300MW机组直流系统

300MW直流系统1黄健新福建·漳平2007年9月300MW机组的直流系统2直流系统的作用蓄电池的基础知识微机高频充电器主

要

内4

容蓄电池和充电设备的运行JZ-IPD-Ⅲ型智能接地巡检仪直流系统正常的检查项目直流系统的异常及事故处理300MW机组的直流系统第一节直流系统的作用300MW机组的继电保护、自动装置、远动装置、通讯设备、事故照明及汽轮机的直流油泵、锅炉、汽轮机的热工保护及自动控制等，一般都采用专用的直流系统作为电源。对直流系统的运行，要求有足够的可靠性和稳定性，即使在全厂停电交流电源全部失去的情况下，也要求直流系统能持续地向直流负载供给直流电源。对其运行的安全性和可靠性提出了更高的要求。众所周知，继电保护、自动装置、热力控制和保护对机组的安全运行起着相当重要的作用。这样，300MW机组直流系统的要求就更高。我国目前运行的300MW机组每台一般设置一套国套独立的直流系统，每套直流系统由蓄电池及充电装置组成。3直流系统的作用:

直流电源的作用是供给全厂远方操作、断路器（开关）合闸电源及操作电源，满足继电保护及自动装置、事故照明、热工信号、直流润滑油泵及其它设备对直流电源的需要。现我厂直流系统共有三组蓄电池：Ⅰ组蓄电池型号：A602/1000,共有103瓶蓄电池，1000安时.Ⅱ组蓄电池型号：GFM－1600,共有104瓶蓄电池，1600安时。Ⅲ组蓄电池型号：PowerGard-500,共有103瓶蓄电池，500安时4300MW机组的直流系统300MW机组的直流系统300MW机组直流系统电压的选择是这样规定的:(1)控制负荷专用的蓄电池组（对网控室可包括事故照明）采用11OV。(2)动力负荷和直流事故照明负荷专用的蓄电池组采用220V。(3)控制负荷、动力负荷和直流事故照明共用的蓄电池采用220V或110V。(4)对强电回路、蓄电池组采用220V或110V。国内发电厂的直流电压大多为220V,新建发电厂采用110V和220V两种电压。现我厂是采用220V直流电压系统。5300MW机组的直流系统第二节蓄电池的基础知识正常直流系统由蓄电池、充电装置、绝缘监察装置、直流母线及馈线组成。6

蓄电池是一种独立可靠的直流电源。尽管蓄电池投资大，寿命短，且需要很多的辅助设备（如充电和浮充电设备、保暖、通风、防酸建筑等），以及建造时间长，运行维护复杂，但由于它供电具有独立而可靠的特点，因而在发电厂和变电站内发生任何事故时，即使在交流电源全部停电的情况下，也能保证直流系统的用电设备可靠而连续地工作。另外，不论如何复杂的继电保护装置、自动装置和任何型式的断路器，在其进行远距离操作时，均可用蓄电池的直流电作为操作电源。因此，蓄电池组在发电厂中不仅是操作电源，也是事故照明和些直流自用机械的备用电源。7300MW机组的直流系统蓄电池300MW机组的直流系统8蓄电池:蓄电池是储存直流电能的一种设备，它能把电能转变为化学能储存起来（充电），使用再把化学能转变为电能（放电），供给直流负荷。这种能量的变换过程是可逆的，也就是，当蓄电池已部分放电或完全放电后，两极表面形成了新的化合物，这时如果用适当的反电流通人蓄电池，就可使已形成的新化合物还原成原来的活性物质，供下次放电之用。在放电时，电流流出的电极称为正极或阳极，以“+”表示；电流经过外电路之后，返电池的电极称为负极或阴极，以“一”表示。根据电极或电解液所用物质的不同，蓄电池一般分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种。下以铅酸蓄电池为例，对蓄电池的构造、工作原理进行介绍。一、铅酸蓄电池的构造300MW机组的直流系统9300MW机组的直流系统10二、铅酸蓄电池的构造蓄电池由极板、电解液和容器构成，如图3一6一1所示。极板分正极板和负极板，在正极上的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质是灰色海绵状的金属铅（铅绵）,电解液是浓度为27％～37％的硫酸水溶液（稀硫酸），其与水的相对密度在15℃时为1.21,放电时比重稍为下降。电解液面应该比极板上边至少高出10mm，比容器上边至少低15～20mm。前者是为了止反应不完全而使极板翘曲，后者是防止电解液沸腾时从容器内溅出。蓄电池中负极板总正极板多一块，使正极板的两面在工作中起的化学作用尽量相同，以防止极板发生翘曲变．。同极性的极板用铅条连接成一组，此铅条焊接在极板的突出部分，并用耳柄挂在容器的边缘上。300MW机组的直流系统三、蓄电池的工作原理1．放电把正、负极板互不接触而浸入容器的电解液中，在容器外用导线和灯泡把两种极板连接，如图(a)所示，此时灯泡发亮，因为二氧化铅板和铅板都与电解液中的硫酸起了化学变化，使两种极板之间产生了电动势（电压），在导线中有电流流过，即化学能变成了使灯泡发光的电能。这种由于化学反应而输出电流的过程称为蓄电池放电。(a)蓄电池放电1、容器、2、电解液；3、二氧化铅板（正极4、铅板（负极）；5、灯泡；11300MW机组的直流系统四、蓄电池的放电放电时，正负极板上的活性物质都与硫酸发生了化学变化，生成硫酸铅PbSO4。当两极板上大部分活性物质都变成了硫酸铅后，蓄电池的端电压就下降。当端电压降到1.8～1.75V以后，放电不宜继续下去，此时两极板间的电压称为终止放电电压。在整个放电过程中，蓄电池中的硫酸逐渐减少而形成水，硫酸的浓度减少，电解液密度降低，蓄电池内阻增大，电动势下降，端电压也随之减小，此时，正极板为浅褐色，负极板为深灰色必须注意，在正常使用情况下，蓄电池不宜过度放电，因为在化学反应中生成的硫酸铅小晶块在过度放电后将结成体积较大的大晶块，晶块分布不均匀时，就会使极板发生不能恢复的翘曲，同时还增大了极板的电阻。放电时产生的硫酸铅大晶块很难还原，妨碍充电过程的进行。12300MW机组的直流系统五、蓄电池的充电把外电路中的灯泡换成直流电源，即直流发电机或硅整流设备，并且把正极板接外电源的正极，负极板接外电源的负极，如图(b)所示；6－直流发电机当外接电源的端电压高于蓄电池的电动势时，外接电源的电流就会流入蓄电池，电流方向与放电时电流方向相反，于是在蓄电池内就产生了与上述相反的化学反应，硫酸从极板中析出，正极板又转化为二氧化铅，负极板又转化为纯铅，而电解液中硫酸增多，水减少。经过这种转化，蓄电池两极之间的电动势又恢复了，蓄电池又具备了放电条件。这时外接电源的电能充进了蓄电池变成化学能而贮存了起来，这种过程为蓄电池充电。13300MW机组的直流系统14六、蓄电池的充电过程充电过程使硫酸铅小晶块分别还原为二氧化铅（正极板）和铅绵（负极板），极板上的硫酸铅消失。由于充电反应逐渐深人到极板上活性物质内部，硫酸浓度就增加，水分减少，溶液的密度增大，内阻减少，电动势增大，端电压随之上升。当充电电压上升到大约2.3V时，极板上开始有气体析出：正极板上逸出氧气，负极板上逸出氢气，造成强烈的冒气现象这种现象称为蓄电池的沸腾。沸腾的原因是负极板上硫酸铅已经很少了，化学反应逐渐转变为水的电解所造成。上述两种反应同时进行时，需要消耗更多的能量，浪费蒸馏水和电力，因此，为了维持恒定的充电电流，应逐渐提高外加电源的电压。七、蓄电池充电完成依据：15300MW机组的直流系统为了减少能量损耗，防止极板活性物质脱落损坏，在充电终期时，充电电流不宜过大，在有气体放出时应减小充电电流。在充电终期时，正、负极板的颜色由暗淡变为鲜明，蓄电池发生强烈的气泡，当蓄电池端压在2

.5～2

.7V并经lh不变，即认为充电已经完成。八．蓄电池自放电现象16300MW机组的直流系统由于电解液中所含金属杂质沉淀在负极板上，以及极板本身活性物质中也含有金属杂质，因此，在负极板上造成局部的短路，形成了蓄电池的自放电现象。通常在一昼夜内，蓄电池由于自放电，将使其容量减少0.5%～1%自放电现象也随着电解液的温度、密度和使用时间的增长而增加。放电时电解液因硫酸减少而变稀；充电时，电解液因硫酸增多而变浓。因此，电解液的浓度就代表着蓄电池放电和充电的程度。电解液的浓度用其密度大小来衡量。300MW机组的直流系统充电设备17第三节一、充电设备的种类：蓄电池只能用直流电源来充电，发电厂厂用电是交电。这就需要使用将交流电变为流电的设备，即整流设备。可以用作充电设备的整流设备有下述几种：(1）电动机一发电机组（由交流电动机带动直流发电机）。(2

）汞弧整流器。(3

）钨管整流器。(4

）半导体整流器：如硅整流器、硒整流器等。目前，广泛采用硅整流器作为直流电源蓄电池的充电设备。300MW机组的直流系统18二、高频充电器高频充电器又可分为GZDW微机自控高频开关电源直流充电器及TEP一M系列高频开关电源直流充电器GZDW微机自控高频开关电源直流充电器工作原理（一）工作原理充电浮充电装置采用五个高频开关电源模块并联组成，N+1备份，即在用N个模块满足蓄电池的充电电流加上经常负荷电流（合闸电流除外）下，选用N+1个模块即可。充电器充电时采用恒流方式，向蓄电池提供稳定的直流电流。充电器浮充电时，采用恒压方式，充电模块输出端并联后经逆止二极管到直流母线上，再经熔断器接到蓄电池组上。当交流电中断时，充电机无直流电压输出，此时蓄电池电压加到控制母线上，使控制母线供电连续。设备根据交流停电时间长短在交流恢复时，自动选择浮充或均充状态对蓄电池进行补充性充电。300MW机组的直流系统三、GZDW微机高频直流充电器工作方式：蓄电池组充电按照强充（恒流）—均充（恒压）—浮

充（恒压）的三阶段方式充电，既保证电池满容量工作，又保证电池的使用寿命。由于电池长期浮充电会造成电池组单体电池的不均衡性，因此每隔3～6个月应均充电一次。系统正常长期工作状态为浮充电状态。均充电时充电器向直流系统提供较高的均充电压该电压快速给蓄电池补充蓄电池向负载放电损失的能量。均充是在系统交流输入失电、蓄电池较大容量放电后，进行快速补充充电而采用的一种运行方式，同时也做为消除长期浮充电状态运行的蓄电池差异而采用的一种运行方式。19300MW机组的直流系统20四、GZDW充电机的模块工作方式模块间自动无主均流，系统电流山五个模块平均分配。充电机中任何一个模块故障，系统发出故障信号，不会影响系统的运行状态与运行方式。充电模块投运时，其直流输出电压均调整在蓄电池浮充电压上。微机监控单元投入运行时，系统直流输出电压由微机监控单元自动控制；当微机监控单元因故障退出运行时，系统自动工作在浮充状态。300MW机组的直流系统五、GZDW充电机的微机监控单元微机监控单元显示采用大屏幕液晶屏，全中文显示，完成对系统运行参数和工作状态巡检，并对充电机系统进行控制，满足电池对不同充电曲线的要求。运行人员应定期检查充电机运行情况：包括监控器液晶显示屏内各参数及整流模块的工作情况。监控模块使用说明：监控器上电后，首先要进行系统自检工作，接着调入一些配置文件，若配置文件打开成功，则显示主屏幕：菜单关于21母线电压：电池：A负载：A状态：在主屏幕上按F4即可查看“关于”系统的一些信息。按F2返回主屏幕，在主屏幕上按F2可进入主菜单：22翻页键：同类显示屏面间切换；确认键：存储修改后的参数，或充、放电控制；左、右移键：光标左、右移动；加、减键（上、下键）：修改参数；设置键：主菜单和其它显示屏间切换；消音键：关闭当前告警声音：复位键：复位系统：绝缘数据电池仪数据返回参数设置1交流数据2直流数据3模块数据4告警数据7参数设置300MW机组的直流系统充电机监视器：300MW机组的直流系统六、TEP一M系列高频开关电源模块工作原理23TEP一M系列高频开关电源模块采用先进的移相零压零流高频软开关电源技术开发，其设计充分考虑了现代电力电源的运行维护特点。广泛适用于发电厂变电站的直流操作电源系统及通讯等电源设备中。产品特点是：效率高达93%，电磁干扰小。控制、输入、输出分别全隔离设计，确保运行安全、可靠。采用无级限流方式。并联时，模块间自主均流；完善的保护、告警措施，可靠性高。模块的输出电压电流范围，可根据系统配置及用户需要进行调整。300MW机组的直流系统七、TEP一M系列充电机的工作原理方框图:24300MW机组的直流系统第四节蓄电池和充电设备的运行一、运行方式：单元控制室直流系统接线如图3一6一4和图3一6一5所示。蓄电池组的运行有两种方式，一种是充电－放电方式另一种是浮充电方式。25110V直流系统接线图：300MW机组的直流系统26300MW机组的直流系统27二、蓄电池的运行方式：蓄电池采用充电放电方式运行时，蓄电池经常接在直流母线上供负荷用电，充电机组则断开。在充电时，启动充电机组，一方面向蓄电池充电补充能量的储存（充电约每两天进行一次），另一方面供经常性负荷用电。蓄电池采用浮充电方式运行时，用浮充电机组或硅整流器，或晶闸管整流器作为浮充电源，浮充电源与蓄电池并列运行于直流母线上。浮充电源一方面供经常性的直流负荷用电，一方面以很小的电流补偿蓄电池自放电的损耗。三、蓄电池自放电:蓄电池自放电的主要原因是由于极板含有杂质，形成局部的小电池，而小电池的两极又形成短路回路，引起蓄电池自放电。另外，由于蓄电池电解液上下密度不同，致使极板上下的电动势不等，也会引起蓄电池的自放电。为了补偿蓄电池的自放电损耗，使蓄电池组经常处于完全充电状态。蓄电池采用浮充电方式运行，浮充电源一方面供经常性的直流负荷用电，一方面以很小的电流补偿蓄电池自放电的损耗。以保证蓄电池的使用寿命。28300MW机组的直流系统300MW机组的直流系统四、浮充电流大小对蓄电池的影响：浮充电流的大小，一般以GG-36型蓄电池为基数，其其浮充电流Ic=0.01～0.03A，于其他标号的蓄电池，Ic可按容量的倍数推算，即Ic=（0.01～0.03）0.03QN／36式中：QN为蓄电池的额定容量，A·h；Ic为浮充电流，A。影响浮充电流的因素很多，其中主要的是蓄电池的电压，浮充电压应在2.1～2.2V之间，一般取Uc=2.15V，若蓄电池的电压比它高，就是过充电，反之，就是欠充电。用硅整流器作浮充电源时，由于一次系统电压的变化，使硅整流器的输出电压随之变化，因而影响了浮充电流，所以应该设法使浮充电流随系统电压的波动变化最小，以保证蓄电池的使用寿命。29五、直流系统接地的危害：30300MW机组的直流系统在直流装置中，发生一极接地时并不会引起任何危害，但长期一极接地是不允许的，因为在同一极的另一点再发生接地后，就可能造成信号装置、继电保护和控制电路的误动作。直流系统发生正极接地有造成保护误动作的可能。因为电磁操动机构的跳闸绕组通常都接于负极电源，倘若这些回路再发生接地或绝缘不良就会引起保护误动。直流系统负极接地时，如果回路中再有一点发生接地，就可能使跳闸或合闸回路短路，造成保护或断路器拒动、烧毁继电器、使熔断器熔断等。因此，不允许直流系统长期带一点接地运行，为此需装设直流绝缘监视装置。300MW机组的直流系统第五节

JZ-IPD-Ⅲ型智能接地巡检仪（现我厂Ⅰ、Ⅱ段母线）为了保障电力系统的安全运行，发电厂的控制及保护回路均采用直流电源供电。该电源采用对地绝缘的方式，当直流馈线发生一点接地时，不会影响系统的正常运行，但必须及时找到接地点，排除故障，否则，当第二点接地时，将造成严重事故。采用直流检测法，利用平衡电桥与不平衡电桥，检测母线对地的绝缘电阻。不向直流系统输入信号，不受直流馈线对地电容影响。支路对地的绝缘电阻的检测使用电流差值计算，准确计算出各支路的正、负端接地阻抗，当检测到接地阻值小于设定阻值，设备给出报警信号。该巡检仪具有电源监测功能，当母线的电压超出设定的范围时（242V、198V），会进行母线欠压和母线超压报警指示。同时本设备能储存180条报警记录。并可通过通讯接口向远程控制终端传送数据信息。31JZ-IPD-Ⅲ型智能接地巡检仪界面：系统主菜单显示如下：维护级设置、参数设置、运行监测、其他监测、记录查询32300MW机组的直流系统该巡检仪具有电源监测功能，当母线的电压超出设定的范围时（242V、198V），会进行母线欠压和母线超压报警指示。支路对地绝缘电阻报警设限值：50kΩ，母线正、负对地绝缘电阻报警设限值：50kΩ.33300MW机组的直流系统JZ-IPD-Ⅲ型智能接地巡检仪界面：

该巡检仪具有电源监测功能，当母线的电压超出设定的范围时（242V、198V），会进行母线欠压和母线超压报警指示。300MW机组的直流系统JZ-IPD-Ⅲ型智能接地巡检仪操作面板：34300MW机组的直流系统一、JZ-IPD-Ⅲ型智能接地巡检仪主要功能及特点：大屏幕液晶中文显示，界面友好，信息容量大。不需要向直流馈线系统注入信号，且不受线路接地电容的影响。用户可以通过操作界面设定接地电阻的报警阻值，母线电压报警值、Ⅰ段或Ⅱ段母线，使用灵活。自动进行接地报警，母线电压异常报警。可以储存180条可查询的报警记录。可通过通讯接口向远程控制终端传送数据信息。35300MW机组的直流系统三、JZ-IPD-Ⅲ型智能接地巡检仪基本操作方法：3、选择“运行监测”按确认键进入画面：运行监测第一页第001路：0-99kΩ（正常）第002路：0-99kΩ（正常）共26路4、选择“其他监测”按确认键进入画面：其他监测Ⅰ段正母线接地电阻：0-99kΩⅠ段负母线接地电阻：0-99kΩⅠ段控母电压：0-999VⅠ段合母电压：0-999V5、选择“记录查询”按确认键进入画面：记录查询故障

设置实际时间第18路接地

50

kΩ┄

┄+20

kΩ┄12月1日3时15分37300MW机组的直流系统四、JZ-IPD-Ⅲ型智能接地巡检仪报警说明：1、各报警值如下：接地电阻报警值为50kΩ（约75V）。当正（或负）极对地电阻低于50kΩ时报警。电压报警上限值：242V。电压报警下限值：198V。2、当Ⅱ段母线任一支路接地，巡检仪均会报警，面板相应故障灯点亮并在中央信号同期屏发“直流系统故障”光字牌，同时在“运行监测”菜单下显示接地支路号及接地电阻值。例：第1路负极失地，负极对地电阻为：－20

kΩ，此时在“运行监测”菜单中显示：第001路：－20

kΩ3、当母线电压高于上限值或低于下限值，巡检仪均会报警面板相应故障灯点亮并在中央信号同期屏发“直流系统故障”光字牌，同时在“历史记录”菜单下显示电压超限值及超限时间。38300MW机组的直流系统第六节直流系统运行监视及维护一、运行监视参数1、浮充电流220V蓄电池组：1A110V蓄电池组：1.2A2、直流母线电压220V母线：230±5V110V母线：115±2V39二、充电器的监视、检查:对运行中的充电器应进行下列检查和监视：

1、各运行指示灯亮且正确；2、各开关、刀闸、旋钮选择开关位置正确，电压、电流表指示正常，无过充过放电现象；3、无保护动作和充电器故障信号；4、充电器各部件无过热、振动、松动声响，开关、刀闸等接触良好；5、熔丝接触良好，无熔断现象；6、设备各部完好无损、盘内清洁、无杂物、无异味。40300MW机组的直流系统三、直流配电盘的检查视对运行中的直流配电盘应进行下列检查和监视：1、直流配电盘内保持清洁、温度正常、无焦臭味、干燥、通风良好；2、配电盘上表计，指示灯指示正确；3、熔丝无熔断现象；4、配电盘内各无件无过热、松动、异音；5、各保护运行良好、无警告信号、直流母线绝缘良好、无接地信号。41300MW机组的直流系统四、蓄电池的检查、维护421、电池外部完整无破裂、无杂物、电解液液面在高低液面线之中。各接头连接牢固，无松动、腐蚀、发热现象。催化栓注液栓已拧紧；2、极板无弯曲、硫化、膨胀、裂开和短路现象；3、玻璃缸内隔板无脱落、极板焊接无裂纹；4、每只蓄电池的电压在2.15~2.2V,电解液密度在1.215±0.005范围内（25℃时）；5、电池在充电过程中，电解温度不得超过45℃；6、各电池无大量冒气现象；7、蓄电池室内清洁，电池及台架无污垢，室温应保持在5~25℃范围为宜；8、蓄电池室内照明，通风良好，无任何火源。300MW机组的直流系统流系统300MW机组的直第七节 直流系统的异常及事故处理+-KD1K2KSXBKOMK4K3K1图7-1直流系统接地的危害43

在直流装置中，发生一极接地时并不会引起任何危害，但长期一极接地是不允许的，因为在同一极的另一点再发生接地后，就可能造成信号装置、继电保护和控制电路的误动作或拒绝动作。如图7－1中所示为变压器差动保护跳闸的启动回路。如果运行中

K1点（正极）发生接地故障，不会影响该回路的正常工作，但是如果在K2点或K3点又发生一点接地，则将导致保护出口继电器KOM充电而使断路器跳闸。起动回路见虚线所示。这一回路旁路差动继电器KD的接点，也就造成了保护的误动作。300MW机组的直流系统+-KD1K2KSXBKOMK4K3K1图7-1