变电站直流系统讲解

1、目目 录录第第一部分：直流系统的作用一部分：直流系统的作用第二部分：直流系统组成及部件作用第二部分：直流系统组成及部件作用第三部分：直流母线的接线方式第三部分：直流母线的接线方式第四部分：直流系统巡视第四部分：直流系统巡视第五部分：直流系统接地查找第五部分：直流系统接地查找第一部分第一部分 直流系统的作用直流系统的作用u第一第一小节小节 直流系统作用直流系统作用 直流系统是给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源(蓄电池)继续提供直流电

2、源的重要设备。 直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一。 大中型发电厂及变电所主要采用直流操作电源。第一部分第一部分 直流系统的作用直流系统的作用u第二第二小节小节 变电站操作电源基本要求变电站操作电源基本要求保证供电的可靠性：最好装设独立的直流操作电源，以免交流系统故障而影响操作电源的正常供电。具备足够的容量：满足全厂（所）事故停电时，直流电源负荷、最大冲击负荷及1h事故照明等用电需要；且能保证直流母线电压在规定的额定值（正常运行时，操作电源母线电压波动范围小于5额定值；事故时操作电源母线电压不低于90额定值；失去浮充电源后，

3、在最大负载下的直流电压不低于80额定值），波纹系数小于5。满足经济和实用的要求：使用寿命长、维护工作量小、投资省、占地面积小、噪声干扰小等。第一部分第一部分 直流系统的作用直流系统的作用u第三第三小节小节 直流系统的优势直流系统的优势输出电压稳定。与交流电网无关，供电可靠性高，电压稳，容量大；单个直流屏有二路交流输入（自动切换），加上蓄电池，相当于有三路电源供电。作为独立可靠的直流操作电源，即使变电站交流系统全部停电，仍能在一段时间内可靠地给部分重要设备供电，是最稳定、最可靠的直流电源；假如用交流电源，当系统发生短路故障，电压会因短路而降低，使二次控制电压也降低，严重时会因电压低而使断路器跳不

4、开。所以，控制回路使用直流电源比交流电源更加可靠！所以，控制回路使用直流电源比交流电源更加可靠！第二部分直流系统组成及部件的作用第二部分直流系统组成及部件的作用u第一小节第一小节 直流系统的基本概念直流系统的基本概念直流母线直流母线：直流电源屏内的正、负极主母线。合闸母线合闸母线：直流电源屏内供断路器电磁合闸机构等动力负荷的直流母线。直流馈线直流馈线：直流馈线屏至直流小母线和直流分电屏的直流电源电缆。均衡充电均衡充电：用于均衡单体电池容量的充电方式，一般充电电压较高，常用作快速恢复电池容量。浮充电：浮充电：保持电池容量的一种充电方法，一般电压较低，常用来平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢

5、复电池容量。第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第一小节第一小节 变电站直流系统的基本概念变电站直流系统的基本概念直流母线直流母线：直流电源屏内的正、负极主母线。合闸母线合闸母线：直流电源屏内供断路器电磁合闸机构等动力负荷的直流母线。直流馈线直流馈线：直流馈线屏至直流小母线和直流分电屏的直流电源电缆。均衡充电均衡充电：用于均衡单体电池容量的充电方式，一般充电电压较高，常用作快速恢复电池容量。浮充电：浮充电：保持电池容量的一种充电方法，一般电压较低，常用来平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢复电池容量。第二部分直流系统组成及部件的作用第二部分直流系统组成及部件

6、的作用u第一小节第一小节 变电站直流系统的基本概念变电站直流系统的基本概念正常充电：正常充电：蓄电池正常的充电过程，即由均充电转到浮充电的过程；定时均充定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致电池单体容量不平衡，而周期性地以较高的电压对电池进行均衡充电；限流均充：限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电；恒压均充：恒压均充：以恒定的均充电压对电池充电。第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第二小节第二小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成主要由充电屏和蓄电池组成。 充电屏：充电模块、交流配电、直流馈电、配电监控、监控模块、绝缘检测仪、电

7、池监测仪。 蓄电池：容器、电解液和正、负电极。第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第二小节第二小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成主要由充电屏和蓄电池组成。 充电屏：充电模块、交流配电、直流馈电、配电监控、监控模块、绝缘检测仪、电池监测仪。 蓄电池：容器、电解液和正、负电极。第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第二小节第二小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成充电屏的各部件功能及作用：充电屏的各部件功能及作用：l(1) 充电模块：完成AC/DC变换，实现系统最为基本的功能；l(2) 交流配电：将交流电源引入分配给

8、各个充电模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换；l(3) 直流馈电：将直流输出电源分配到每一路输出；l(4) 配电监控：将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供声光告警；l(5)监控模块：进行系统管理，主要为电池管理和后台远程监控；对下级智能设备实施数据采集并加以显示；l(6)绝缘监测仪：实现系统母线和支路的绝缘状况监测，产生告警信号并上报数据到监控模块，在监控模块显示故障详细情况；l(7)电池监测仪：支持单体电池电压监测和告警；对电池端电压，充放电电流，电池房温度及其他参数做实时在线监测。第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第二小节

9、第二小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成充电屏的各部件功能及作用：充电屏的各部件功能及作用：l(1) 充电模块：完成AC/DC变换，实现系统最为基本的功能；l(2) 交流配电：将交流电源引入分配给各个充电模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换；l(3) 直流馈电：将直流输出电源分配到每一路输出；l(4) 配电监控：将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供声光告警；l(5)监控模块：进行系统管理，主要为电池管理和后台远程监控；对下级智能设备实施数据采集并加以显示；l(6)绝缘监测仪：实现系统母线和支路的绝缘状况监测，产生告警信号并上报数据到监控模块，在监控模

10、块显示故障详细情况；l(7)电池监测仪：支持单体电池电压监测和告警；对电池端电压，充放电电流，电池房温度及其他参数做实时在线监测。第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第三小节第三小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成蓄电池的作用及分类：蓄电池的作用及分类：l蓄电池作用：它既能够把电能转换为化学能储能起来，又能把化学能转变为电能供给负载；l蓄电池分类：（1）酸性蓄电池：其电解液是2737的硫酸水溶液，电极是以二氧化铅（PbO2）为正极板和铅（Pb）为负极板的特制绒状铅板，所以又称为铅酸蓄电池。此种电池端电压高、冲击电流大，适合于断路器合分闸的冲击负荷，但其

11、寿命短，运行维护复杂；（2）碱性蓄电池：其电解液是20的氢氧化钾（KOH）水溶液，电极用氢氧化镍Ni（0H）3作正极，用镉（Cd）作负极时叫镉镍蓄电池，用铁（Fe）作负极时叫铁镍蓄电池。此种电池体积小、受命长，维护方便，但事故时放电电流较小。第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第三小节第三小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成蓄电池的构造：蓄电池的构造： 第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第三小节第三小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成蓄电池的工作原理：蓄电池的工作原理： 蓄电池的正负极板插在电解液中时，发生化

12、学反应，由于正负极板材料不同，电位也不同，会产生电位差。在外电路没有接通时，正负极板之间的电位是蓄电池的电势，在外电路与负载接通时，有电流流过负载，即蓄电池向负载放电。当蓄电池放电后将负载断开，使其与直流电源相连。当电源电压高于蓄电池的端电压时，就把电能转换为化学能储存起来。如此循环进行，实现为直流负荷供电的目的。第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第三小节第三小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成蓄电池的容量及放电时间计算：蓄电池的容量及放电时间计算：u蓄电池的容量（Q）)是蓄电池蓄电能力的重要标志。是指定的放电条件（温度放电电流、终止电压）下所放出的

13、电量称为蓄电池的容量，单位用Ah（安培小时）表示；u蓄电池放电至终止电压的时间称放电率，单位为h（小时率）u蓄电池的容量一般分为额定容量和实际容量两种；第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第三小节第三小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成蓄电池的容量及放电时间计算：蓄电池的容量及放电时间计算：l额定容量额定容量是指充足电的蓄电池在25时，以10h放电率放出的电能。 QN=INtN QN=INtN 式中 QN蓄电池的额定容量，Ah； IN 额定放电电流，即10小时率的放电电流，A； tN 放电至终止电压的时间，一般为10h。l蓄电池的实际容量蓄电池的实际容

14、量与极板的面积、电解液的密度、放电电流的大小、充电程度及环境温度等有关，因此实际容量为：Q=ItQ=It 式中 Q 蓄电池的容量，Ah；I 非10小时率的放电电流，A；t 放电时间，h。第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第三小节第三小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成蓄电池的容量及放电时间计算：蓄电池的容量及放电时间计算：l放电时间计算：例1：如梧州变电站110V蓄电池的额定容量是900Ah，如果以0.1C（C为电池容量）即90Ah的电流(额定放电电流)给电池放电，请问可以持续多长放电时间？ 该电池可以持续工作时间：t=900Ah/90mA=10h（

15、实际工作时间因电池的实际容量的个别差异而有一些差别）第二部分第二部分 直流系统组成及部件的作用直流系统组成及部件的作用u第三小节第三小节 变电站直流系统的构成变电站直流系统的构成蓄电池的容量及放电时间计算：蓄电池的容量及放电时间计算：例2：计算题：两台80kVA的UPS并机工作，每台UPS各由三组120AH蓄电池组并联工作，每组电池34块，逆变器效率0.9，蓄电池电压为408V，求在市电失电的情况下，蓄电池组最大的放电时间是多少？ 蓄电池电压为408V,每组电池34块,说明你的每块电池是12V的，每台UPS的AHV(容量)是：12120343146880。 两台UPS共有：1468880229

16、3760。 逆变器效率0.9，得：2937600.9264384. 设你的两台UPS是输出三相400V的，当时两台输出功率共80kW, 由于80kW相当于每相的放电电流是： 80/0.4/1.732=115.5A 则80kW负载一小时使用的AHV数是：115.5（400/1.732）380004 那么蓄电池组的放电时间是：264384/80004=3.3小时第三部分第三部分 直流母线的接线方式直流母线的接线方式u第一小节第一小节 直流系统运行的一般规定直流系统运行的一般规定（1）每段直流馈线母线要有蓄电池供电；（2）充电机不能并列运行；（3）正常情况下，母联开关应在断开位置；（4）绝缘检查装置

17、、电压检查装置始终在运行状态；（5）投入充电机时先从交流再到直流。停电时顺序相反；（6）母线并列时首先断开一台充电机，投入母联开关，在断开检修蓄电池；（7）母线由并列转入分段时首先合上检修蓄电池，断开母联开关，再投入充电机。 第三部分第三部分 直流母线的接线方式直流母线的接线方式u第二小节第二小节 直流系统接线方式例子直流系统接线方式例子贺州站直流系统接线图贺州站直流系统接线图第三部分第三部分 直流母线的接线方式直流母线的接线方式u第二小节第二小节 直流系统接线方式例子直流系统接线方式例子（1）该该直流系统采用单母线分段接线，三套充电装置和二组蓄电池组。每段母线接一组蓄电池和一套高频开关电源，

18、第三套充电装置作为备用。正常运行时两段母线分开各自单独运行供电，当某一套充电装置或电池组需要检修时，可由另一套充电装置或蓄电池组相互联络切换供电；（2 2）正常运行方式：正常运行状态3充电装置3QK1处于“分”位置，交流输入开关3ZKK处于合闸状态；1、2充电机交流输入电源开关(1ZKK或2ZKK)处于合闸状态，#1、#2充电机输出开关(1QK1或2QK1)应在“合”位置，1组和2组蓄电池开关1QK2与2QK2处于“合”位置，蓄电池、母线连接开关（1QK3、2QK3）处于“分”位置，段、段母联开关1QK4及2QK4切至“蓄电池供电”位置。 第三部分第三部分 直流母线的接线方式直流母线的接线方式

19、u第二小节第二小节 直流系统接线方式例子直流系统接线方式例子1 1充电机与第一组蓄电池需要检修试验或退出运行时，由充电机与第一组蓄电池需要检修试验或退出运行时，由段母段母线向线向段母线供电，具体操作如下：段母线供电，具体操作如下：u 合上第一组蓄电池、母线连接开关1QK3；u 检查两段母线电压相等，将段母联开关1QK4切至“段母线供电”位置；u 断开第一组蓄电池、母线连接开关1QK3；u 断开1充电机输出开关1QK1；u 断开第一组蓄电池开关1QK2；u 断开1充电机交流输入开关1ZKK；u此时由#2充电机、第二组蓄电池带、段母线向负载供电。第三部分第三部分 直流母线的接线方式直流母线的接线方

20、式u第二小节第二小节 直流系统接线方式例子直流系统接线方式例子2 2充电机与第一组蓄电池需要检修试验或退出运行时，由充电机与第一组蓄电池需要检修试验或退出运行时，由 段母段母线向线向段母线供电，具体操作如下：段母线供电，具体操作如下：u 合上第二组蓄电池、母线连接开关2QK3；u 检查两段母线电压相等，将段母联开关2QK4切至“段母线供电”位置；u 断开第二组蓄电池、母线连接开关2QK3；u 断开2充电机输出开关2QK1；u 断开第二组蓄电池开关2QK2；u 断开2充电机交流输入开关2ZKK； u此时由#1充电机、第一组蓄电池带、段母线向直流负载供电。第四部分第四部分 直流系统巡视直流系统巡视

21、u第一小节第一小节 变电站直流系统巡视变电站直流系统巡视u直流系统巡视检查项目：l（1）检查直流室内空调运行是否正常；检查充电器、蓄电池运行显示正常；l（2）检查母线电压；充电器电压、电流；蓄电池柜总电压是否正常；l（3）检查直流主屏、直流分屏各开关、刀闸是否正确投退；l（4）检查是否有报警信号及其它异常情况；l（5）检查直流分屏上各直流接地巡检装置显示的直流电压、正极/地、负极/地电压。正极对地电压不超过额定电压的50%，负极对地电压不超过额定电压的65%，整组电压与母线额定电压低差不应大于5%。第四部分第四部分 直流系统巡视直流系统巡视u第二小节第二小节 蓄电池日常巡视蓄电池日常巡视u蓄电

22、池日常巡视检查项目：l（1）检查蓄电池室内的温度、通风、照明、清洁情况；l（2）检查直流母线及单个蓄电池电压是否正常、电池浮充电流是否正常；l（3）检查蓄电池外壳是否有异常变形和发热或其它异常现象；l（4）蓄电池间连接是否牢固。第四部分第四部分 直流系统巡视直流系统巡视u第三小节第三小节 蓄电池维护及周检蓄电池维护及周检u维护和周检项目：l（1）每半月检查一次单只电池浮充电压及终端电压，并做好记录；l（2）每月对蓄电池的外观进行检查一次，看外观是否有异常变形和发热， 蓄电池是否有漏液现象；l（3）每年检查一次电池连接部分是否有松动现象，是否有腐蚀，对每个连接涂凡士淋；l（4）蓄电池放电后应尽快

23、补充电，不要亏容状态下存放，防止硫酸产生盐化，导致容量降低提前失效；l（5）每次放电应做好放电及充电记录，记录时间、电压、电流及温度；l（6）尽量避免电池过放电（放电电压低于终止电压）及过充电（充电电压长时间高于浮充电压），且放电后的电池尽快补充电，否则将会影响电池的使用寿命；l（7）蓄电池在清洁时不得使用有机溶剂，使用肥皂水清洁，用防静电的干布檫拭。 第五部分第五部分 直流系统接地直流系统接地查找查找u第一小节第一小节 直流接地原因分析直流接地原因分析; ;u直流接地原因：直流接地原因：(1)气候因素。由于气候因素造成的直流系统接地是一种最常见的情况，如雨天或雾天可能导致室外的直流系统绝缘降

24、低造成直流系统接地；(2)人为因素。由于工作人员在工作中的疏忽造成的接地。如在带电二次回路上工作将直流电源误碰设备外壳，此种情况多为瞬间接地，检修人员清扫设备时不慎将直流回路喷上水等。另外，检修人员检修质量的不良也会留下接地隐患，如室外设备未加防雨罩、二次回路漏接线头、误将控制电缆外皮绝缘损伤等。此时接地信号不一定立即发出，但具备一定外部条件如潮湿或操作设备时就会引起直流接地；第五部分第五部分 直流系统接地直流系统接地查找查找u第一小节第一小节 直流接地原因分析直流接地原因分析; ;u接地原因分析：接地原因分析：（3）自然因素。直流回路在运行中常常受到多种不利因素的影响，如设备运行过程中的机械

25、振动、挤压、设备质量不良、直流系统绝缘老化等都可引起接地或成为一种接地隐患；（4）环境因素。在中电气高低压开关室一般离锅炉辅助设备较近，由于环境质量较差（包括粉尘、室内温度过高）不但给运行人员文明生产带来影响，而且对一次设备甚至二次设备直流系统带来负面影响，实践证明环境因素在现场对直流系统的安全运行带来较大的负面作用。第五部分第五部分 直流系统接地直流系统接地查找查找u第二小节第二小节 直流接地危害：直流接地危害： 直流接地故障中,危害较大的是两点接地,可能造成严重后果。一点接地可能造成保护及自动装置误动或者拒动;而两点接地,除可能造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动外,还可能造成直流保险熔

26、断,使保护及自动装置、控制回路失去电源,在复杂保护回路中同极两点接地,还可能将某些继电器短接,不能动作跳闸,致使越级跳闸,造成事故扩大。第五部分第五部分 直流系统接地直流系统接地查找查找u第二小节第二小节 直流接地危害示意图：直流接地危害示意图： 直流两点接地危害：直流两点接地危害：1 1、A A点、点、B B点两点接地，相当于将点两点接地，相当于将6 6、7 7接点短接接点短接, ,从而使从而使YTYT误动作跳闸误动作跳闸, ,会引起的开关误动作；会引起的开关误动作；2 2、 B B点、点、E E点两点接地点两点接地, ,相当于相当于B B、E E短接，会引起的开关拒动。短接，会引起的开关拒动。第五部分第五部分 直流系统接地直流系统接地查找查找u第三小节第三小节 直流系统接地处理原则：直流系统接地处理原则： 一般根据运行方式、操作情况、气候影响来判断可能接地的地点，以先信号和照明部分后操作部分，先室外部分后室内部分，先负荷后电源为原则，采取拉路寻找分路处理的方法。 第五部分第五部分 直流系统接地直流系统接地查找查找u第四小节第四小节 直流系统接地查找方法：直流系统接地查找方法：分清接地故障的极性,分析故障发生的原因；若站内二次回路