直流电源系统

直流电源系统教学要求蓄电池直流系统整流器的基本原理蓄电池的浮充电工作方式蓄电池直流系统运行维护直流电源系统故障对电站核安全的影响电厂的直流配电系统直流配电系统的作用：它可以在任何情况下，可靠地，不间断地向重要的负荷提供电力。继电保护、自动装置、信号设备、通信系统、开关电器操作、直流动力负荷、照明等。直流配电系统的组成：交流电源、整流器、蓄电池、直流配电系统。核电厂的直流电力系统介绍直流配电系统的组成：交流电源、整流器、蓄电池、直流配电系统。核电厂直流配电系统直流配电系统分类：非安全级——为一般负荷供电。安全级——为与核安全有关的设备和其他指定的安全重要物项供电。安全级的配置和质量鉴定。核电厂安全级直流配电系统图直流配电系统的监控（绝缘监督、电压监察、开关位置信号等）整流器整流器的原理整流器的参数半波UO=0.45U2半波UO=0.9U2

晶闸管半波UO=0.45U2*(1+COSα)/2晶闸管全波UO=0.9U2*(1+COSα)/2晶闸管三相全波UO=1.35UAB*(1+COSα)/2UO=2.34UAO*(1+COSα)/2

三相桥式整流电路图有关可控硅的串并联及保护问题在整流电路中，常常会有高输出电压和大输出电流的情况，这时，由于一只可控硅的额定电压和额定电流是有限的，往往需要将数只可控硅串联或并联起来使用。如采用简单的串并联办法，即使是相同型号的可控硅，由于其阻断特性和正反向压降不同，会使可控硅承受的电压和流过的电流分配不均，而造成可控硅的损坏。可控硅串联保护选可控硅元件时，导通时间一致、漏电流相近。并均压电阻（电阻应可靠性和稳定性高）由于关断时间不同引起的过电压，须并阻容抑制电路。可控硅并联保护选正向压降一致、导通时间相近的元件在元件前串均流电阻或均流电感可控硅过电流、过电压保护可控硅过电流的原因有：超负荷、直流侧短路、可控硅自身短路。过电流的保护措施：在交流输入侧、各可控硅支路及负载侧加装快速熔断器。可控硅过电压的原因有：交流电源在开断时引起的峰值电压、负载侧窜入的峰值电压、快速熔断器熔断产生的过电压、外部雷电等。过电压的保护措施：在交流输入侧及负载侧加阻容元件。蓄电池电厂常用的两种蓄电池的结构：铅酸蓄电池、镉镍蓄电池。蓄电池主要参数。蓄电池的工作原理。蓄电池运行方式特点：充放电运行方式特点；浮充电运行方式特点；均衡充电运行方式特点。铅酸蓄电池原理、结构、特点蓄电池的原理铅酸蓄电池的电势的产生是正负极板有效物质与电解液进行化学反应的结果，也就是正极板上的二氧化铅和负极板上的绒状铅与电解液产生化学反应变成了硫酸铅，如果正负极板完全变成硫酸铅，蓄电池就不能再放电了。但是，为了蓄电池容易逆向的转变，蓄电池每次放电只放到一定程度（例如电池电压放电到1.8V）就不再放电了，并立即充电。用充入的电能把正负极上的硫酸铅转变为二氧化铅（正极板）和绒状铅（负极板），于是蓄电池又可以使用了（即又可以放电了），这就是铅酸蓄电池的充放电的基本原理。铅酸蓄电池充放电化学反应方程式：

放电二氧化铅+电解液+绒状铅硫酸铅+水+硫酸铅（正极）（负极）充电（正极）（负极）

放电

PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4

（正极）（负极）充电（正极）（负极）

蓄电池结构正极板：管式极板，在涤纶纤维编织管中插入骨架，灌入铅粒，用铅合金或塑料封底，再经过充电化成。维护方便，寿命长，极板依型号大小分几种规格。负极板：为涂膏式极板，所用的铅粉为高纯度的电解铅制成，在涂膏中添加适量的膨胀剂和防潮剂，以减少负极板的收缩开裂，容易氧化等。板栅的两面横筋之间，留有一定的空隙，故涂膏与板栅之间结合较牢不易掉粉。为了增大极板与电解液的接触面积，即板表面有棱纹凸起。隔板：用高孔率、耐酸、抗氧化的微孔橡胶制成，使正极板和负极板隔开，既可以防止正负极板之间短路，又可以通过微孔透过电解液。衬板：由塑料制成，填充电池槽和极群之间的空隙，使极群不松动，在运输和搬动过程中，防止极板弯曲。电池槽：由透明塑料制成。电池盖：硬塑料制成，盖上开数个孔，用来安装防酸栓、正负极柱用。蓄电池结构防酸栓：随着电池在充放电过程中会产生气体，这些气体在溢出时，会将酸雾带出，防酸栓微孔透气，可以阻止酸雾的溢出。正负极柱：为铅合金制成，在蓄电池内部分别与正负极群连接，在蓄电池外部利用正负极柱将单个的蓄电池连接成蓄电池组。连接螺帽和连接电缆：连接各蓄电池用。电解液：蓄电池的电解液是由纯硫酸和蒸馏水配制而成的稀硫酸。电解液密度的高低，影响蓄电池的容量的大小。电解液密度的低，产生的离子少，蓄电池的内阻大，使放电时消耗的电能大，蓄电池的容量减小。电解液的密度越高，蓄电池的容量越大。但是，密度太大对蓄电池的极板腐蚀越厉害，直接影响蓄电池的寿命。一般为1.2—1.25g/cm3。抗震支架：由型钢焊接而成，包括侧梁、门架、衬板等。蓄电池放在上面起到固定防震作用。固定型防酸式铅酸蓄电池的特点目前国产的固定型防酸式铅酸蓄电池的性能已经过鉴定，可以替代进口产品，它的特点有以下几点：蓄电池的容器具有高强度，绝缘性能好，耐腐蚀特点，蓄电池槽与盖之间采用德国双组份树脂粘接。蓄电池结构紧凑，安全方便，体积小，重量轻，电能量高，占地面积小。性能优越，容量高，首次放电可达95%以上。维护量小，耗水量极少，每18个月补加纯水一次。寿命长久，20℃条件下充电运行，使用寿命可达15年以上。防酸性好，对蓄电池室的土建条件要求降低。蓄电池的特性参数（1）

表示蓄电池容量安时：蓄电池最重要的电气参数就是蓄电池的容量，蓄电池的额定容量是指在规定的电解液温度和比重条件下，对给定的放电时间和放电终止电压，制造厂给出的蓄电池的安时数，即放电的安培数和放电时间的乘积。所以从蓄电池额定容量的定义来看，蓄电池的容量是一个变化的量，它与蓄电池电解液的温度、比重条件有关，也与放电的电流大小，放电终止电压有关，随着时间的推移，蓄电池也会老化，同样它的容量也会减小，所以在讨论蓄电池容量时，一定要与环境条件和放电要求联系起来，（2）放电率：在规定的放电电流，规定的放电时间，放出规定的容量又不低于规定的电压。不同的蓄电池有不同的放电率。如10h率，４h率等等。（3）电压：（4）使用寿命：一般按充放电的循环次数计；对浮充电的蓄电池一般按年数计。

铅酸蓄电池运行方式（1）充放电运行方式特点就是对蓄电池组进行周期性的充电和放电，当蓄电池组充足电后，就与充电器断开，由蓄电池组单独向经常性的负荷供电，在厂用电事故停电时，向事故照明和直流动力负荷供电。为了保证蓄电池组在任何时刻都能供出直流电源，通常，当蓄电池组放电到其容量的60%-70%时，就要给蓄电池充电，这样周而复始的循环下去。这种运行方式已淘汰。铅酸蓄电池运行方式（2）浮充电运行方式特点所谓浮充电运行方式，就是充电器经常与蓄电池组并联运行，充电器除供给经常性直流负荷外，还以较小的电流（浮充电流为0.1-0.2CN/100）给蓄电池充电，以补偿蓄电池组的自放电的损耗，使蓄电池组经常处于完全充足电的状态。当出现短时大电流负荷时，例如断路器合闸，多个断路器同时跳闸等，由于充电器自身有限流作用，此时负荷主要由蓄电池组供电。在浮充电的交流电源失去时，充电器停止工作，所有负荷完全由蓄电池组供电。如果交流电源恢复，就又开始充电器与蓄电池组并联运行。浮充电流的大小，取决于蓄电池的自放电率，浮充电的结果，应刚好补充蓄电池的自放电。如果浮充电流过小，蓄电池的自放电可能长期得不到足够的补偿，将导致极板硫化，蓄电池的容量下降，如果浮充电流过大，蓄电池就会长期过充，引起极板有效物质脱落，减低了蓄电池的寿命，同时还多余的消耗了电能。铅酸蓄电池运行方式（3）均衡充电方式特点均衡充电方式是对蓄电池的一种特殊充电方式。在蓄电池长期使用期间，可能由于各种原因（充电器的原因、电压表的原因等）造成蓄电池组欠充电，也可能由于各个蓄电池的自放电率不同和电解液密度有差异，使它们的内阻和端电压不一致，这些都将影响蓄电池的效率和寿命。为此，必须进行均衡充电（也称为过充电），使全部蓄电池恢复到完全充电状态。均衡充电的电压和充电时间因蓄电池的不同而不同，要根据个蓄电池厂家的说明书或售后服务人员的指导进行，不要千篇一律。镉镍蓄电池原理Cd+Ni2O3+KOHCdO+2NiO+KOH负极正极电解液Cd+2Ni(OH)3+2KOHCd(OH)2+2Ni(OH)2+2KOH镉镍蓄电池充电后，正极板上的有效物质是三氧化二镍或氢氧化镍，负极板上的有效物质主要是镉(镉与铁的混合物)。放电后，正极板上的有效物质三氧化二镍转变为氧化镍或氢氧化镍，负极板上的用效物质转变为氧化镉或氢氧化镉。碱性电解液在充放电过程中只起传导电流和介质的作用，成分不变，浓度几乎不变。镉镍蓄电池特点（1）恒流充电终止电压值1.8V/只恒流放电起始电压值1.4V/只，终止电压值1.1V/只，以较大倍率放电可到1.0V/只。电解液浓度1.17-1.19g/cm3。电池容量与温度、放电电流、起始电压、终止电压有关。镉镍蓄电池常将5h放电容量定为额定容量镉镍蓄电池特点（2）内阻小、放电倍率高、低温性能好、耐冲放电能力强、充放电不消耗电解液、体积小、无污染、机械强度高、工作电压平稳、可靠、自放电作用小、运行维护方便、使用寿命长。镉镍蓄电池的结构镉镍蓄电池，按正负极板的制造工艺，可分为压接式和烧结式，按使用要求分可分为开启式和密封式，但它们的原理相同。压接式、密封式多为小容量蓄电池，烧结式或半烧结式和开启式多为大容量蓄电池。镉镍蓄电池的正极板，多为镍的氧化物或氢氧化物，负极板主要为镉加少量的铁粉。正负极板之间的隔膜一般为热塑材料注塑成的栅状板。镉镍蓄电池的外壳（容器），由铁制外壳和塑料外壳两种。铁制外壳有优质钢板冲压或焊接而后，镀镍而成。塑料外壳有具有较高机械强度、耐老化、耐腐蚀的塑料注塑而成。蓄电池的容器盖上设有自动排气阀的注液孔。电解液多为氢氧化钾或氢氧化钠，故镉镍蓄电池是一种碱性蓄电池。镉镍蓄电池的运行方式（1）1）正常充电法镉镍蓄电池的正常充电是以0.2C5(A)恒流充电6-8h。在充电期间，电解液的温度不得超过30C,若电解液中加了氢氧化锂，其温度不得40C，如充电过程中，温度过高，充电应立即停止，待温度将下来后再充电。充电终了的判断：测量电池的端电压，镉镍蓄电池的电压升致1.75V以上，经1h后电压无明显变化，且充入的电量已达到放出的电量140%，就认为充电终了。2)过充电法（加强充电）所谓过充电，就是用正常充电流充电6h,使电池充电容量充至额定容量，然后，再用正常充电电流的1/2继续充电6h。由于镉镍电池蓄电池在放电工作期间，不允许全部容量放完后再从点，必须留有适当的储备容量，这种运行方式，使极板上的有效物质不能全部参加化学反应，经长期使用后，也会发生容量减退的现象，但不像铅酸蓄电池那样显著。为了保持蓄电池容量，所以也要定期过充。对于经常使用的蓄电池，最好每月进行一次。3)快速充电，用0.5C5（A）恒流对蓄电池充电2h.这种方式对蓄电池寿命由影响，只能在紧急情况下使用，不推荐。镉镍蓄电池的运行方式（2）4)正常放电镉镍蓄电池正常放电是以0.2C5（A）的电流值进行恒流放电。判断蓄电池放电终止是根据各种放电率放电电流下的终止电压和容量来确定。正常放电电流下的终止电压为1V/只。5)恒压浮充电镉镍蓄电池的恒压浮充电，同样是为了补充蓄电池的自放电的损耗，以1-5mA/Ah的电流对蓄电池进行持续的恒压充电，使蓄电池保持其容量。浮充电时，每只电池的端电压根据各电池的型号确定，中倍率蓄电池的浮充电压一般为1.42-1.49V/只，高倍率蓄电池的浮充电压一般为1.35-1.39V/只。6)恒压均衡充电也叫均衡充电，是过充电的方法一种，均衡充电电压要比浮充电电压高，中倍率蓄电池的均衡充电压一般为1.52-1.59V/只，高倍率蓄电池的均衡充电压一般为1.47-1.50V。

直流系统的运行

直流配电系统的正常运行直流配电系统正常运行时，充电器由外部交流电源供电，其输出的直流电提供给负载，并给蓄电池组浮充电。此时的蓄电池组是处于满充电状态。蓄电池组在直流负载出现瞬间大负荷时短时放电。如果直流系统中有两台充电器，另一台充电器处于备用状态，但它的交流输入端是接入的。当蓄电池大电流长时间放电后，或蓄电池进行了核对性容量试验后，蓄电池需再充电，此时充电器的输出电压和电流维持在再充电状态，通常此时直流负载是断开的。在蓄电池组中的各别蓄电池电压、电解液密度差异较大时，蓄电池应进行均衡充电，此时充电器的输出电压和电流维持在均衡充电状态。直流配电系统事故下的运行（1）事故报警信号：在直流配电系统中，如果工作的充电器出现故障，将采用手动的方式切除故障的充电器，投入备用的充电器。在手动切换的过程中，直流系统的负荷由蓄电池组供电，以保证直流系统供电的连续性。当切换过程结束，备用的充电器投入工作，它将向负载提供直流电力，并对蓄电池组进行浮充电，对被切除的充电器进行检修。如果充电器的故障是由交流电源引起的，则在交流电故障期间，两台充电器均不能工作，系统的直流负荷由蓄电池组供电。一般蓄电池的容量设计应能够满足全部直流负荷工作1小时。待充电器的交流电源恢复后，充电器投入工作，并同时对蓄电池组进行再充电。直流配电系统事故下的运行（2)在直流配电系统运行中还可能出现以下（1）蓄电池放电报警信号这一故障报警信号是由于电网故障或充电器故障引起的。若是由于充电器故障引起的，可将故障充电器切断，投入备用整流器；若是由于电网故障引起的，则备用充电器亦不可用，此时运行人员应密切注意蓄电池的电压降低信号，一旦出现蓄电池的电压降低信号，应立即人工依次切断负载，并着手排除故障。（2）蓄电池组过电压报警信号蓄电池组过电压报警信号是由充电器故障引起的，此时应将故障的充电器切除，投入备用的充电器，并对故障的充电器进行检查，排除故障。（3）蓄电池组低电压报警信号蓄电池低电压报警信号是由于电网故障或充电器故障引起的。蓄电池组放电试验时，当放电电压达到预先整定的电压时也会发出报警信号。（4）接地故障报警信号出现接地故障报警信号，说明直流配电系统出现绝缘降低或接地故障，应对直流配电系统中的充电器、蓄电池和配电盘做逐一检查，并排除故障。直流系统的故障诊断与处理（1）（1）控制电压消失48V直流控制电压用来控制KIT（中央数据处理系统）和KSA（报警处理系统）。如果48V直流电源丢失，将会有报警信号出现于主控制室。125V直流电源用来控制报警信号。如果125V直流电源丢失，则有报警信号出现在主控制室。应当注意，所有应用48V和125V直流电源的负载，当电源消失时，其警报信号是聚集在一起的。（2）交流电源消失交流电源消失，就地和主控制室都出现电网故障报警。若充电器工作于“自动”运行情况下，则有：·交流消失后的时间小于选择开关的整定时间（3—6—12分钟），充电器恢复到原来的工作状态，即浮充电或者再充电/均衡充电。选择开关安装于充电器机柜内。·若交流电源消失的时间大于开关的整定时间，重新以均衡充电运行方式，运行的时间取决于时间继电器（同样安装于充电器机壳内），其动作时间可以在1—30小时内调整（整定为15小时）。均衡充电结束，自动转为浮充电方式工作。直流系统的故障诊断与处理（2）（3）在交流或直流母线上发生短路故障·若故障发生在出线开关后若故障发生在出线开关后，则经8毫秒延时，该出线开关的磁性释放器动作，将开关跳开。这个时间包括继电器的惯性和开关的跳闸时间。·直流母线故障母线故障后90毫秒，蓄电池的进线开关跳闸，引起充电器进线开关自动断开。·短路发生在充电器的交流侧若短路发生在充电器的交流侧，则充电器交流380V侧母线断路器跳开。（4）充电器故障若故障发生在充电器内，则充电器进线开关或交流母线开关都将自动断开。操作人员应在一小时内将备用充电器投入运行。直流系统的故障诊断与处理（3）（5）蓄电池进线开关与充电器进线开关一起跳闸这一情况说明故障发生在直流母线，直流电源系统不能继续供电。（6）出现“蓄电池开始放电”报警这一情况说明运行中的充电器已丧失功能，应断开运行中的充电器，投入备用充电器。（7）出现“电压故障”报警这一情况下，先检查电压水平，如果电压超过高电压整定值，则是由于充电器调节失灵，应将运行中的充电器退出，投入备用充电器。如果电压低于低电压整定值，则是由于蓄电池连续放电造成的，将同时有“蓄电池开始放电”报警显示。操作人员应注意监视，当电压降至限值时，立即就地手动将该配电盘退出运行。蓄电池的初充电蓄电池的自放电蓄电池的初充电（1）新安装的蓄电池以及极板经过干储藏或将极板抽出大修后，均应进行初充电。初充电的实质，就是使正极板的有效物质变成二氧化铅（PbO2），负极板的有效物质变成铅棉（Pb）的过程。也就是使正、负极板进行充分的化学反应（又叫活性化）。初充电操作是否正确，对蓄电池的寿命以及投入运行后的电性能有极大的关系。蓄电池初次充电时，要严格按照厂家说明书的技术参数和有关规定进行，以保证初次充电的质量。如果初次充电电流过大、中途停顿、电解液温度过高等，都会直接影响到极板上有效物质参加化学反应的数量，使蓄电池的极板损坏、容量降低、寿命缩短。如无原始资料可查时，初次充电的电流值（恒流充电）可取0.07C10（A），初次充电的时间一般为20~30h左右。蓄电池的初放电（2）初次充电是否完成，可有下列现象来判断：每个蓄电池均产生强烈的气泡。单个蓄电池的电压上升到2.6V以上。电压和电解液的密度升至稳定，在3h内不再继续上升。电解液由乳白色转清亮。正极板为褐色，负极板为灰色。还应指出：给蓄电池初充电时，往往经过一次充电后，尚不能使极板上的全部有效物质变成二氧化铅(PbO2)和铅棉(Pb)，所以蓄电池还达不到额定容量。因此给蓄电池进行初充电时，必须经过若干次的“充电——放电”循环，并要进行放电容量试验，直到蓄电池达到额定容量之后，初充电才算完成。蓄电池的初充电，除了上述恒流充电方法以外，有的蓄电池也采用恒压（定压）充电法蓄电池的型式不同，对初充电的要求也有些不同，应按厂家说明进行。蓄电池的自放电充足电的蓄电池，不接任何外负荷，经过一定时期后会自动失去电量的现象称为蓄电池自放电。蓄电池自放电现象，是运行维护中应特别注意的问题，也是使运行维护复杂化的原因之一。蓄电池自放电的主要原因是由于电解液和极板含有杂质。电解液的杂质可能形成内部漏电导，引起自放电；极板中的杂质会形成局部的小电池，小电池的两极又形成短路回路，引起蓄电池的自放电。其次，由于蓄电池电解液上下密度不同，使极板上下电动势不等，因而在极板上下之间产生均压电流，也会引起蓄电池自放电。通常，铅酸蓄电池一昼夜内，由于自放电，会使其容量减少0.5%~1%，且会使极板硫化。因此，为防止极板的硫化，对充足电而搁置不用的蓄电池，一般应每月进行一次补充充电。蓄电池直流系统复习题为什么电厂要设直流电源系统？它为哪些负荷供电？直流电源系统由几部分组成、各部分的作用是什么？核电厂的直流电源系统有哪些特点？电厂直流电源系统的运行方式。蓄电池的原理、结构（铅酸电池和镉镍电池）。蓄电池的运行方式（铅酸电池和镉镍电池）。UPS交流不间断电源系统教学内容教学内容UPS作用、功能、组成元件、原理接线逆变器的基本原理逆变器的运行方式、操作及监护要点UPS异常运行对电站核安全的影响UPS作用和功能UPS是能够向用电负荷提供持续的、稳定的、不间断的交流电源设备。从原理上来讲，UPS是一种集数字电路和模拟电路、自动控制器件、逆变器及免维护储能装置为一体的电力电子设备。从功能上来讲，UPS可以在市电出现异常时，能有效的净化市电，还可以在市电突然发生中断时，接替市电持续向负荷供电并能保持一定的时间。从用途上来讲，UPS广泛地应用于国民经济各个领域，如通讯、计算机、电力、核电等。UPS的分类和运行方式UPS可以分为三种类型：后备式、在线式和在线互动式。后备式UPS的运行方式，在市电正常时，UPS直接由市电向负荷供电，当市电的电压或频率超出其工作范围或者停电时，通过转换开关转向由逆变器供电。后备式UPS的特点是结构简单、体积小、成本低，但输出的电压窄，输出的电压稳定精度低，电源有切换时间，电压输出波形一般为方波。UPS的分类和运行方式在线式UPS的运行方式，市电正常时，市电经UPS的整流器输出直流给逆变器供电，由逆变器输出的交流电供给负荷，整流器输出的直流电同时给蓄电池充电；当市电不正常时，逆变器由蓄电池供电，产生的交流电供给负荷，在线式的UPS中的逆变器始终处于工作状态，保证了UPS无间断地输出交流电。在线式UPS的特点是有极宽的输入电压范围，无切换时间，输出电压稳定精度高，特别适用于电源要求高的场合，但这种UPS成本高。UPS的分类和运行方式在线互动式UPS的运行方式，在市电正常时，UPS直接由市电向负荷供电，当市电的电压偏高或偏低时，通过UPS的稳压器稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转由逆变器供电。在线互动式UPS的特点是有较宽的输入电压范围，噪声低，体积小，但有切换时间。UPS按输入输出来分有：单相输入单相输出、三相输入单相输出、三相输入三相输出。UPS组成元件和原理UPS由整流器、蓄电池组、逆变器和静态开关等几部分组成，接线原理图如下：UPS原理接线单相逆变器原理图三相逆变器原理图UPS主要技术参数UPS主要技术参