变电站直流系统

1、 变电站直流系统 主讲人：* * 一、（1）什么是直流系统？ （2）直流系统在变电站中的组成单元 二、蓄电池简介及日常维护 三、UPS电源系统及日常维护 四、（1）直流系统接地有哪些危害？ （2）直流接地故障的处理方法 什么是直流系统？什么是直流系统？ 直流系统是应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户，为给信号设备、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源的重要设备。直流屏的可靠性、安全性直接影响到电力系

2、统供电的可靠性和安全性。 直流系统的心脏是蓄电池，对蓄电池进行科学的维护是直流系统的核心工作。 二、直流系统在变电站中的组成单元二、直流系统在变电站中的组成单元 一部份是电池屏,另一部份是直流充电屏（直流屏）。 电池屏就是一个可以摆放多节电池的机柜。电池屏中的电池一般是由2V-12V的电池以9节到108节串联方式组成，对应电的电压输出也就是110V或220V。目前使用的电池主要是阀控式密封免维护铅酸电池。 直流屏主要是由机柜、整流模块系统、监控系统、绝缘监测单元、电池巡检单元、开关量检测单元、降压单元及一系列的交流输入、直流输出、电压显示、电流显示等配电单元。 整流模块系统整流模块系统 电力整

3、流模块就是把交流电整流成直流电的单机模块，通常是以通过电流大小来标称（如2A模块、5A模块、10A模块、20A模块等等），按设计理念的不同也可以分为：风冷模块、独立风道模块、自冷模块、自能风冷模块和自能自冷模块。 它可以多台并联使用，实现了N+1冗余。模块输出是110V、220V稳定可调的直流电压。模块自身有较为完善的各种保护功能如：输入过压保护、输出过压保护、输出限流保护和输出短路保护等。 监控系统监控系统 监控系统是整个直流系统的控制、管理核心，其主要任务是：对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量数据及运行状态及时进行处理，并以此为依据对系统进

4、行控制，实现电源系统的全自动管理，保证其工作的连续性、可靠性和安全性。 监控系统目前分为两种：一种是按键型还有一种是触摸屏型。监控系统提供人机界面操作，实现系统运行参数显示，系统控制操作和系统参数设置。 绝缘监测绝缘监测单元 直流系统绝缘监测单元是监视直流系统绝缘情况的一种装置，可实时监测线路对地漏电阻，此数值可根据具体情况设定。当线路对地绝缘降低到设定值时，就会发出告警信号。直流系统绝缘监测单元目前有母线绝缘监测、支路绝缘监测。 电池巡检单元就是对蓄电池在线电压情况巡环检测的一种设备。可以实时检测到每节蓄电池电压的多少，当哪一节蓄电池电压高过或低过设定时，就会发出告警信号，并能通过监控系统显

5、示出是哪一节蓄电池发生故障。电池巡检单元一般能检测2V-12V的蓄电池和巡环检测1-104节蓄电池。 电池巡检单元电池巡检单元 开关量检测单元开关量检测单元 开关量检测单元是对开关量在线检测及告警干节点输出的一种设备。比如在整套系统中哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断后开关量检测单元就会发出告警信号，并能通过监控系统显示出是哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断。目前开关量检测单元可以采集到1-104路开关量和多路无源干节点告警输出。 配电单元配电单元 配电单元主要是直流屏中为实现交流输入、直流输出、电压显示、电流显示等功能所使用的器件如：电源线、接线端子、交流断路器、直流断路

6、器、接触器、防雷器、分流器、熔断器、转换开关、按钮开关、指示灯以及电流、电压表等等 三 三、蓄电池 1、简述（1） 蓄电池是一种化学电源，它既能将电能转化为化学能储存起来，又能将储存起来的化学能转化为电能输送出去。这两个能量的转化过程，就叫做蓄电池的充电和放电 （2）蓄电池是独立的电源，不会受电力网的影响。它具有电压稳定、使用方便和安全可靠等优点，并可根据需要选择其容量或形式。 （3） 蓄电池按电解质的不同，分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。本风电场使用阀控式铅酸蓄电池。 阀控式蓄电池阀控式电池由于采用了AGM材料和贫液设计，在充电过程中，由正极生成的氧能与负极活性物质迅速反应还原成水，因此，正常情

7、况下，电池电液不会损失，不用添加蒸溜水 阀控式蓄电池在正常浮充电状态下，处于密封状态，装设有能自动开启和关闭的安全阀。当内部压力超过规定开阀值时，安全阀自动开启；压力低于关阀时又自动关闭。安全阀上有滤酸装置，不会排出酸雾等有害气体。 2、蓄电池的容量 蓄电池的容量(Q)是蓄电池蓄电能力的重要标志。容量 Q是在指定的放电条件(温度、放电电流、终止电压)下所放出的电量称为蓄电他的容量，单位用 A h(安培小时)表示。蓄电池放电至终止电压的时间称放电率，单位为 h(小时)率。 电池容量选择要进行直流负荷的统计，直流负荷按性质分为经常负荷、非经常负荷、事故负荷。直流负荷的分类直流负荷的分类 3、蓄电池

8、组运行过程中的充电方式： （1）初充电 （2）浮充电 （3）均衡充电（1）初充电： 新安装的蓄电池或大修中更换的蓄电池第一次充电，称为初充电。初充电电流为1.0倍I10（10小时率放电电流），单体电池充电电压到2.32.4V时电压平衡，电压下降即可投运，即转为浮充运行。（2）浮充电 阀式电池完成初充电后，转为浮充电运行，浮充电电压值为2.232.28V之间，根据制造厂家要求和运行具体使用情况而定。浮充电流值为0.32mAh，作为电池内部的自放电和外壳表面赃污后所产生的爬电损失，从而使蓄电池组始终保持95%以上的容量。 （3 3）均衡充电）均衡充电 阀式电池在长期浮充运行中，如发生以下情况时，需

9、对蓄电池进行均衡充电： A、当电池安装完毕； B、浮充运行中蓄电池间电压偏差超过规定标准时，即个别电池硫化或电解液的密度下降，造成电压降低，容量不足； C、当交流电源中断时，放电容量超过规定（5%10%）C10以上。 上述情况，按程序进行均衡充电。对第二种情况如果设有电池监控装置能判断时，根据该装置监测情况进行均衡充电。如果不准确的电池监控装置时，则根据制造厂的要求，一般每三个月进行一次均衡充电，使蓄电池组随时处于满容量状态，以确保直流电流运行的安全可靠。 4、阀控式蓄电池核对性放电 直流系统有两组阀控式蓄电池的核对性放电：当发电厂或变电所的直流系统只安装有两组蓄电池组时，可先对其中一组蓄电池

10、进行全核对性放电。放电电流以1.0I10电流恒流进行，当蓄电池端电压下降到1.8VN时，停止放电，隔1-2H以后，再用1.0I10电流进行恒流限压充电-恒压充电-浮充电。反复放充电2-3次，其容量可得到恢复。若经过3次全核对性放电，蓄电池容量达不到额定容量的80%，可认为此组蓄电池组的使用期限已到，应采取更换措施。 储能电池的日常维护储能电池的日常维护 虽说储能电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。但外因工作状态对电池的影响并没有改变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变，这部分的维护检修工作仍是非常重要的，UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电

11、池部分。 a.储能电池的工作全部是在浮充状态，在这种情况下至少应每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电，以达全组电池的均衡。要清楚放电前电池组已存在的落后电池。放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电先消除落后电池后再放。 c.平时应对蓄电池定期测量并做好记录。 d.日常维护中需经常检查的项目有：清洁并检测电池两端电压、温度；连接处有无松动，腐蚀现象、检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；主机设备是否正常。 e.免维护电池要维护，不是什么无稽之谈，应从广义的维护立场出发，做到运行、日常管理的周到、细致和规范性，保证设备（

12、包括主机设备）保持良好的运行状况，从而延长使用年限；保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量；保证电池运行和人员的安全可靠。这就是电池维护的目的，也是电池运行规程中包括的内容和进行规则。 UPS交流不停电电源 UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时, UPS 立即将机

13、内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。 UPS的原理 AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。 DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。 控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显

14、示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。 （ SPWM正弦脉宽调制：由于采用静态和动态双重电压反馈。极由于全控型电力半导体器件的出现，不仅使得逆变电路的结构大为简化，而且在控制策略上与晶闸管类的半控型器件相比，也有着根本的不同，由原来的相位控制技术改变为脉冲宽度控制技术，简称PWM技术。 PWM技术可以极其有效地进行谐波抑制，在频率、效率各方面有着明显的优点使逆变电路的技术性能与可靠性得到了明显的提高。采用PWM方式构成的逆变器，其输入为固定不变的直流电压，可以通过PWM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。 ）

15、UPS电源工作过程 当市电正常380Vac时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220Vac交流电压，同时市电对电流充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载（150%负载）时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载（超过200%额定负载）时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢

16、复工作。为使不间断电源充分工作，避免在过载或欠载下运行，电源在开机前，首先计算负载容量。 UPS UPS日常维护与检修日常维护与检修 (1)UPS电源在正常使用情况下，主机的维护工作很少，主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，机内的风机会将灰尘带入机内沉积、当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时，检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。 直流系统接地1 1、故障现象故障现象: :主控室“直流接地”报警，或某些装置状态及运行数据不正常。2、直流接地的危害直流接地的危

17、害在直流系统中，发生一极接地并不引起任何危害，但是一极接地长期工作是不允许的，因为当同一极的另一地点再发生接地时，可能使信号装置、继电保护和控制装置误动作或拒动作，或者发生另外一极接地时，将造成直流系统短路，造成严重后果。因此不允许直流系统长期带一点接地运行。所以，当发生直流系统一点接地后，必须尽快查找出来进行处理。直流世达3 3、直流、直流接地的处理方法接地的处理方法 （1 1）、）、接地极别判定接地极别判定。当主控室报出“直流母线接地”告警信号时，运行人员应到直流母线屏检查是正负极哪一级接地，接地电压为多少等。首先运行人员应检查直流装置“绝缘检查”界面的“正对地检查”、“负对地检查”，读取

18、对地电压表或绝缘电压表的数值。如某一极的对地电压等于零，而另一极的对地电压等于母线的额定电压，那么等于零的那一极就是接地的一极（完全接地）；对于220V直流系统，如果正对地电压为70V，负对地电压为直流世达 直流接地的处理方法 1 1、接地极别判定接地极别判定。当主控室报出“直流母线接地”告警信号时，运行人员应到直流母线屏检查是正负极哪一级接地，接地电压为多少等。首先运行人员应检查直流装置“绝缘检查”界面的“正对地检查”、“负对地检查”，读取对地电压表或绝缘电压表的数值。如某一极的对地电压等于零，而另一极的对地电压等于母线的额定电压，那么等于零的那一极就是接地的一极（完全接地）；对于220V直

19、流系统，如果正对地电压为70V，负对地电压为直流世达150V，则说明正极发生接地；如果正对地电压为150V，负对地电压为70V，则说明负极发生接地；正常情况下，正负对地电压应相等，约为110V左右。现场运行人员确定了接地极别后，应迅速查找接地点，隔离接地点并消除接地。 查找原则：查找原则： 直流系统发生接地后，应立即停止在直流回路上的一切工作。 在直流回路上操作的同时发生直流系统接地，应首先在该回路上查找接地点。 先查找事故照明、信号回路、充电机回路，后查找其他回路。对于操作电源和保护电源没有分开的站，应先查找主合闸回路，后查找操作回路；对于操作电源和保护电源分开的站，应先查找操作回路，后查找室内回。 先查找室外回路，后查找保护回路。 对直流母线上不太重要的馈电分路，可以用“瞬时停电法”查找。 如变电站内二次