直流系统讲课(陈可瑶)

1、直流系统介绍直流系统介绍 海门培训队海门培训队基本概念基本概念1、什么是直流什么是直流方向和时间不作周期性变化的电流，但电流大小可能不固定，而产生波形叫做直流电简记为DC。 强度与方向都随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简记为AC 。2、直流系统的重要性直流系统的重要性直流系统是发电厂厂用电中最重要的一个部分，它应能保证在任何事故情况下，都能可靠和不间断地向其用电设备供电。3、直流系统的供电对象直流系统的供电对象控制类负荷：继电保护、自动装置、信号设备、通信系统、开关电器操作。动力类负荷：主机、小机直流润滑油泵、密封油泵，UPS的直流电源，励磁系统起励电源，发电机出口开关油泵，事故照明等重要

2、电源(本厂)。4、直流电源：蓄电池组直流电源：蓄电池组蓄电池组是直流系统的重要组成部份，主要作用是在交流正常时储存电能，并在交流停电时释放电能，在全厂交流电源都停电的情况下，仍能保证直流用电设备可靠而连续的工作。蓄电池组一般作为冲击负荷和事故供电电源。 直流系统概况直流系统概况我厂的直流电源设备是深圳奥特迅电力设备股份有限公司生产的。 我厂单元机组每台机设置1组220V动力用直流系统和2组110V控制用直流系统，每套直流系统都设两路电源，两路电源分别取自本机组两段保安段，保证其供电可靠性。500kV升压站网控室设置3套110V网控用直流系统，为500kV升压站的控制、保护、仪表、信号等装置提供

3、直流电源 ，共设三路电源，电源分别取自3、4号机组的保安段。我厂还另设1套化学水系统110V直流系统。110V直流系统 每台机组110V直流系统采用2组800Ah的蓄电池，采用单母线接线，设有充电母线和配电母线，充电母线用于蓄电池的充电和试验。直流馈线和蓄电池浮充电器接到配电母线，两组110V蓄电池直流配电母线间设有联络开关，110V直流系统用于控制、保护、测量负荷，110V直流系统设两组主充电装置，模块冗余设置。根据需要在主厂房电气配电间等设置直流分电屏。 我厂110V直流系统图 机组110V直流系统接线： 单母线分段接线，二组蓄电池配置 交流电源电压： 380V15% 交流电源频率： 50

4、Hz5%直流系统电压： 110V DC 蓄电池型式： 阀控密封铅酸蓄电池蓄电池容量： 800Ah蓄电池组数： 每台机组2组，共4组每组蓄电池个数： 52只 充电装置数量： 每台机组2套，共4套充电装置型式： 40A高频开关电源（共7组，6运1备） 直流母线电压范围 93V121V 220V直流系统 每台机组220V直流系统采用1组2500Ah的蓄电池，采用单母线接线,两台机组的220V蓄电池经过刀开关相联，设有防止两组蓄电池并联运行的闭锁装置，接线与每台机组110V直流系统相似。220V直流系统供给主厂房事故照明、动力负荷和交流不停电电源及集控楼事故照明电源。两台机组的220V直流系统各设一组

5、充电装置满足浮充和均冲要求，模块冗余设置。 我厂220V直流系统图机组220V直流系统接线： 单母线接线，一组蓄电池配置交流电源电压： 380V15%交流电源频率： 50Hz5%直流系统电压： 220V DC蓄电池型式： 阀控密封铅酸蓄电池蓄电池容量： 2500Ah蓄电池组数： 每台机组1组，共2组每组蓄电池个数： 104只充电装置数量： 每台机组1套，共2套充电装置型式： 30A高频开关电源（共12组，10运2备）直流母线电压范围 192V248V 网络继电器楼110V直流 网络继电器楼110V直流系统采用2组400Ah的蓄电池，采用单母线接线，设有充电母线和配电母线，充电母线用于蓄电池的充

6、电和试验。直流馈线和蓄电池充电器接到配电母线。网络继电器楼110V直流系统供给网络继电器楼的控制、保护、测量负荷及事故照明，动力负荷和交流不停电电源等。网络继电器楼110V直流系统设两组浮充电装置和一台满足一组蓄电池组均衡充电要求的公共充电设备（两组蓄电池公用）。 我厂网控110V直流系统图 网络继电器楼110V直流系统接线： 单母线分段接线，二组蓄电池配置 交流电源电压： 380V15% 交流电源频率： 50Hz5% 直流系统电压： 110V DC 蓄电池型式： 阀控密封铅酸蓄电池 蓄电池容量： 400Ah 蓄电池组数： 共2组 每组蓄电池个数： 104只 充电装置数量： 共3套 充电装置型

7、式： 20A高频开关电源（共5组，4运1备） 直流母线电压范围 93V121V化学水110V系统 化学水系统设置一套110V成套直流设备。每套设1组100Ah的110V胶体蓄电池、1套高频开关式充电设备及馈出设备。直流系统正常时以浮充电方式运行。直流系统采用单母线接线，设有充电母线和配电母线，充电母线用于蓄电池的充电和试验。直流馈线和蓄电池充电器接到配电母线。 我厂化学水110V系统图化学水系统110V直流系统接线： 单母线接线，一组蓄电池配置交流电源电压： 380V15%交流电源频率： 50Hz5%直流系统电压： 110V DC蓄电池型式： 胶体蓄电池蓄电池容量： 100Ah（由卖方供货，组

8、屏安装）蓄电池组数： 共1组充电装置数量： 共1套充电装置型式： 20A高频开关电源（共4组，3运1备） 单母线分段接线优缺点： 优点：运行方式灵活，供电可靠（UPS、小机直流油泵、 引风机直流润滑油泵），便于检修 缺点：接线较为复杂，配置设备较多，维护麻烦直流系统组成及工作原理 直流电源系统主要由交流配电、充电模块(将交流电源变换为高品质的直流电源 )、监控模块(负责实现直流电源系统的监测、控制和管理的功能模块 )、母线调压（降压硅链）、直流馈电（将直流电源经直流断路器分配到各直流用电设备。包括合闸回路、控制回路和闪光回路以及绝缘监测装置等 ）、绝缘监测(监测母线和支路的绝缘下降情况 )、蓄

9、电池组等几大部分组成。不同的接线方式有不同的特点，但基本原理是一致的，基本组成形式如图所示： 直流原则图直流组成介绍为增强供电可 靠性，为保护提供 两种直流电，直流 系统分为两段，即 直流段和段。 左图为成套直流柜的直流段：高频 开关电源屏、直流监控屏和直流馈线 屏。 智能高频开关直流电源系统智能高频开关直流电源系统构成：构成： 交流总电源开关、各充电模块空开、充电模块、WJY3000A型微机绝缘监控模块 、电压电流表等概述：概述： 我厂采用的智能高频开关电源模块是深圳奥特迅电力设备有限公司生产的ATC230M40、ATC115M50 型号 ATC230M40与 ATC115M50的模块外形尺

10、寸、前面板及后面板布置一样。 ATC230M40与 ATC115M50的模块图。基本工作原理基本工作原理1、交流输入正常时交流输入正常时 系统交流输入正常时，交流输入电源通过交流配电给各个充电模块供电。充电模块将输入三相交流电转换为220V或110V的直流，经隔离二极管隔离后输出，一方面给电池充电，另一方面给合闸负载供电。此外，合闸母线还通过降压硅链装置为控制母线提供电源。 系统中的监控部分对系统进行管理和控制，信号通过采集处理后，再由监控模块统一管理，在显示屏上提供人机操作界面，并可以接入到远程监控系统。系统还可以配置绝缘监测仪或绝缘监测继电器，监测母线绝缘情况。v交流输入停电或异常时交流输

11、入停电或异常时 交流输入停电或异常时，充电模块停止工作，由电池向负载供电。监控模块监测电池电压、电流和放电时间，当电池放电到一定程度时，监控模块告警。交流输入恢复正常以后，监控模块根据电池放电情况自动选择充电方式，控制充电模块对电池进行充电。系统工作时的能量流如图所示：系统能量流动图交流输入配电输出充电模块电池交流正常时交流停电或异常时智能智能高频电源开关充电模块高频电源开关充电模块 充电模块的主要功能是将交流电源变换为高品质的直流电源。模块构成：尖峰抑制和EMI电路、全波整流及滤波器、PFC无源功率因数校正电路、高频变换及高频变压器、高频整流滤波器、高频EMI电路等。 模块为温控风冷智能型，

12、具有稳压、稳流及限流性能，为定电流、恒电压型充电设备。 充电模块工作原理图： 交流变成脉动的直流 直流变交流 交流变直流 尖峰抑制EMI滤波工频整流PFC功率因数校正DC/AC高频逆变高频整流LC滤波EMI滤波脉宽调制(PWM)计 算 机 监 控交流检测RS485电压、电流检测直流输出交流输入1）LED显示面板显示模块的电压、电流或告警信息。由显示切换按钮进行输出电压和电流的显示切换。显示3位数字，电压显示精度为0.3V，电流显示精度为0.2A。出现模块告警时，闪烁显示故障代码。2）指示灯模块面板上有3个指示灯，功能如下：电源指示灯（绿色） 亮 灭 无输入电压以至模块内部的辅助电源不工作保护指

13、示灯（黄色） 灭 亮 直流输入电压或输出电压超出正常范围。模块内部过热。模块未完全插好故障指示灯（红色） 灭 闪烁 风扇故障，不转动3）显示切换按钮 显示切换按钮用于切换LED显示面板的显示内容。如果LED正显示输出电压，按一下该按钮则显示输出电流，再按一下该按钮则又显示电压。4）手动调压按钮面板上嵌入的两个按键用来调整模块在手动状态下的输出电压。按一下左边按钮输出电压降低1V，按一下右边按钮输出电压升高0.5V。注意只有在手动控制方式下，调节此按键才起作用。5）拨码开关拨码开关用于选择控制方式和模块通信地址6）拉手盖板模块拉手隐藏在盖板后面。将盖板向下平移，就会露出模块拉手。模块工作时应将拉

14、手盖板的位置恢复，否则将影响模块的散热。7）风扇罩及防尘网风扇罩用于防止外部物件被风扇吸入充电模块中造成模块损坏。防尘网用于过滤灰尘以延长模块寿命。紧固螺钉LED显示面板指示灯显示切换按钮拉手盖板风扇罩及防尘网拨码开关手动调压按钮海门充电模块现场照片： 高频开关整流装置原理和接线框图如图913所示。直流系统的蓄电池充电装置根据负荷要求可为几十安至几百安，因高频开关模块目前生产的110V为10-80A，220V为5-40A，故充电装置要由多个模块并联组成。蓄电池组蓄电池组制造商：福建兴泽电力科技有限公司 型式：阀控式密封铅酸蓄电池(贫液式) 单体电池额定电压 2V 单体电池浮充电电压 2.232

15、.27V 单体电池均衡充电电压 2.32.4V 蓄电池正常浮充电电流 1 mA/Ah 主要组成部分：正极板、负极板、电解液和容器。正极板的有效物质为褐色的二氧化铅(Pbo2)，负极板的有效物为灰色的铅棉(海绵状铅Pb)。电解液是由纯硫酸(H2S04)和蒸馏水配制而成的稀硫酸。 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。 我厂蓄电池组均采用福建兴泽电力科技有限公司生产的阀控式密封铅酸蓄电池。蓄电池组定期充放电，通过切换开关切换，由本段充电装置及移动式智能放电仪对蓄电池进行充、放电。其中单元机组动力用直流每组104只蓄电池，单元机组控制用直流、化水直流系统、网控直流

16、每组52只蓄电池。蓄电池的充电及充电特性蓄电池的充电及充电特性 完全充电的蓄电池，当正、负两极板用外电阻接成通路时，则在其电动势作用下产生放电电流If，如下图： 蓄电池放电时的化学反应方程可写成 Pb+PbO2+2H2S04PbS04+PbS04+2H2O负极板 正极板 电解液 负极板 正极板 水 从化学反应式可知，铅酸蓄电池在放电时，正、负极板都变成了硫酸铅PbS04，消耗了电解液中的硫酸H2S04，同时析出水H2O，使电解液的密度减小，电压降低。 蓄电池充电时的一般化学反应式为 PbS04+PbS04+2H20Pb+PbO2+2H2S04 负极板 正极板 负极板 正极板 化学反应式表明，蓄

17、电池充电后，正极板恢复为原来的二氧化铅(Pb02)，负极板恢复为原来的铅棉(Pb)，并生成硫酸(H2S04)，电解液由稀变浓，即其密度将恢复为原来的规定值，电压升高。 1、为什么选用蓄电池作为直流的后备电源 蓄电池组作为操作电源，不受电网运行方式变化影响，在故障状态下仍能保证一段时间供电，具有很高的供电可靠性。 2、蓄电池分类： 酸性蓄电池：端电压高、冲击电流大，适合于断路器酸性蓄电池：端电压高、冲击电流大，适合于断路器合分闸的冲击负荷，但其寿命短，运行维护复杂合分闸的冲击负荷，但其寿命短，运行维护复杂 碱性蓄电池：体积小、受命长，维护方便，但事故时放碱性蓄电池：体积小、受命长，维护方便，但事

18、故时放电电流较小。电电流较小。蓄电池充电方式 浮充：浮充：主要由充电设备提供正常的直流负载，同时还补充蓄电池的自放电，蓄电池平时不供电，只在负载突然增大，充电设备满足不了时，蓄电池才少量发电。这种方式称为浮充电方式。浮充供电工作方式可分为半浮充和全浮充两种。当部分时间（负载较重时）进行浮充供电，而另部分时间（负载较轻时）由蓄电池组单独供电的工作方式，称为半浮充工作方式，或称定期浮充工作方式。倘全部时间均由电源线路与蓄电池组并联浮充供电，则称为全浮充工作方式，或称连续浮充工作方式。 均充均充：对蓄电池定电流、定时间充电。均充分为手动定时均充和自动均充。 手动定时均充：以整定的充电电流进行稳流充电

19、，当电压逐渐上升到均充电压整定值时，自动转为稳压充电，定时时间到转为浮充运行。 自动均充 ：当下述的条件之一成立时，系统自动启动均充： 系统连续浮充运行超过设定的时间（可通过监控器键盘设置，出厂设置为 3 个月) 交流电源故障，蓄电池放电超过十分钟。 自动均充电程序：以整定的充电电流进行稳流充电，当电压逐渐上升到均充电压整定值时，自动转为稳压充电，当充电电流小于 0.01C10A 后延时 1 小时（或设定值)，转为浮充运行。蓄电池放电装置 放电装置的主要功能是：对蓄电池进行定期核对性放电，保持蓄电池的容量，及时查出落后电池。核对性试验： 在正常运行中的蓄电池组，为了检验其实际容量，将蓄电池脱离

20、运行，以规定的放电电流进行恒流放电，只要其中一个单体蓄电池放到二楼规定的终止电压，应停止放电。直流系统绝缘检测装置直流系统绝缘检测装置 直流系统绝缘检测装置主要功能是：在线检测直流系统的对地绝缘状况(包括直流母线、蓄电池回路、每个电源模块和各个馈线回路绝缘状况，并能确定故障回路)，并自动检出故障回路。绝缘检测装置应为独立的智能装置，布置在充电装置屏上或直流馈电屏上，可与成套装置中的总监控装置通信和与电厂FECS、NCS通信，通信接口采用RS485。 我公司采用奥特迅公司生产的WJY3000A绝缘检测装置。防雷装置防雷装置 防雷器单元的主要功能为：浪涌吸收（浪涌指的是电源刚开通的那一瞬息产生的强

21、力脉冲，由于电路本身的非线性有可能有高于电源本身的脉冲，它很可能使电路在浪涌的一瞬间烧坏,如PN结电容击穿,电阻烧断等等。）和过电压保护。 每套充电装置交流输入母线安装1套C级防雷器和1套D级防雷盒，在线路上实现两级防雷，有效地保护充电模块内部的电路不致因为交流输入回路遭受感应雷击和线路上过电压而受到损害，提高系统的可靠性。C级防雷器的最大通流容量为40kA，失效后，可自动报警，它的工作状态显示窗口自动由绿变红，同时由监控模块发出报警信号。D级防雷盒面板上任一绿色发光二极管熄灭时，表示已有故障，需及时更换。上述防雷器共用一个防雷接地装置。C级防雷器 D级防雷盒电压监视装置电压监视装置 电压监视

22、装置的主要功能是：在线监视直流母线的电压，过高或过低时均发出报警信号。可与总监控装置通信和与电厂DCS、NCS通信，通信接口采用RS485。蓄电池放电装置蓄电池放电装置 放电装置的主要功能是：对蓄电池进行定期核对性放电，保持蓄电池的容量，及时查出落后电池。直流系统正常运行的一般规定直流系统正常运行的一般规定v两组蓄电池组不允许长期并联运行。在一般情况下，直流母线不允许无蓄电池组运行。v当机组正常运行时，直流系统的任何操作均不应使直流母线瞬时失电。v两套充电装置允许并列运行，当充电装置故障需要切换操作时，应遵循先并后停的原则。v正常运行时，各段直流母线电压应维持在（85%110%）范围内：110

23、V直流系统为94121V。220V直流系统为192248V。直流系统的正常运行方式直流系统的正常运行方式v蓄电池组和充电装置并列运行，充电装置除供给正常的负荷电流，还以很小的电池向蓄电池组浮充电，以补偿蓄电池组的自放电。蓄电池组作为冲击负荷和事故供电电源。v充电装置交流输入电源总开关应合闸，所有充电模块的交流输入小开关均应合闸。v1、2号单元机组220V动力直流系统的两套充电装置一套运行一套备用，运行充电装置直流输出双掷开关切至负荷母线，备用充电装置直流输出双掷开关切至中停位置，蓄电池母线与负荷母线联络开关合上 。v3号单元机组220V动力用直流系统的两套充电装置并列运行，运行充电装置直流输出

24、向本段母线供电，同时向蓄电池组进行浮充。v单元机组110V控制用直流系统两段母线分段运行，联络用双掷开关切至本段蓄电池母线，充电装置输出双掷开关切至负荷母线。v公用110V网控直流系统两段母线（0EE01段和0EE02段）分段运行，充电装置直流输出开关合闸接负荷母线，联络用双掷开关切至本段蓄电池母线。备用充电装置处于热备用状态，其直流输出双掷开关切至中停位置。v所有直流分电屏两路输入电源均应送电，工作电源供电绿灯亮，“自动回切/手动回切“选择按钮”拨向“自动回切”，保证自动切换。直流系统的异常运行方式n蓄电池组停运时，联络用双掷开关切至邻段直流负荷母线，本段充电装置输出开关方式不变。n对控制用

25、直流系统进行蓄电池组充放电试验时，将蓄电池母线与负荷母线解列，联络用双掷开关切至邻段直流负荷母线，本段充电装置输出开关切至蓄电池母线。对动力用直流系统和网控直流系统进行蓄电池组充放电试验时，将蓄电池母线与负荷母线解列，使用备用充电装置对蓄电池组进行充放电。n当蓄电池组单独带负荷运行时，应注意其负荷电流和运行时间，母线电压不要低于192V/93V，以防蓄电池组过放电。n如果充电装置电源故障或其它原因造成充电装置无法运行，且短时间内无法恢复，应投运备用充电装置或者断开故障充电装置交流输入开关及直流输出开关，通过联络双掷开关将直流负荷母线切至邻段直流负荷母线供电。直流系统投入前检查1） 检查直流系统

26、所有工作已结束，安全措施已全部拆除。2） 检查微机直流测控装置、微机绝缘监测仪、蓄电池巡检仪具备投运条件。 3） 除通讯回路外，所有带电回路分别对地之间，用500V摇表测其绝缘电阻 100 M。4） 检查各开关接线完好并在断开位置。 5） 各仪表、控制、信号及保护回路正确，接线良好，无松动、断线、破损现象。6） 检查充电装置输出极性与蓄电池极性相同。7） 检查蓄电池无破损、无漏液、无短路现象。8） 检查充电装置交流输入电源正常。9） 检查充电装置盘内各元件完好、无异味、杂物，外壳接地牢固。 10） 各熔断器完好，熔丝无熔断，容量符合要求。11） 检查通讯回路连接正确，无插件松动、机械损坏及连线

27、扯断现象。直流系统日常运行维护直流配电装置检查项目直流配电装置检查项目n检查直流配电室内通风良好，干燥，室内清洁，温度正常，各配电屏柜门关好。n检查屏柜内各元件无过热、松动、异常声响、焦臭味。n检查直流母线电压表、电流表等指示正常。n检查蓄电池电压正常，充电方式正常。n检查监控模块运行正常，液晶屏显示各充电模块运行正常，无故障报警。n检查微机绝缘检测装置运行正常，母线绝缘良好，无异常信号和报警。1.检查直流配电装置上各开关的运行方式符合要求。蓄电池组检查蓄电池组检查n蓄电池室照明通风良好，无酸味，室温应在1535范围，温度超出规定时应采取措施。n蓄电池室内清洁，电池及台架无污损（现场问题）。n

28、蓄电池外观完好，无发热溢酸现象，各引接线完好牢固，无松动过热现象。1.蓄电池室内严禁烟火，更换照明用具时必须在停电后进行，并开启通风机，严禁再蓄电池室内做可能产生火花的工作。直流系统接地的问题一一 、直流系统接地故障的危害、直流系统接地故障的危害 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。直流系统发生两点接地故障，便可能构成接地短路，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动，或造成直流保险熔断，使保护及自动装置、控制回路失去电源。在复杂的保护回路中同极两点接地，还可能将某些继电器短接，不能动作于跳闸、致使越级跳闸。 1直流正极接地，有使保护及自动装置误动的可能。因为一般跳合闸线圈、

29、继电器线圈正常与负极电源接通，若这些回路再发生一点接地，就可能引起误动作。 2、直流负极接地，有使保护自动装置拒绝动作的可能。因为，跳、合闸线圈、保护继电器会在这些回路再有一点接地时，线圈被接地点短接而不能动作。同时，直流回路短路电流会使电源保险熔断，并且可能烧坏继电器接点，保险熔断会失去保护及操作电源。直流系统接地故障，不仅对设备不利，而且对整个电力系统的安全构成威胁。直流接地对保护的影响： 学习意义：直流系统是个不间断工作长期带电的系统,支路很多,负荷涉及面广，会由于环境改变、气候变化、污染、高温等引起电缆老化、接线端子老化,元件损坏以及设备本身等问题引起绝缘水平下降。一般来说，投运时间越

30、长，其接地的概率越高。 当直流系统发生一点接地故障时，不会影响直流系统正常运行，但要及时检查处理，防止发展成两点接地。 当发生两点接地时，会造成保护拒动或误动。当一点接地为正极接地时，如果再发生另一点接地接地，则可能造成保护误动。当发生系统正极接地 时，正极经过大地， 构成回路。如图所 示，当图中的A点和B 点同时接地，相当于 A、B两点通过大地相连接起来，中间电器KM动作生成断路 器的跳闸。同理，当图中的A点和C点同时接地，和图中的A点、D点同时接地均可能生成断路器的跳闸。当一点接地为负极接地时，如果再发生另一点接地 接地，则可能造成保护拒动。负极接地可能造成断路 器的拒绝动作，如图所示，当

31、图中的B点，E点同时接地，B、E点通过地构成了回路，即B、 E点相接将中间继电器 KM短接，此时，如果系统发生事故，保护动作由于中间继电器KM被短接，KM不工作，路器不会动作，产生拒 动现象，使事故越级扩 大。同理，当图中的E 点和C点同时接地和图中的E点和D点同时接地均可能生成断路器拒动现象。二、直流系统故障接地的分析二、直流系统故障接地的分析 直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多、且较长。所以，很容易受尘土、潮气的腐蚀，使某些绝缘薄弱元件绝缘降低，甚至绝缘破坏造成直流接地。分析直流接地的原因有如下几个方面： 1、二次回路绝缘材料不合格、绝缘性能低，或年久失修、严重老化。或存在某些损伤缺陷、如磨伤、砸伤、压伤、扭伤或过流引起的烧伤等。 2、二次回路及设备严重污秽和受潮、接地盒进水，使直流对地绝缘严重下降。 3、小动物爬入或小金属