直流电源系统的基本知识

直流电源系统的基本知识供用电技术专业国家级教学资源库标准化课程制作人：贾涛

基本概念第一部分：电力电源基本概念※电力操作电源：适用于大中小型发电厂、变电所，作为高压断路器直流操作机构的分/合闸、继电保护、自动装置、信号装置等使用的操作电源及事故照明和控制用直流电源统称为电力操作电源。※充电模块：采用高频开关PWM变换技术，均流技术将交流变成直流的充电装置，该装置做成模块化，方便增容、维护。其主要功能是对蓄电池进行充电，所以称为充电模块。※充电/浮充电装置：由多个充电模块构成，所有直流输出并接实现对蓄电池进行均/浮充充电，同时对其它常规负荷提供直流电源的装置。※监控模块：电力操作电源系统统一受控于一台中央控制系统（可以是单片机、PLC可编程控制器构成），同时对蓄电池及输出回路状态进行监控，该系统采用模块化结构，实现系统的“四遥”功能，这样的装置称为监控模块。※均衡充电：为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电，以及大容量放电后的补充充电，通称为均衡充电。就是常说的均充。浮充电：在系统正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用。该状态就是浮充电状态。※正常充电：指蓄电池正常的充电过程，即由均充电（包括限流均充和恒压均充两个过程）转到浮充电的过程。※定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致的电池单体容量不平衡，而周期性（1-3个月）以较高的电压对电池进行均衡充电。※限流均充：以不超过电池充电限流点（0.1倍电池容量）的恒定电流对电池充电。※恒压均充：以恒定的均充电压（2V的电池为例：国标规定为2.35-2.40V）对电池充电。

※控制负荷：用于电气和热工的控制、信号装置和继电保护、自动装置以及仪器仪表等小容量负荷称为控制负荷。这类负荷在发电厂、变电所中数量多、范围广，但容量小。※动力负荷：在发电厂中，直流润滑油泵电动机、氢密封油泵电动机、电磁操作的断路器合闸机构、交流不停电电源装置、直流照明等大功率的负荷称为动力负荷。这类负荷在发电厂中容量较大，对蓄电池容量及设备选择起着决定作用。在变电所中，主要是电磁操作机构。※控制和动力母线：控制负荷和动力负荷对直流操作电源的要求不同，一般情况下分设控制和动力母线。在电厂，控制和动力则由单独的直流设备分别提供，常规控制为110V系统，动力为220V系统；在变电所，由于设备容量较小，控制和动力则由同一设备提供，中间加装调压装置。※核对性放电：在正常运行中的蓄电池组，为了检验其实际容量和对电池进行正常维护活化，以规定的放电电流进行恒流放电，只要有单节电池达到了规定的放电终止电压，即停止放电，然后根据放电电流和放电时间，计算出蓄电池组的实际容量，称为核对性放电。※终止电压：蓄电池容量选择计算中，终止电压是指直流系统的用电负荷，在指定放电时间内要求蓄电池必须保持的最低放电电压。对蓄电池本身而言，终止电压是指蓄电池在不同放电时间内及不同放电率放电条件下允许的最低放电电压。一般情况下，前者的要求比后者要高。※稳压精度：充电装置在浮充电状态下，交流输入电压在其额定值的+15%、-10%的范围内变化，输出电流在额定值的0-100%范围内变化，输出电压在其浮充电压调节范围内的任一数值上保持稳定，这时测量输出电压波动极限值，波动极限值减输出电压整定值除以输出电压整定值，然后乘以100%就是该装置的稳压精度。※稳流精度：充电装置在浮充电状态下，交流输入电压在其额定值的+15%、-10%的范围内变化，输出电压在充电电压调节范围内，输出电流在额定值的20-100%范围内的任一数值上保持稳定，这时测量输出电流波动极限值，波动极限值减输出电流整定值除以输出电流整定值，然后乘以100%就是该装置的稳流精度。※纹波系数：充电装置在浮充电状态下，交流输入电压在其额定值的+15%、-10%的范围内变化，输出电流在额定值的0-100%范围变化，输出电压在浮充电电压调节范围内任一数值上，，这时测量电阻性负载两端的直流电压脉动峰值和直流电压脉动谷值，峰值减谷值除以平均值，然后乘以100%就是该装置的纹波系数。※限流实验：充电装置在浮充状态下运行，改变负载，使其输出电流逐步上升而超过限流整定值，充电装置将自动降低直流输出电压值，从而使电流降至整定值以下，达到限流目的，限流的调整范围为额定输出电流的50%-110%中的任一数值。※限压实验：充电装置在恒流充电状态下运行，当直流输出电压超过限压整定值时，应能自动转换恒压充电方式运行，达到限压目的。限压的调整范围为额定电压105%至充电电压上限值中的任一数值。第二部分：我国直流电源的过去、现在与将来综自和保护是变电站的大脑直流系统就是变电站的心脏

高频开关电源模块基本原理框图TEP-M20/220系列高频开关直流电源整流模块TEP-M30/220系列高频开关直流电源整流模块TEP-M2-5/220系列高频开关直流电源整流模块

高频开关电源系统框图TEP-I监控装置高频开关直流电源的微机监控装置泰坦微机控制器首先是监视直流系统的所有运行参数和运行工况根据充电曲线实现均、浮充的自动转变向远端主控室传输遥信、遥测、遥控、遥调信号（软、硬通信方式）实现绝缘检测实现电池端电压巡检其它功能等（48V、逆变器电源、手动放电等）微机模块的基本功能和连接微机的基本功能是监视系统的运行状态。微机与系统并联安装。微机不主宰系统的基本运行状态-浮充状态。微机模块出现故障，有足够的时间进行更换。

直流系统安全运行的最后一道防线始终保证蓄电池的容量在95%以上，是使直流系统安全运行的根本保障

蓄电池监测的方法蓄电池端电压巡检蓄电池内阻测试蓄电池核对性放充电TEP-B-C分布式蓄电池巡检装置TEP-B-C分布式蓄电池巡检装置采集单元面板外观图

电池巡检装置作用对于异常电池进行报警显示配合放电装置进行核对性放电实验

TEP-B蓄电池端电压巡检仪（图）

在浮充状态下蓄电池端电压测量的局限性可以降低测量时的短路概率，减少测量工作量。浮充状态下蓄电池端电压的局限性

蓄电池内阻测量的局限性绝对值仍无很大意义，影响内阻绝对值大小的因素有：结构特点使用程度充电状态等

蓄电池内阻测量的意义蓄电池内阻相对值均匀度有很大的实际意义，可以迅速确定蓄电池组的劣化程度，并且准确找出落后电池。仍然只是定性，不是定量。

蓄电池的核对性放充电蓄电池实际容量的最准确反映：容量计算公式简单明了，不存在任何疑义。蓄电池容量AH=A×H

几个重要概念10小时放电率I10=蓄电池容量AH/10，I10=200AH/10H=20A；I10=500AH/10H=50A；放电终止电压1.80V；5.40V；10.80V落后电池的概念落后电池的容量代表整组电池的容量

绝缘检测装置。

目前国内生产的两种传感器工作原理1、交流法采用交流互感器，当有接地发生时，主机向直流母线注入7~15V，7~25HZ交流信号，在接地支路互感器中感应出电压经计算机采集处理后作出判断。此种原理主要存在以下缺点：a）支路对地电容对选线精度有很大影响。b）由于向直流母线注入低频信号源，使得直流母线叠加低频交流信号，有可能对保护产生干扰。另外，若低频信号源发生短路会造成直流母线短路。2、直流法采用直流互感器，每个互感器中都有一个磁调制微伏放大电路，当有接地发生时，在直流互感器内感应出电压经放大送入主机采集处理，并作出判断。此种原理无需向直流母线注入任何类型的信号源，而且支路电容对选线精度没有任何影响，是一种比较先进的检测原理。TEP-G-C(D)分布式绝缘监测装置绝缘检测装置作用

检测馈出各个支路绝缘状况和母线绝缘状况检测各个馈出开关分合位置检测母线绝缘从无穷大到20千欧绝缘变化趋势，提前告诉母线绝缘变化情况接地判断依据TEP-G-C(D)分布式绝缘监测装置原理框图正或负母线绝缘降低

采用平衡电桥法：a）+KM当负母线对地电压Ug≥R0*Ukm/（R0∥Rg+R0）时，正母线接地告警。母线接地电阻R+=R0（Ukm-Ug）/（2Ug-Ukm）KΩb）-KM当Ug≤Ukm*R0∥Rg/（R0∥Rg+R0