《城市軌道交通變電所運(yùn)行與維護(hù)》 課件 項(xiàng)目6任務(wù)7 交、直流自用電系統(tǒng)的認(rèn)知

項(xiàng)目6變電所二次回路的識(shí)圖與分析任務(wù)7交直流自用電系統(tǒng)的認(rèn)知【任務(wù)描述】認(rèn)識(shí)主變電所、牽引變電所、降壓變電所的交直流自用電系統(tǒng)，分組完成主變電所交直流自用電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的送電操作（原始狀態(tài)：自用電系統(tǒng)未運(yùn)行）。01自用電系統(tǒng)概述自用電系統(tǒng)概述變電所設(shè)備及附屬設(shè)備的正常運(yùn)行需要低壓電源，這些設(shè)備的用電稱為變電所自用電。變電所自用電的可靠性直接影響變電所能否可靠運(yùn)行。1.自用電系統(tǒng)的作用自用電系統(tǒng)主要是對(duì)兩類設(shè)備進(jìn)行供電：1）對(duì)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)備的直流供電。2）對(duì)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、通信電源、設(shè)備檢修、蓄電池組的充電等設(shè)備的交流供電。為確保上述用電，通常裝設(shè)專用供電系統(tǒng)，即自用電系統(tǒng)。自用電系統(tǒng)中的交流和直流兩部分又各自獨(dú)立，自成體系，故可稱為交流自用電、直流自用電兩個(gè)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電路的正常運(yùn)行。因此，要求無論主電路處于何種運(yùn)行狀態(tài)，自用電源均應(yīng)安全可靠持續(xù)供電。2.自用電系統(tǒng)的組成變電所的自用電系統(tǒng)由交流自用電系統(tǒng)和直流自用電系統(tǒng)兩部分組成，直流自用電系統(tǒng)一般有整流式和蓄電池組直流系統(tǒng)兩種類型，電壓等級(jí)通常為直流110V或220V。02變電所自用電系統(tǒng)的整體認(rèn)知變電所自用電系統(tǒng)的整體認(rèn)知主變電所和獨(dú)立牽引變電所，需要設(shè)置所用變壓器；牽引降壓混合變電所或降壓變電所的所用低壓交流電源可由所內(nèi)低壓配電設(shè)備提供。低壓電源均引至交流屏。所用變壓器和降壓變電所的區(qū)別在于，降壓變電所是將交流中壓35kV或10kV降為交流400V電壓，提供車站的動(dòng)力和照明電源。而所用變壓器提供所內(nèi)各設(shè)備的交直流電源，將35kV或10kV變?yōu)?00V。雖然功能與降壓變電所類似，但供電對(duì)象和監(jiān)控方式有很大不同。1.主變電所自用電系統(tǒng)（1）主變電所自用電系統(tǒng)構(gòu)成為了可靠地向交流自用電設(shè)備供電，主變電所通常設(shè)兩臺(tái)所用變壓器，互為備用且均為干式變壓器。所用變壓器一般從中壓35kV或10kV交流電源取電，若有獨(dú)立于變電所的外網(wǎng)10kV三相交流電源時(shí)，則所用變壓器中的一臺(tái)應(yīng)由該電源供電。1.主變電所自用電系統(tǒng)（1）主變電所自用電系統(tǒng)構(gòu)成主變電所自用電設(shè)備中存在消防負(fù)荷，低壓交流接線一般采用單母線分段設(shè)分段開關(guān)方式。每段母線為消防負(fù)荷提供一路電源，消防末級(jí)配電設(shè)備實(shí)施雙電源切換。自用電各設(shè)備的饋出回路獨(dú)立設(shè)置，為三相四線制放射式配電。正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)所用變壓器并列運(yùn)行，低壓側(cè)母線聯(lián)絡(luò)斷路器斷開。當(dāng)一臺(tái)所用變壓器發(fā)生故障時(shí)，備用電源自動(dòng)投入運(yùn)行，低壓側(cè)母線聯(lián)絡(luò)斷路器自動(dòng)閉合，由另一臺(tái)所用變壓器供給所內(nèi)重要負(fù)荷。變電所自用電系統(tǒng)由交流屏（也稱為交流盤或交流柜）、直流充饋電屏和蓄電池屏組成。交流屏提供交流電源，直流充饋電屏和蓄電池屏提供直流電源。1.主變電所自用電系統(tǒng)1)交流屏構(gòu)成：由兩臺(tái)所用變壓器各引出一路電源，作為交流屏的進(jìn)線電源，低壓側(cè)設(shè)置母聯(lián)開關(guān)。2)交流屏設(shè)置自投自復(fù)功能，即當(dāng)兩路進(jìn)線電源正常時(shí)，兩路進(jìn)線開關(guān)自動(dòng)合閘，母聯(lián)開關(guān)斷開；當(dāng)一路進(jìn)線電源失電時(shí)，該路進(jìn)線開關(guān)自動(dòng)跳閘，母聯(lián)開關(guān)延時(shí)后自動(dòng)合閘投入，由另一路開關(guān)擔(dān)負(fù)該段開關(guān)的交直流負(fù)荷用電；當(dāng)該路進(jìn)線電源恢復(fù)正常時(shí)，母聯(lián)開關(guān)自動(dòng)分閘退出，該路進(jìn)線開關(guān)自動(dòng)恢復(fù)合閘供電。3)交流屏兩段母線饋出開關(guān)供變電所內(nèi)設(shè)備的交流用電，例如加熱、照明用電等。4)從交流屏兩段母線各饋出一路開關(guān)到直流充電屏，作為直流充電屏內(nèi)整流模塊的交流輸入端。（2）交流自交流自用電系統(tǒng)主要設(shè)備—交流屏1.主變電所自用電系統(tǒng)（3）直流自用電系統(tǒng)主要設(shè)備—直流充饋電屏和蓄電池屏變電所直流電源廣泛采用高頻開關(guān)整流和蓄電池組相結(jié)合的方式。直流自用電系統(tǒng)主要設(shè)備是直流充饋電屏和蓄電池屏。交流屏為直流充電屏提供交流電源，直流充電屏采用高頻開關(guān)電源模塊將交流電源整流為所需直流電源，蓄電池組正常情況下處于在線浮充電狀態(tài)，當(dāng)交流電源全部失電時(shí)，蓄電池放電實(shí)現(xiàn)不間斷供電。1.主變電所自用電系統(tǒng)（3）直流自用電系統(tǒng)主要設(shè)備—直流充饋電屏和蓄電池屏1）直流充饋電屏直流充電屏內(nèi)共配置四組高頻開關(guān)整流模塊，各整流模塊并聯(lián)運(yùn)行。從交流屏兩段母線各饋出一路開關(guān)到直流充電屏，作為直流充電屏內(nèi)整流模塊的交流輸入端。以輸出直流電壓220V為例，經(jīng)整流模塊整流后輸出直流240V電壓，送到直流母線和蓄電池屏，再通過直流饋電屏硅鏈降壓為直流220V，供給全所的直流用電負(fù)荷。1.主變電所自用電系統(tǒng)（3）直流自用電系統(tǒng)主要設(shè)備—直流充饋電屏和蓄電池屏2）蓄電池屏蓄電池有鉛酸蓄電池、鎘鎳堿性蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA)。在城市軌道交通變電所廣泛采用閥控式密封鉛酸蓄電池。當(dāng)直流電源電壓為110V時(shí)，蓄電池屏由9塊電池組成；當(dāng)直流電源電壓為220V時(shí)，蓄電池屏由18塊電池組成。每塊電池又由6個(gè)單體為2V電池組成。正常運(yùn)行時(shí)，直流充電屏為系統(tǒng)的經(jīng)常性直流負(fù)荷提供電源，同時(shí)為蓄電池組充電，蓄電池組充電完成后，處于浮充電狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生交流電源或整流模塊失電時(shí)，蓄電池自動(dòng)投入運(yùn)行，為直流負(fù)荷提供不間斷的直流電源。2.獨(dú)立牽引變電所自用電系統(tǒng)獨(dú)立的牽引變電所采用所用變壓器提供交流所用電源時(shí)，所用變壓器設(shè)置情況與主變電所相同。由于地面牽引變電所沒有消防負(fù)荷，兩個(gè)所用變壓器分別引入電源，所以低壓接線一般采用單母線接線方式，引入端設(shè)置電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置。2.獨(dú)立牽引變電所自用電系統(tǒng)雙路交流電源的切換采用自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)，自帶機(jī)械聯(lián)鎖和電氣聯(lián)鎖，既可手動(dòng)操作也可自動(dòng)操作。自動(dòng)操作方式下，由控制電路完成對(duì)兩路交流進(jìn)線電源的監(jiān)測(cè)和自動(dòng)切換控制。3.牽引降壓混合所或降壓變電所自用電系統(tǒng)兩路交流電源引自所內(nèi)400V低壓開關(guān)設(shè)備的不同母線，采用單母線接線形式，在電源進(jìn)線處設(shè)置電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置。03智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)的認(rèn)知智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)的認(rèn)知直流電源與直流自用電負(fù)荷饋線連接構(gòu)成直流自用電系統(tǒng)。直流電源的主要任務(wù)是給繼電保護(hù)、開關(guān)分合閘及控制提供可靠的直流電。直流自用電負(fù)荷主要是繼電保護(hù)、控制、信號(hào)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、事故照明、交流不間斷電源等負(fù)荷。1.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，一般有整流式直流系統(tǒng)和蓄電池組直流系統(tǒng)兩種類型。整流式直流系統(tǒng)分為相控整流和高頻開關(guān)整流兩種。蓄電池組直流系統(tǒng)中的蓄電池是一種可多次充電使用的化學(xué)電源，由多節(jié)蓄電池串聯(lián)組成一定電壓的蓄電池組，作為與電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)的獨(dú)立可靠的直流操作電源。其優(yōu)點(diǎn)是與交流電網(wǎng)無關(guān)，供電可靠性高，電壓穩(wěn)，容量大，缺點(diǎn)是價(jià)格貴，壽命短，運(yùn)行維護(hù)量大。2.智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)變電所廣泛采用智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)。它是由交流配電單元、高頻開關(guān)整流模塊（又稱充電模塊）、蓄電池組、硅鏈降壓?jiǎn)卧?、絕緣監(jiān)測(cè)裝置和集中監(jiān)控模塊等部分組成。2.智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)1）交流配電單元：將交流電源引入分配給各個(gè)高頻開關(guān)整流模塊，擴(kuò)展功能為實(shí)現(xiàn)兩路交流輸入的自動(dòng)切換，以提高直流電源系統(tǒng)供電的可靠性。2）高頻開關(guān)整流模塊：提供電池所需電壓，其輸出連接在直流母線上，基本功能是完成AC/DC變換（整流），以輸出穩(wěn)定的直流電。3）蓄電池組：其主要作用是在交流輸入電源正常時(shí)儲(chǔ)存電能，在交流停電時(shí)釋放電能，保證直流系統(tǒng)不間斷地向負(fù)荷供電。2.智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)4）硅鏈降壓?jiǎn)卧阂驗(yàn)橹绷麟娫丛趯?duì)蓄電池組進(jìn)行均衡充電時(shí)，高頻開關(guān)整流模塊的輸出電壓會(huì)高于控制回路的額定電壓值，所以在合閘母線與控制母線之間設(shè)置硅鏈降壓?jiǎn)卧?，以保證控制母線的電壓在正常范圍內(nèi)。硅鏈降壓?jiǎn)卧啥嘀淮蠊β使枵鞫O管串聯(lián)而成，利用PN結(jié)基本恒定的正向壓降作為調(diào)整電壓的方法，通過改變串聯(lián)的硅管數(shù)量獲得適當(dāng)?shù)膲航?，達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的。2.智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)5）直流饋電：它將直流電源經(jīng)斷路器、熔斷器分配到各直流用電設(shè)備，包括合閘（動(dòng)力）回路、控制回路和閃光回路等。

6）絕緣監(jiān)測(cè)裝置：該裝置的主要功能是在線監(jiān)測(cè)母線和直流饋出線支路的絕緣下降情況。在檢測(cè)出有絕緣下降情況時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)。

7）監(jiān)控模塊：監(jiān)控模塊是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制和管理的功能模塊，也是電源系統(tǒng)的控制、管理核心。2.智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)圖6-25直流系統(tǒng)能量流向圖其工作方式分為三種情況。正常情況下，系統(tǒng)的交流輸入正常供電時(shí)，通過交流配電單元給各個(gè)整流模塊供電，高頻整流模塊將交流電變換為直流電，然后經(jīng)保護(hù)電器（熔斷器或斷路器）輸出，一方面給蓄電池組充電，另一方面經(jīng)直流配電饋電單元給直流負(fù)載提供正常工作電源；負(fù)荷較大情況下，當(dāng)控制或動(dòng)力負(fù)荷需要較大的沖擊電流時(shí)，由充電單元和蓄電池組同時(shí)提供直流電源；全所失壓情況下，當(dāng)變電所交流中斷時(shí)，充電模塊停止工作，由蓄電池不間斷地單獨(dú)提供直流電源。04閥控式密封鉛酸蓄電池的認(rèn)知閥控式密封鉛酸蓄電池的認(rèn)知閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA)具有鉛酸蓄電池優(yōu)點(diǎn)，基本可以免維護(hù)，沒有酸霧和氫氣排出，不會(huì)污染環(huán)境，現(xiàn)在已廣泛用于綜合自動(dòng)化變電所中，為無人值班首選蓄電池。蓄電池（VRLA)全密閉，由正負(fù)極板、隔板、電解液、安全閥、氣塞、外殼等部分組成。其中安全閥可以控制電池內(nèi)部的氣體壓力。1.VRLA蓄電池的工作原理蓄電池充電后的正極板上有效物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），負(fù)極板上有效物質(zhì)是海綿狀純鉛（Pb），電解液由蒸餾水和純硫酸按一定比例配置而成。充電時(shí)，正極由硫酸鉛（PbSO4）轉(zhuǎn)化為二氧化鉛（PbO2）后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存在正極板中，負(fù)極由硫酸鉛（PbSO4）轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛（Pb）后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存在正極板中。放電時(shí)，正極由二氧化鉛（PbO2）轉(zhuǎn)化為硫酸鉛（PbSO4）后將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能向負(fù)載供電，負(fù)極由海綿狀鉛（Pb）轉(zhuǎn)化為硫酸鉛（PbSO4）后將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能向負(fù)載供電。2.VRLA蓄電池的主要技術(shù)指標(biāo)（1）蓄電池的電勢(shì)不同導(dǎo)電材料制成的正負(fù)極放入同一電解液中時(shí)，由于有效物質(zhì)的電化次序不同，極板上將產(chǎn)生不同電位，正負(fù)極板在外電路斷開時(shí)的電位差就是蓄電池的電勢(shì)。蓄電池電勢(shì)的大小主要決定于極板上有效物質(zhì)的性質(zhì)，和極板的大小無關(guān)。（2）額定容量額定容量是指將充滿電的蓄電池按規(guī)定的放電電流，在正常放電時(shí)間內(nèi)連續(xù)放電到規(guī)定的終止電壓時(shí)所放出的電量。其單位是安培小時(shí)，以A?h表示。當(dāng)放電電流恒定時(shí)，其額定容量為：QN=Iftf。QN為額定蓄電池容量（A?h），If為恒定放電電流（A），tf為持續(xù)放電時(shí)間（h）。（3）額定電壓蓄電池在正常放電過程中正負(fù)極板間應(yīng)保持的電壓值為額定電壓，按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定單體酸性蓄電池的額定電壓為2V。2.VRLA蓄電池的主要技術(shù)指標(biāo)（4）終止電壓終止電壓是為防止蓄電池出現(xiàn)過放電現(xiàn)象以致造成極板損傷所規(guī)定的放電最低電壓值。蓄電池以不同的放電倍率放電時(shí)，終止電壓略有不同。采用小電流放電時(shí)，終止電壓定的高些；采用大電流放電時(shí)，終止電壓定的低些。電池放電電壓低于終止電壓時(shí)，將影響蓄電池的壽命。3.VRLA蓄電池的日常維護(hù)VRLA蓄電池的日常維護(hù)中需經(jīng)常檢查的項(xiàng)目有：（1）檢測(cè)VRLA蓄電池兩端電壓；（2）檢測(cè)VRLA蓄電池的工作溫度；（3）檢測(cè)VRLA蓄電池連接處有無松動(dòng)、腐蝕現(xiàn)象，檢測(cè)連接條的壓降；（4）檢測(cè)VRLA蓄電池外觀是否完好，有無外殼變形和滲漏；（