸式鉛酸蓄電池及其他堿性蓄電池,與高頻開關(guān)電源配套,成為電力系統(tǒng)變電站典型直流電源系統(tǒng)配置。由于閥控鉛酸蓄電池對傳統(tǒng)的防酸式鉛酸蓄電池做出了重要改進(jìn),使其具有體積小、自放電小、維護(hù)工作量少、對環(huán)境無腐蝕、污染等優(yōu)良特性,因此它與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比有明顯的優(yōu)點(diǎn):1免維護(hù)。變電站用GFM系列閥控鉛酸蓄電池帶荷電出廠,安裝后即可投人使用,無需配制灌注電解液和長時間初充電。高效率的氣體內(nèi)部再化合,密封反應(yīng)效率可達(dá)90%以上,水損耗很少,在整個使用壽命周期無需加入和調(diào)整電液密度。在正常使用條件下,不必?fù)?dān)心電解液缺少而影響蓄電池壽命。整流充電裝置按閥控鉛酸蓄電池出廠充電電壓設(shè)定,無需值班人員進(jìn)行操作,只需專業(yè)人員定期檢測電池端電壓和放電容量即可。2密封、安全可靠。閥控鉛酸蓄電池采用密封結(jié)構(gòu),正常使用時無酸液滲出或酸霧溢出,采用安全閥及濾酸片,外遇明火不爆炸。內(nèi)部壓力達(dá)到限定值時安全閥自動開啟排氣,低于限定值時安全閥自動關(guān)閉,不會因?yàn)檫^充電造成蓄電電池爆裂。電池可立放,也可臥放使用。3工程造價低、節(jié)省投資。閥控鉛酸蓄電池不污染設(shè)備和環(huán)境,可與微機(jī)繼電保護(hù)等控制保護(hù)裝置同室使用,不需專設(shè)蓄電池室,可采用多層次迭放,占地面積小,節(jié)約工程投資。另外,由于采用特殊的鉛基合金緊裝配,避免了活性物質(zhì)的脫落；采用合理的設(shè)計結(jié)構(gòu),使蓄電池有較長的使用壽命,2V系列可達(dá)10~12年,12V系列可達(dá)3-5年。閥控鉛酸蓄電池以其優(yōu)良的特性為電力、電信、金融信息等行業(yè)的現(xiàn)代化管理創(chuàng)造了有利的電源條件,可減少諸多日常維護(hù)工作,為電力系統(tǒng)變電站實(shí)現(xiàn)無人值守和微機(jī)集中監(jiān)控提供了有利條件。2.5.2蓄電池組的運(yùn)行蓄電池的運(yùn)行方式有浮充方式、均充方式、充電-放電方式、快速充電方式和放電5種:<1>浮充電方式。充電裝置既提供給直流母線負(fù)載電流,又提供給蓄電池組浮充電流,以維持蓄電池滿充電狀態(tài)。不同類型的蓄電池其浮充電壓值不同,在25℃環(huán)境溫度下,一般按2.25V/單體計算。充電設(shè)備的輸出浮充電電壓值必須保持在±1%的誤差之內(nèi),紋波比例不大于2%。當(dāng)環(huán)境的平均溫度高于25℃時,浮充電壓值應(yīng)減小；反之,則應(yīng)增大。在不同的環(huán)境溫度下,浮充電壓的校正系數(shù)可取士3mw<℃·單體>。對有溫度補(bǔ)償功能的浮充電設(shè)備,應(yīng)對浮充電壓值進(jìn)行調(diào)整。一般裝設(shè)于變電站繼電保護(hù)室的蓄電池柜,應(yīng)通過空調(diào)裝置和柜內(nèi)通風(fēng)保持蓄電池的溫度值。<2>均充方式。均充方式首先以0.1C恒流限壓充電,當(dāng)蓄電池電壓達(dá)設(shè)定限壓值時,再恒壓限流充電,達(dá)到設(shè)定時間后自行停止。此種方式一般在蓄電池放電后進(jìn)行補(bǔ)充電時采用,也可通過充電設(shè)備定期采用均充方式補(bǔ)充蓄電池自放電容量。均恒充電電流一般定為0.1C,均恒充電電壓為2.4V/單體,根據(jù)蓄電池的不同可按產(chǎn)品說明具體執(zhí)行。<3>充電--放電方式。充電--放電方式即蓄電池充好電后直接帶負(fù)荷運(yùn)行,放電容量接近50%后再充電的方式。循環(huán)使用的蓄電池一般采用此種方式,電力系統(tǒng)很少采用此種方式,只是在考核蓄電池容量時采用此種方式。首先將蓄電池接人負(fù)荷,按0.1C放電,放電至允許終止電壓時再按均充電方式恢復(fù)蓄電池容量。<4>快速充電方式。當(dāng)蓄電池組因某種原因深度放電后,可通過快速充電方式補(bǔ)充蓄電池容量。快速充電的電壓可根據(jù)蓄電池的性能按均充電壓值提高0.7V/單體,但應(yīng)嚴(yán)格控制時間,一般不大于12h,然后轉(zhuǎn)為浮充方式。快速充電電流應(yīng)小于0.5C,并控制蓄電池的工作溫度不得高于35℃。<5>放電。閥控鉛酸蓄電池的放電容量隨放電電流<放電率>的變化而變化。放電電流小,蓄電池的放電容量就大；反之,蓄電池放電容量就小。由于深度放電會直接影響蓄電池的使用壽命,因此運(yùn)行中應(yīng)避免發(fā)生蓄電池深度放電,并根據(jù)不同的放電電流確定放電終止電壓,以保證蓄電池的放電終止電壓。當(dāng)變電站充電裝置因失去交流造成變電站蓄電池大電流放電時,變電站值班人員應(yīng)設(shè)法控制直流系統(tǒng)負(fù)荷,避免蓄電池長時間、大電流放電。另外,蓄電池放電容量與環(huán)境溫度有著密切關(guān)系,溫度低,放電容量就?。环粗?溫度高,放電容量就大,但過高的溫度會嚴(yán)重?fù)p壞蓄電池使用壽命,蓄電池的最佳工作溫度為20-25℃。蓄電池組正常應(yīng)在浮充電方式下運(yùn)行,即浮充電裝置與蓄電池組并聯(lián)在直流母線上。浮充電裝置承擔(dān)經(jīng)常負(fù)荷,同時以不大的電流向蓄電池浮充電,以補(bǔ)償自放電的損失。這種方式可以隨時保證蓄電池組能在事故停電時的全容量放電。2.5.3蓄電池個數(shù)及終止電壓的確定〔1個數(shù)確定原則1蓄電池組在正常浮充電方式下,直流母線電壓應(yīng)為直流系統(tǒng)額定電壓的105％；其它運(yùn)行方式下直流母線電壓不應(yīng)超出直流用電設(shè)備所允許的電壓波動范圍。2蓄電池的終止電壓按各事故放電階段應(yīng)滿足直流母線最低允許電壓來確定?！?蓄電池個數(shù)確定以DC220V直流系統(tǒng)為例1正常浮充電方式下n=1.05U=14\*alphabeticn／Uf=1.05×220/2.25=102.67〔個考慮有一點(diǎn)余量,可取103或104個式中U=14\*alphabeticn:直流系統(tǒng)額定電壓V,取220VU=6\*alphabeticf：蓄電池浮充電壓,V/個．取2.25V/個；2均衡允電時,直流母線電壓；U=103×2.4=247.2<247.5V式中U均衡充電時的母線電壓,V,不大干112.5％U=14\*alphabeticn即247.5V；U=3\*alphabeticc電池的均允電壓,V/個取2.40V/個3蓄電池的終止電壓：U=13\*alphabeticm>0.875U=14\*alphabeticn／n=1.869V、取1.87V式中U=13\*alphabeticm每個電池的終止電壓,V/個目前在電力系統(tǒng)中較為普及的閥控密封鉛酸蓄電池按單元電壓分2V、6V、12V三種。根據(jù)計算,通常在DC220V系統(tǒng)中,蓄電池組的個數(shù)對于單體2V的蓄電池只能選擇在103或104個。但是大多數(shù)小型電力工程的220V直流系統(tǒng)的蓄電池均選用200Ah以下蓄電池,大多選用12V或6V組合體蓄電池。采用12V蓄電池時所需要的個數(shù)n＝1.05U=14\*alphabeticn/U=6\*alphabeticf=1.05×220/<6×2.25>=17.11〔個式中U=14\*alphabeticn為直流系統(tǒng)額定電V,取220V式中U=6\*alphabeticf蓄電池浮充電壓,V/個．取2.25V/個；考慮有一點(diǎn)余量,取n為18個2.5.4蓄電池組數(shù)和放電回路DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》第4.3.2條規(guī)定:220-500kV變電所應(yīng)裝設(shè)不少于2組蓄電池。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。DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中還規(guī)定到：每組蓄電池均應(yīng)設(shè)有專門的試驗(yàn)放電回路。試驗(yàn)設(shè)備,宜經(jīng)隔離和保護(hù)電器直接與蓄電池組出口回路并聯(lián)。宜采用移動式設(shè)備。蓄電池長期處于浮充電狀態(tài)運(yùn)行時,容量會下降,是因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)發(fā)生較大的電化學(xué)變化所引起的,為保證蓄電池有足夠的容量,方法是定期進(jìn)行核對性充放電對蓄電池活化和對容量進(jìn)行核對,讓電池內(nèi)正極活性物質(zhì)中保留較多的Pb02粒子,便于恢復(fù)充電過程中作為生長新粒子的結(jié)晶中心,以提高充電電流的效率,恢復(fù)電池的容量,確保蓄電池始終能運(yùn)行在90%以上的容量。滿足當(dāng)交流事故停電時,發(fā)電廠事故停機(jī)和變電所的事故處理時直流負(fù)荷的需要。對于已運(yùn)行三年以上的電池,最好能每年進(jìn)行一次核對性放電試驗(yàn),放出額定容量的30—40%.每三年進(jìn)行一次容量測試,放出額定容量80%。2.5.5蓄電池容量選擇選擇蓄電池容量首先要進(jìn)行直流負(fù)荷統(tǒng)計,直流負(fù)荷按性質(zhì)可分為:經(jīng)常性負(fù)荷、事故負(fù)荷、沖擊負(fù)荷。經(jīng)常負(fù)荷主要包括變電站內(nèi)的保護(hù)控制、自動化、通訊信號。事故負(fù)荷是指變電站在全所停電后,必須由直流電源供電的負(fù)荷。在變電站內(nèi)主要是指事故照明、不間斷電源系統(tǒng)<UPS>、通訊備用電源等負(fù)荷。沖擊負(fù)荷是指極短的時間內(nèi)施加的很大的負(fù)荷電流。在35-220kV變電站中這類負(fù)荷主要是指電磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器分合閘電流。據(jù)上述三種直流負(fù)荷統(tǒng)計,可計算出事故狀態(tài)下變電站內(nèi)直流持續(xù)放電容量。關(guān)于蓄電池放電時間在DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計規(guī)程》第5.2.2條規(guī)定:有人值班變電所,全所交流電源事故停電時間按1h計算,無人值班變電所,全所交流事故停電時間按2h計算。對無人值班變電所,主要是考慮到事故停電后增加維修人員前往變電所的路途時間1h,但對事故照明負(fù)荷可按1h小時計算,因?yàn)槭鹿收彰骺刹捎镁S修人員手投方式。蓄電池容量選擇的計算方法有電壓控制法與階梯負(fù)荷法。為保證事故放電初期,放電末期蓄電池仍能保持一點(diǎn)的電壓水平,并能再次承受沖擊負(fù)荷,蓄電池容量還應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)脑６?。根?jù)據(jù)算,目前的220kV的變電站,直流系統(tǒng)額定電壓取220V,蓄電池選擇兩組時,蓄電池容量一般為300-400Ah；110kV變電站,直流系統(tǒng)額定電壓取220V,蓄電池選擇一組時,蓄電池容量一般為100-200Ah；35kV變電站,直流系統(tǒng)額定電壓取220V,蓄電池選擇一組時,蓄電池的容量一般為100Ah。2.6監(jiān)控裝置2.6.1直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置的發(fā)展和現(xiàn)狀電力系統(tǒng)的直流系統(tǒng)是供給操作、繼電保護(hù)、動力設(shè)備使用的電源,其運(yùn)行情況的好壞直接影響發(fā)電廠和變電站所能否正常運(yùn)行。變電站的直流系統(tǒng),是繼電保護(hù)、自動裝置和斷路器正確動作的基本保證,其穩(wěn)定運(yùn)行對防止系統(tǒng)破壞、事故擴(kuò)大和設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞至為重要。如何加強(qiáng)對直流系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和故障的分析,并采取相應(yīng)對策,是電力系統(tǒng)需要解決的問題。過去,電力系統(tǒng)的各個變電站都有人值守,可以對直流設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定期檢查,因而可以及時發(fā)現(xiàn)并處理其出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象,保證變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前,電力系統(tǒng)推廣無人值班變電站,雖然調(diào)度中心可以通過遠(yuǎn)動通道獲取變電站運(yùn)行情況的實(shí)時信息,但是對于直流部分只能得到少量的重要信息。它不能反映直流系統(tǒng)運(yùn)行的詳細(xì)信息,特別是它不能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)剛剛開始出現(xiàn)異常運(yùn)行的情況,直到長期異常運(yùn)行發(fā)展為故障時才上發(fā)調(diào)度,此時,事故已經(jīng)開始擴(kuò)大,如果能在異常現(xiàn)象剛出現(xiàn)時就及時發(fā)現(xiàn)并及時處理,就可以避免異常情況擴(kuò)大。所以需要設(shè)備維護(hù)人員對其進(jìn)行定期檢查。此外,對直流設(shè)備運(yùn)行的控制也是由維修人員進(jìn)行現(xiàn)場操作的。變電站多,維護(hù)人員少,顯然無法保證按期按量完成。在這種情況下,直流監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它的主要作用就是把各個變電站的直流設(shè)備信息送到監(jiān)控中心,供其查詢,同時監(jiān)控中心也可以向各站發(fā)送控制命令。這樣,維護(hù)人員不但可以在監(jiān)控中心對直流設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控,還可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的不正常狀態(tài),及時處理,而不等其發(fā)展演變成事故。所以,直流監(jiān)控系統(tǒng)的建立,可以節(jié)省人力物力,提高工作效率。電力操作電源由傳統(tǒng)的相控電源逐步向模塊化的高頻開關(guān)電源轉(zhuǎn)變,監(jiān)控方面,隨著控制技術(shù),微處理技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,電力操作電源正有模擬化的監(jiān)控,保護(hù)向數(shù)字化、模塊化、智能化轉(zhuǎn)變,適應(yīng)了電力系統(tǒng)綜合自動化,變電站無人值守的發(fā)展趨勢。由于發(fā)電廠、變電所及電力調(diào)度部門均采用了計算機(jī)監(jiān)測、監(jiān)控技術(shù)。直流電源系統(tǒng)是電力工程中電氣系統(tǒng)的一個組成部分。它對保證電力系統(tǒng)自動化裝置的應(yīng)用和可靠性起到重要作用。它的技術(shù)條件、基本參數(shù)、基本功能、安全性能、結(jié)構(gòu)工藝等均應(yīng)滿足DL/T856—2003《電力用直流電源監(jiān)控裝置》電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定監(jiān)控的主要內(nèi)容有充電電壓、電流穩(wěn)定運(yùn)行的自動調(diào)整,浮充轉(zhuǎn)均充或均充轉(zhuǎn)浮充的按運(yùn)行方式自動轉(zhuǎn)換,主要直流斷路器的運(yùn)行狀態(tài)和事故報警,直流母線電壓的正常顯示和異常報警,直流系統(tǒng)絕緣狀態(tài)監(jiān)測,蓄電池在線檢測,逆變放電的自動調(diào)整等。2.6.2微機(jī)監(jiān)控裝置<1>微機(jī)監(jiān)控裝置的功能1實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的自動化管理監(jiān)控裝置應(yīng)能采集、顯示直流系統(tǒng)的故障告警及重要的開關(guān)量,如蓄電池回路空氣開關(guān)〔熔斷器的狀態(tài)。監(jiān)控裝置應(yīng)能測量、顯示直流系統(tǒng)的模擬量,如直流母線電壓、蓄電池充放電電流等。監(jiān)控裝置應(yīng)能控制整流器開關(guān)機(jī)及蓄電池充電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換,能根據(jù)蓄電池的容量狀況控制整流器對蓄電池組分別進(jìn)行恒流均充、恒壓均充和恒壓浮充。監(jiān)控裝置應(yīng)能根據(jù)需要自主調(diào)整整流器的輸出電壓。當(dāng)直流系統(tǒng)中的電池品牌及數(shù)量確后,該電池組的浮充和均充電壓也成為定值。但由于目前廣泛采用的閥控式密封鉛酸蓄電池對溫度較為敏感,此功能主要用于在浮充狀態(tài)下,對蓄電池組實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償,有利于延長電池的壽命。2蓄電池充放電的最優(yōu)化管理。監(jiān)控裝置應(yīng)能根據(jù)采集的信號,判斷蓄電池組的狀態(tài),自主調(diào)整充電狀態(tài),避免過充和欠充。3實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的"四遙"功能為了實(shí)現(xiàn)變電站的無人值守,作為變電站重要的二次設(shè)備,直流系統(tǒng)的運(yùn)行情況需通過變電站站內(nèi)監(jiān)控上傳至主站。為此,智能直流系統(tǒng)的監(jiān)控裝置需具備與上位機(jī)通訊的功能,通常監(jiān)控裝置采用串行口通訊方式,與變電站綜合自動化裝置實(shí)現(xiàn)通訊。常用的串行口通訊方式為RS232、RS422、RS485,現(xiàn)場總線也初見端倪。通訊雙方采用相同的通訊方式及相同的通訊參數(shù),如波特率、校驗(yàn)方式等,同時按照約定的通訊規(guī)約,即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。所謂"四遙"是指遙信、遙測、遙控和遙調(diào)。a.遙測系統(tǒng)母線電壓、負(fù)載總電流,電池電壓、電池充放電電流,各充電模塊的輸出電壓、輸出電流,母線對地絕緣情況b.遙信電池組熔斷器通斷狀態(tài)；電池電壓欠壓、過壓；電網(wǎng)電壓過高、過低；合閘控制母線過/欠壓,充電模塊故障,硅鏈故障、避雷器故障等c.遙控控制充電模塊開/關(guān)機(jī)、浮/均充轉(zhuǎn)換d.遙調(diào)充電模塊輸出電流無級限流控制<根據(jù)監(jiān)控單元的命令,在10%～100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)充電模塊輸出電流的限流點(diǎn)>；充電模塊輸出電壓調(diào)節(jié)控制<根據(jù)監(jiān)控單元的命令,調(diào)節(jié)充電模塊輸出電壓的大小>。其中遙信是指將直流系統(tǒng)的重要開關(guān)量和告警量通過通訊口上傳至上位機(jī)。遙測傳送的是直流系統(tǒng)的模擬量。而遙控則是指直流監(jiān)控裝置接收上位機(jī)指令,進(jìn)行整流器的開關(guān)操作和蓄電池組充電狀態(tài)的改變。由于直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置應(yīng)具有自主管理功能,為避免錯誤的操作,"遙控"和"謠調(diào)"功能在直流裝置與變電站當(dāng)?shù)乇O(jiān)控實(shí)現(xiàn)通訊時也可省略。〔2微機(jī)監(jiān)控裝置硬件設(shè)計1監(jiān)控裝置功能分類直流系統(tǒng)的監(jiān)控裝置應(yīng)包括單片機(jī)系統(tǒng)、信號測量功能模塊、信號控制模塊、人機(jī)交互功能模塊和遠(yuǎn)動通訊功能模塊。其中單片機(jī)系統(tǒng)包括單片機(jī)基本系統(tǒng)和擴(kuò)展部分,單片機(jī)基本系統(tǒng)一般采用微處理器作為CPU,如8位51系列微處理器、16位196系列微處理器及32位MC68300系列微處理器,目前較為流行的DSP隨著其價位的下調(diào),也可考慮。作為監(jiān)控裝置的核心,CPU的選擇可根據(jù)監(jiān)控裝置的功能進(jìn)行選擇,滿足監(jiān)控裝置的要求即可。其擴(kuò)展部分包括存儲器和接口擴(kuò)展,存儲器指RAM、EPROM、EEPROM,可根據(jù)所采用的微處理器的類型和系統(tǒng)的要求,對存儲器進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展。其接口也是根據(jù)系統(tǒng)需要擴(kuò)展,8255、8251等專用功能芯片都是常用的接口擴(kuò)展電路。信號測量功能模塊,是直流系統(tǒng)與其監(jiān)控裝置相互聯(lián)系的不可缺少的部分。信號數(shù)據(jù)采集的被檢測信號有多種類型,如模擬量、頻率量、開關(guān)量、數(shù)字量等。開關(guān)量和數(shù)字量可由CPU或其擴(kuò)展接口電路直接采集,模擬量通過各種傳感器,經(jīng)過放大、整形、轉(zhuǎn)換〔電流電壓變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電壓頻率轉(zhuǎn)換后輸入到CPU。監(jiān)控裝置應(yīng)能采集直流系統(tǒng)中重要的開關(guān)量,例如：直流系統(tǒng)在交流輸入端需安置避雷器,其提供常開或常閉觸點(diǎn),可選擇其中一對觸點(diǎn)由監(jiān)控裝置采集,在系統(tǒng)遭雷擊后,避雷器觸點(diǎn)動作,監(jiān)控裝置就可實(shí)時采集到其變化情況。圖6即為開關(guān)量采集的典型電路。圖6中開關(guān)量采集電路采用與CPU電源隔離的24V,被監(jiān)測對象提供一組觸點(diǎn)〔通常為常開觸點(diǎn),分別接至24V的GND和采集點(diǎn)。正常時,光耦TLP521原邊無電流通過,CPU采集TLP521副邊為高電平。當(dāng)該組觸點(diǎn)動作時,光耦原邊有電流流過,發(fā)光二極管亮,指示信號狀況,同時光耦副邊變?yōu)榈碗娖?CPU通過總線驅(qū)動器可采集到被監(jiān)測對象的開關(guān)量的變化情況。圖6開關(guān)量采集典型電路采集直流系統(tǒng)的各種模擬量,為監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)自動管理是信號測量采集功能模塊的基本功能。通常測量模擬量的電路,可采用A/D轉(zhuǎn)換及V/F變換電路。圖7為模擬量采集的典型電路。圖7為模擬量采集的典型電路監(jiān)控裝置的控制信號功能模塊是監(jiān)控裝置與控制對象相互聯(lián)系的重要部分。監(jiān)控裝置對采集的直流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后,輸出相應(yīng)的控制信號。單片機(jī)主要輸出3種形態(tài)的信號：數(shù)字量、開關(guān)量和頻率量,上述信號可由CPU直接產(chǎn)生,若需模擬量控制信號,可通過數(shù)模轉(zhuǎn)換或頻率電壓變換得到。以上輸出信號再由各種驅(qū)動電路來驅(qū)動相應(yīng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)控制功能。圖8和9為典型的開關(guān)量輸出和模擬量輸出電路。圖8開關(guān)量輸出典型電路圖9模擬量輸出典型電路智能型直流系統(tǒng)的監(jiān)控裝置應(yīng)配備人機(jī)交互設(shè)備,它是監(jiān)控系統(tǒng)與操作人員間交互窗口,是整個系統(tǒng)與外界聯(lián)系的紐帶和界面。一個安全可靠的監(jiān)控系統(tǒng)必須具有方便靈活的交互功能,它既能及時反映系統(tǒng)運(yùn)行的重要狀態(tài),又能在必要時實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)。人機(jī)交互功能模塊通常包括鍵盤〔按鍵或BCD碼撥號盤等、顯示器〔LED數(shù)碼管、LCD液晶顯示器或CRT等、打印機(jī)及報警系統(tǒng)等部分。監(jiān)控系統(tǒng)中的遠(yuǎn)動通訊模塊,擔(dān)負(fù)著直流系統(tǒng)與其他智能設(shè)備間信息交換的功能,目前串行通訊方式在直流系統(tǒng)的監(jiān)控裝置中得到廣泛應(yīng)用。2監(jiān)控裝置類型根據(jù)直流系統(tǒng)的具體情況,其監(jiān)控裝置通常采用多機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成分布式控制,除主機(jī)外可設(shè)置多種下位從機(jī)完成各種各樣的檢測控制,主機(jī)和從機(jī)間配備RS232、RS422或RS485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。針對電力工程直流系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況,通常監(jiān)控裝置可分為基本的3個部分：直流系統(tǒng)基本監(jiān)控、絕緣監(jiān)測裝置,蓄電池測試儀。3直流系統(tǒng)基本監(jiān)控作為直流系統(tǒng)監(jiān)控裝置中核心部分,基本監(jiān)控承擔(dān)了系統(tǒng)檢測、蓄電池管理、數(shù)據(jù)傳送等多種基本功能。目前在規(guī)模較大的直流系統(tǒng)中,基本監(jiān)控也可采用分布式結(jié)構(gòu),如在整流模塊的內(nèi)部設(shè)置CPU,將與整流模塊相關(guān)的一部分監(jiān)控電路移至整流模塊內(nèi)部,而監(jiān)控裝置則通過串行總線對整流模塊實(shí)施數(shù)據(jù)采集和管理。4絕緣監(jiān)測裝置變電站直流系統(tǒng)是不接地系統(tǒng),當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地時會引起繼電保護(hù)的誤動或拒動以及直流電動機(jī)的異常甚至損壞。直流操作電源需要配置絕緣監(jiān)測裝置,監(jiān)測直流系統(tǒng)的接地故障與絕緣水平。過去,往往使用絕緣監(jiān)察繼電器來完成對直流母線絕緣狀況的在線監(jiān)測,這種繼電器具有體積小,安裝方便的特點(diǎn),但只能反映整個直流系統(tǒng)的絕緣水平,不能確定具體的故障回路,需要逐個拉開回路來確定接地故障點(diǎn)。查找故障十分困難?，F(xiàn)在變電站內(nèi)使用的微機(jī)直流系統(tǒng)接地巡檢儀,除可監(jiān)視母線電壓與絕緣外,還可以對各直流接地支路進(jìn)行判斷,直流系統(tǒng)的接地信息可通過串行口傳送至本地監(jiān)控或后臺的監(jiān)控計算機(jī)。正常情況下,系統(tǒng)各支路對地絕緣電阻相近且較高,大于允許絕緣電阻值,裝置報警回路不動作,僅進(jìn)行常規(guī)工作,如正負(fù)母線電壓,正負(fù)母線絕緣電阻的巡回檢測,顯示。在支路或母線接地時或絕緣電阻降低超過允許值時,裝置報警并顯示相應(yīng)回路絕緣電阻值,查找接地故障非常方便。5蓄電池測試儀蓄電池測試儀是專門為蓄電池的智能化管理設(shè)計的,可對蓄電池的各種狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,它作為智能型直流系統(tǒng)的擴(kuò)充配置,原理和監(jiān)控單元一致,不同之處在于其測量對象是蓄電池組及每一組元<單元電池>。可對蓄電池的電壓、電流、溫度及容量進(jìn)行實(shí)時檢測,通過大屏幕漢字液晶顯示實(shí)時觀察蓄電池的單體信息,整組信息和故障信息,具有電池過壓、電池欠壓、回路過流、電池虧容、電池過溫、整組欠壓等告警功能,并設(shè)有串行通信接口,可將信息傳給監(jiān)控單元。根據(jù)這些信息,再結(jié)合科學(xué)的合理的充放電技術(shù),可保證蓄電池不會過充或過放電,有利于延長電池的使用壽命。2.7降壓裝置降壓單元就是降壓穩(wěn)壓設(shè)備,是合母電壓輸入降壓單元,降壓單元再輸出到控母,調(diào)節(jié)控母電壓在設(shè)定范圍內(nèi)〔110V或220V。當(dāng)合母電壓變化時,降壓單元自動調(diào)節(jié),保證輸出電壓穩(wěn)定。降壓單元也是以輸出電流的大小來標(biāo)稱的。降壓單元目前有兩種,一種是有級降壓硅鏈,一種是無級降壓斬波。有級降壓硅鏈有五級降壓和七級降壓,電壓調(diào)節(jié)點(diǎn)都是3.5V,也就是說合母電壓升高或下降3.5V時降壓硅鏈就自動調(diào)節(jié)穩(wěn)定控母電壓。無級降壓斬波就是一個降壓模塊,它比降壓硅鏈體積小,它沒有電壓調(diào)節(jié)點(diǎn)所以輸出電壓也比降壓硅鏈要穩(wěn)定,還有過壓、過流、和電池過放電等功能。不過目前無級降壓斬波技術(shù)還不是很成熟常發(fā)生故障,所以還是降壓硅鏈?zhǔn)褂幂^廣泛。當(dāng)然也可采用高頻開關(guān)式斬波調(diào)壓模塊,但隨著變電所開關(guān)設(shè)備的合閘電流大幅度減小,微機(jī)測控保護(hù)模塊就地布置,縮短了控制距離,通過適當(dāng)增大蓄電池容量,當(dāng)計算蓄電池終止電壓滿足要求時,可取消降壓裝置,因此目前采用硅鏈調(diào)壓更為實(shí)用。2.8不間斷電源系統(tǒng)不間斷電源系統(tǒng)：UPS[UninterruptiblePowerSystem<orSupply>]：是由電池組、逆變器和其他電路組成,主要是為了變電站的某些重要設(shè)備、如后臺機(jī)、自動化設(shè)備通、信設(shè)備提供不間斷的交流電源。UPS正常工作時由交流電源供電,經(jīng)整流、逆變后提供穩(wěn)壓的交流輸出,當(dāng)所內(nèi)交流電源消失后,由變電站內(nèi)的直流系統(tǒng)或UPS自帶的蓄電池向逆變器提供直流電,經(jīng)逆變后輸出穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電源。以往變電站采用自帶蓄電池的UPS,這種UPS存在價格貴、維護(hù)量大、故障高等不足,特別是UPS自帶的蓄電池,往往長期不使用,缺乏維護(hù),是變電站內(nèi)的一個隱患。因此,近年來人們開始采用專為電力系統(tǒng)設(shè)計的不帶專用蓄電池組而是利用站內(nèi)變電直流系統(tǒng)的"USP",也叫后備USP,這中實(shí)際上是交流逆變器,其優(yōu)勢在于：可與變電站內(nèi)的直流超作電源系統(tǒng)配置使用,掛靠直流母線,直接利用站內(nèi)直流蓄電池,比自帶蓄電池USP供電方案更節(jié)約投資、減少系統(tǒng)維護(hù)、降低運(yùn)行成本,逆變器可直接安裝在直流屏內(nèi),結(jié)構(gòu)緊湊、配線簡單、比自帶蓄電池的USP供電方案更節(jié)省空間。2.9通信直流電源在實(shí)際設(shè)計過程中,經(jīng)常有建設(shè)單位要求講通訊電源和保護(hù)電源合一,這樣可省去通信電源的專用蓄電池組,節(jié)省資金,縮小占地面積,減少日常對蓄電池的維護(hù)工作量。工作原理是從直流系統(tǒng)的合閘母線經(jīng)過<N+1>個直流變換模塊<如DC220V/DC48V>變換為DC48V。模塊數(shù)量根據(jù)通信設(shè)備的經(jīng)常負(fù)荷計算。2.10本次設(shè)計方案2.10.1設(shè)計內(nèi)容以及注意的相關(guān)問題〔1設(shè)計三種常用的直流系統(tǒng)方案：1單組電池、單組整流模塊、充饋一體；2單組電池、雙組整流模塊、充饋分開；3兩組電池、兩組整流模塊。分別適用于35kV、110kV和220kV變電站。變電所直流系統(tǒng)設(shè)計常用的設(shè)計示意圖如下圖。圖10變電所直流系統(tǒng)示意圖圖10變電所直流系統(tǒng)示意圖〔2在設(shè)計過程中應(yīng)注意的幾個相關(guān)問題1具有兩組跳閘線圈的斷路器〔主要用于220kV及以上系統(tǒng),跳閘回路的電源來自不同的直流母線?！峨娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置反事故措施要點(diǎn)》指出："有兩組跳閘線圈的斷路器,其每一跳閘線圈回路應(yīng)分別由專用的直流熔斷器供電"。這樣還不夠,還要使每組熔斷器從相互彼此獨(dú)立的直流控制母線取得工作電源,只有這樣才能保證,在站內(nèi)發(fā)生事故,同時一條直流母線失壓的情況下,斷路器仍有一組跳閘線圈能正常工作,確保斷路器在事故情況下能夠可靠掉閘,把事故限制在最小的范圍內(nèi)。2具有保護(hù)雙重化配置的出線、母線及變壓器,保護(hù)電源應(yīng)取自不同的直流母線。3對于只有一套保護(hù)和斷路器只有一個跳閘線圈的單元〔一般用于110kV及以下電壓等級變電所,其保護(hù)電源及斷路器控制電源取應(yīng)自同一直流母線。在這種情況下,高壓斷路器操作電源和保護(hù)工作電源可以共用一對熔斷器,從而簡化二次接線,提高可靠性。4對于裝設(shè)單套保護(hù)和單跳閘線圈斷路器的控制保護(hù)單元,上級斷路器和保護(hù)與下一級斷路器和保護(hù)的電源應(yīng)取自不同的直流母線。對于220kV變電站的中低壓側(cè),以及110kV〔包括110kV以下電壓等級的變電所中,每個保護(hù)控制單元一般情況下均裝設(shè)一套完整的保護(hù),例如：高壓輸電線路保護(hù),一般由一套完整的主保護(hù)和一套完整的后備保護(hù)組成,高壓微機(jī)線路保護(hù)裝置的主保護(hù)和后備保護(hù)一般情況下共用同一個保護(hù)機(jī)箱,110kV及以下電壓等級的斷路器一般僅設(shè)計一個跳閘線圈。圖11是某110kV變電所部分后備保護(hù)配置圖〔僅標(biāo)出需上下級配合的后備保護(hù),35kV各出線裝設(shè)有三段式過電流保護(hù)〔電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)；10kV各出線裝設(shè)有兩段式過電流保護(hù)〔電流速斷保護(hù)、過電111111311511圖11保護(hù)配置圖501III501III371372I5725711#主變流保護(hù)；主變壓器中、低壓側(cè)均裝設(shè)一段三時限過電流保護(hù)〔短時限跳本側(cè)母線分段開關(guān),中時限跳本側(cè)變壓器主進(jìn)開關(guān),長時限跳變壓器三側(cè)開關(guān),分別作為中、低壓側(cè)母線故障的主保護(hù)及各出線的遠(yuǎn)后備保護(hù)；變壓器高壓側(cè)裝設(shè)一段過電流保護(hù),動作后跳變壓器三側(cè)開關(guān),作為變壓器本體及各側(cè)引出線的后備保護(hù)及中低壓側(cè)母線的遠(yuǎn)后備保護(hù)。在變壓器的設(shè)計及運(yùn)行過程中,應(yīng)將變電所中、低壓側(cè)各出線保護(hù)電源和開關(guān)〔包括母聯(lián)控制電源取自Ⅰ段〔或Ⅱ段直流母線,變壓器中、低壓側(cè)開關(guān)和后備保護(hù)的電源取自Ⅱ段〔或Ⅰ段直流母線,變壓器高壓側(cè)斷路器和后備保護(hù)的電源取自Ⅰ段〔或Ⅱ段直流母線。母聯(lián)開關(guān)母聯(lián)開關(guān)1＃充電機(jī)2＃充電機(jī)電池組電池組絕緣監(jiān)察絕緣監(jiān)察圖12直流系統(tǒng)接線圖RD131151131251211111235kV各出線10kV各出線這樣安排解決了一次設(shè)備的保護(hù)和其遠(yuǎn)后備保護(hù)的直流電源要分開,已確保設(shè)備的保護(hù)或控制失去直流電源的情況下,上一級的遠(yuǎn)后備保護(hù)能夠充分發(fā)揮作用,保證故障的最終切除。2.10.2直流屏屏體設(shè)計直流屏的選型是直流系統(tǒng)設(shè)計的一個重要組成部分。按全國電氣工程標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會直流電源分委員會和電力規(guī)劃設(shè)計總院對直流系統(tǒng)結(jié)線沒汁及新型直流屏的研制要求,直流屏應(yīng)具有創(chuàng)新的設(shè)汁思想、結(jié)線簡單、可靠、元器件選型先進(jìn)、監(jiān)測手段功能齊全、屏體體結(jié)構(gòu)合理、造型新穎、防護(hù)等級高、耐受短路電流強(qiáng)度大、組屏使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。而且采用屏前屏后開門,便于維修。在運(yùn)行中不需要全停電就可更換任一幾器件?！?設(shè)計規(guī)定DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計規(guī)程》關(guān)于直流柜的規(guī)定有：1直流電源柜采用加強(qiáng)型結(jié)構(gòu),防護(hù)等級不低于IP20,即要求"能防止手指或長度不大于80mm的類似物休觸及殼內(nèi)帶電部分、運(yùn)行部件,能防止直徑大于12mm的固體異物進(jìn)人殼內(nèi)。直流柜外形尺寸都采用800mm×600mm×2260mm<寬×深×高>。2直流柜分為直流電源進(jìn)線柜、直流饋線柜、充電裝置柜、蓄電池柜以及直流分電柜。3直流柜正面可按模數(shù)分隔為多個功能單元格,各自獨(dú)立,通過插件或插頭實(shí)現(xiàn)相互的聯(lián)系。每一單元格集中布置1格單元設(shè)備,操作設(shè)備布置在中央,測量表記可布置在側(cè)上方。4直流電源成套裝置包括蓄電池組、充電裝置、直流饋線。根據(jù)體積大小,可以合并或分別設(shè)柜,直流電源成套裝置可布置在電氣控制室,但室內(nèi)應(yīng)保持良好通風(fēng)。當(dāng)直流成套裝置中蓄電池采用閥控式鉛酸蓄電池組時,蓄電池容量在200Ah以上時宜設(shè)專門用的蓄電池室。5直流柜上直流系統(tǒng)的測量表計配置在DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計規(guī)程》關(guān)于直流系統(tǒng)表計配置有下列規(guī)定：蓄電池組、充電和浮充電裝置的輸出回路應(yīng)裝設(shè)直流電流表；直流主母線、直流分電屏母線、蓄電池組和充電浮充電裝置的輸出回路應(yīng)裝設(shè)直流電壓表。而當(dāng)直流系統(tǒng)設(shè)有微機(jī)監(jiān)控裝置時,直流柜上的測量表計可僅裝設(shè)直流母線電壓表?！?屏體設(shè)計方案直流電源系統(tǒng)裝置由充電屏,饋電屏和電池屏組成,采用直流電源成套裝置,屏體采用組合式結(jié)構(gòu),外殼防護(hù)等級不低于IP20,基本尺寸為2260〔高×800〔寬×600〔深。出于接線最短,最簡單的原則將充電屏和電池屏相鄰放置,饋電屏與充電屏相鄰放置。充饋電屏和電池屏的實(shí)際數(shù)目將根據(jù)不同的設(shè)計內(nèi)容要求來定。2.10.3三個變電站設(shè)計方案〔135kV變電站在本次設(shè)計中,35kV變電站直流系統(tǒng)的主接線為單母線形式,輻射式的供電網(wǎng)絡(luò),直流系統(tǒng)電壓為DC220V。充電裝置選擇高頻開關(guān)模塊,開關(guān)電源系統(tǒng)組成方式為控制、動力母線分別設(shè)置,單組模塊方式。設(shè)計內(nèi)容對此等級變電站屏體的要求是充饋合一,即充電屏和饋電屏合二為一,充電裝置和饋電裝置放置在同一面屏內(nèi)。若蓄電池容量較小,一面電池屏內(nèi)可放置5層,每層4塊電池,共計20塊中小容量和體積的電池。在35kV變電站直流系統(tǒng)里,蓄電池組數(shù)為1組,其由18塊12V閥控式密封鉛酸蓄電池組成,電池容量為100Ah。根據(jù)設(shè)計規(guī)定,測量表計配置有控母,合母電壓表、蓄電池放電回路浮充電流表和交流轉(zhuǎn)換電壓表。這些測量表計放在充饋電屏的最上層,35kV變電站直流系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)測裝置選用的是簡易型的,配置有降壓裝置,其類型為降壓硅鏈,同時系統(tǒng)配置了閃光繼電器,這三個裝置和測量表記一起都放在充饋電屏的第一層。第二層放置微機(jī)監(jiān)控裝置。第三層放置高頻開關(guān)充電模塊。由2.4.2.2.3關(guān)于高頻開關(guān)電源模塊配置的內(nèi)容中可得,高頻開關(guān)模塊數(shù)量的計算公式為：N模塊額定電流之和≥最大經(jīng)常負(fù)荷+蓄電池要求的充電電流<閥控式鉛酸電池約為0.1-0.2C>,一般在35kV變電站的最大經(jīng)常性電流為5A左右,根據(jù)此公式,可算出N塊模塊額定電流之和為15A,一般模塊的額定電流有5A,10A,20A,40A等各種規(guī)格。本次設(shè)計中均采用額定電流為10A的高頻開關(guān)電源模塊。由此可得N＝2,采用〔N＋1備份的方式,高頻開關(guān)模塊的數(shù)目選擇為3塊。一般一面充電柜內(nèi)可安裝2-8快模塊,每層可放4塊模塊,在這選擇的模塊數(shù)為3,故只需設(shè)計一層模塊層即可。接下兩層放置合母,控母的斷路器和指示燈,合母的放一層,控母的放一層,斷路器選擇自動空氣斷路器。35kV變電站直流系統(tǒng)的饋電回路,控母設(shè)計為8路,合母為6路,直流斷路器,指示燈的數(shù)目與之匹配。最后兩層是其他的一些裝置,例如防雷保護(hù)裝置、雙路自動切換、直流斷路器,交流斷路器等。綜合以上所述,本次設(shè)計的35kV變電站直流系統(tǒng)直流屏屏面布置圖如圖所示圖1335kV變電站直流屏屏面布置圖屏面布置圖上各個裝置的代號和名稱見表2表235kV直流屏明細(xì)欄代號名稱PV1控母電壓表PV2合母電壓表PV3交流轉(zhuǎn)換電壓表PA1蓄電池放電回路浮充電流表SA1降壓裝置轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2交流電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)KA1閃光繼電器KA2絕緣監(jiān)測裝置HHL閃光裝置指示燈SB1閃光裝置按鈕開關(guān)B1蜂鳴裝置JK監(jiān)控模塊MK1-MK3高頻開關(guān)充電模塊QFK1-8控母斷路器HLK1-8控母指示燈QFH1-6合母直流斷路器HLH1-6合母指示燈QF1交流斷路器QF2交流斷路器QF3交流斷路器QS1直流斷路器QS2直流斷路器QH雙路自動切換F1防雷保護(hù)裝置<2>110kV變電站在本次設(shè)計中,選擇單母線為110kV變電站直流系統(tǒng)的主接線形式,供電網(wǎng)絡(luò)為輻射型,直流系統(tǒng)電壓為DC220V。充電裝置選擇高頻開關(guān)模塊,開關(guān)電源的組成方式為控制,動力母線分別設(shè)置,雙組模塊方式。設(shè)計內(nèi)容對此等級變電站屏體的要求是充饋分開,即充電屏和饋電屏分別設(shè)置,充電裝置放一面屏,饋電裝置放一面屏。110kV變電站我所配置的蓄電池和35kV的一樣為18塊12V組合體電池,類型為閥控式密封鉛酸蓄電池,組數(shù)同樣為一組。不同的是電池容量選為200Ah,蓄電池容量變大了,體積也相應(yīng)的變大了,通常一面屏放不下18塊這樣的組合體電池,需設(shè)兩面屏。測量表記和其他裝置的配置和35kV變電站的基本相同。不同的地方有：1.絕緣檢測裝置選擇為接地巡檢型,不再是簡易型；2.高頻開關(guān)模塊的配置不同。110kV變電站為N+1備份形式。其中一部分模塊提供給控制母線,剩余部分提供給合閘母線。根據(jù)所選定的電池容量〔200Ah,變電站最大經(jīng)常性負(fù)荷〔約為10A和模塊的額定電流〔10A,由公式計算得出,N為3,兩套裝置N×2=6,選擇4個模塊提供給合閘母線,2塊模塊給控制母線。因?yàn)閷?10kV變電站的設(shè)計要求是充饋電屏分開,因此饋電回路的裝置將要被單獨(dú)放置在饋電屏中,饋電屏的第一層,放置接地巡檢裝置。接下來放置合母和控母的直流斷路器和指示燈,斷路器的類型也為自動空氣斷路器。110kV變電站的饋電回路,控母的設(shè)置為16路,合母設(shè)置為8路,斷路器和指示燈的數(shù)目與此匹配。充電屏的屏面布置與35kV變電站相似。綜合所述,得出本次設(shè)計的110kV變電站直流屏屏面布置圖如圖12。圖14110kV變電站直流屏屏面布置圖屏面布置圖上各個裝置的代號和名稱見表3表3110kV直流屏明細(xì)欄代號名稱PV1控母電壓表PV2合母電壓表PV31#交流電壓表PV42#交流電壓表PA1蓄電池放電回路浮充電流表SA11#交流電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)SA22#交流電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)KA1閃光繼電器KA2接地巡檢裝置HHL閃光裝置指示燈JK監(jiān)控模塊MK1-MK6高頻開關(guān)充電模塊QFK1-12控母斷路器HLK1-12控母指示燈QFH1-6合母直流斷路器HLH1-6合母指示燈QF1交流斷路器QF2交流斷路器QF3交流斷路器QS1直流斷路器QS2直流斷路器QH雙路自動切換F1防雷保護(hù)裝置FU1-4熔斷器<3>220kV變電站在本次設(shè)計中,選擇單母線分段作為220kV變電站直流系統(tǒng)主接線的形式,供電網(wǎng)絡(luò)為輻射型,直流系統(tǒng)電壓為DC220V。設(shè)計內(nèi)容對屏體的要求是：兩組電池、兩組充電機(jī)。220kV變電站所用的蓄電池設(shè)計為104塊容量為300Ah的2V單體閥控式密封鉛酸蓄電池,配置兩組。根據(jù)前面寫到的有關(guān)的技術(shù)要求,一般電池容量大于200Ah時,宜設(shè)專門用的蓄電池室。故在本次設(shè)計中不再設(shè)專門的電池屏。一般220kV的饋電回路比較多饋電裝置也就比較多,在此次設(shè)計中,每段母線合母饋電回路為12路,控母為16路,不可能和充電裝置放置在