《城市轨道交通变电所运行与维护》 课件 项目6任务7 交、直流自用电系统的认知

项目6变电所二次回路的识图与分析任务7交直流自用电系统的认知【任务描述】认识主变电所、牵引变电所、降压变电所的交直流自用电系统，分组完成主变电所交直流自用电系统正常运行时的送电操作（原始状态：自用电系统未运行）。01自用电系统概述自用电系统概述变电所设备及附属设备的正常运行需要低压电源，这些设备的用电称为变电所自用电。变电所自用电的可靠性直接影响变电所能否可靠运行。1.自用电系统的作用自用电系统主要是对两类设备进行供电：1）对开关电器的距离控制、信号、继电保护、自动装置以及事故照明等二次设备的直流供电。2）对变压器冷却风扇、设备加热、蓄电池室内通风、室内外照明、通信电源、设备检修、蓄电池组的充电等设备的交流供电。为确保上述用电，通常装设专用供电系统，即自用电系统。自用电系统中的交流和直流两部分又各自独立，自成体系，故可称为交流自用电、直流自用电两个系统。自用电系统在供电系统中处于极其重要的地位，它的工作正常与否直接影响主电路的正常运行。因此，要求无论主电路处于何种运行状态，自用电源均应安全可靠持续供电。2.自用电系统的组成变电所的自用电系统由交流自用电系统和直流自用电系统两部分组成，直流自用电系统一般有整流式和蓄电池组直流系统两种类型，电压等级通常为直流110V或220V。02变电所自用电系统的整体认知变电所自用电系统的整体认知主变电所和独立牵引变电所，需要设置所用变压器；牵引降压混合变电所或降压变电所的所用低压交流电源可由所内低压配电设备提供。低压电源均引至交流屏。所用变压器和降压变电所的区别在于，降压变电所是将交流中压35kV或10kV降为交流400V电压，提供车站的动力和照明电源。而所用变压器提供所内各设备的交直流电源，将35kV或10kV变为400V。虽然功能与降压变电所类似，但供电对象和监控方式有很大不同。1.主变电所自用电系统（1）主变电所自用电系统构成为了可靠地向交流自用电设备供电，主变电所通常设两台所用变压器，互为备用且均为干式变压器。所用变压器一般从中压35kV或10kV交流电源取电，若有独立于变电所的外网10kV三相交流电源时，则所用变压器中的一台应由该电源供电。1.主变电所自用电系统（1）主变电所自用电系统构成主变电所自用电设备中存在消防负荷，低压交流接线一般采用单母线分段设分段开关方式。每段母线为消防负荷提供一路电源，消防末级配电设备实施双电源切换。自用电各设备的馈出回路独立设置，为三相四线制放射式配电。正常运行时，两台所用变压器并列运行，低压侧母线联络断路器断开。当一台所用变压器发生故障时，备用电源自动投入运行，低压侧母线联络断路器自动闭合，由另一台所用变压器供给所内重要负荷。变电所自用电系统由交流屏（也称为交流盘或交流柜）、直流充馈电屏和蓄电池屏组成。交流屏提供交流电源，直流充馈电屏和蓄电池屏提供直流电源。1.主变电所自用电系统1)交流屏构成：由两台所用变压器各引出一路电源，作为交流屏的进线电源，低压侧设置母联开关。2)交流屏设置自投自复功能，即当两路进线电源正常时，两路进线开关自动合闸，母联开关断开；当一路进线电源失电时，该路进线开关自动跳闸，母联开关延时后自动合闸投入，由另一路开关担负该段开关的交直流负荷用电；当该路进线电源恢复正常时，母联开关自动分闸退出，该路进线开关自动恢复合闸供电。3)交流屏两段母线馈出开关供变电所内设备的交流用电，例如加热、照明用电等。4)从交流屏两段母线各馈出一路开关到直流充电屏，作为直流充电屏内整流模块的交流输入端。（2）交流自交流自用电系统主要设备—交流屏1.主变电所自用电系统（3）直流自用电系统主要设备—直流充馈电屏和蓄电池屏变电所直流电源广泛采用高频开关整流和蓄电池组相结合的方式。直流自用电系统主要设备是直流充馈电屏和蓄电池屏。交流屏为直流充电屏提供交流电源，直流充电屏采用高频开关电源模块将交流电源整流为所需直流电源，蓄电池组正常情况下处于在线浮充电状态，当交流电源全部失电时，蓄电池放电实现不间断供电。1.主变电所自用电系统（3）直流自用电系统主要设备—直流充馈电屏和蓄电池屏1）直流充馈电屏直流充电屏内共配置四组高频开关整流模块，各整流模块并联运行。从交流屏两段母线各馈出一路开关到直流充电屏，作为直流充电屏内整流模块的交流输入端。以输出直流电压220V为例，经整流模块整流后输出直流240V电压，送到直流母线和蓄电池屏，再通过直流馈电屏硅链降压为直流220V，供给全所的直流用电负荷。1.主变电所自用电系统（3）直流自用电系统主要设备—直流充馈电屏和蓄电池屏2）蓄电池屏蓄电池有铅酸蓄电池、镉镍碱性蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA)。在城市轨道交通变电所广泛采用阀控式密封铅酸蓄电池。当直流电源电压为110V时，蓄电池屏由9块电池组成；当直流电源电压为220V时，蓄电池屏由18块电池组成。每块电池又由6个单体为2V电池组成。正常运行时，直流充电屏为系统的经常性直流负荷提供电源，同时为蓄电池组充电，蓄电池组充电完成后，处于浮充电状态。当发生交流电源或整流模块失电时，蓄电池自动投入运行，为直流负荷提供不间断的直流电源。2.独立牵引变电所自用电系统独立的牵引变电所采用所用变压器提供交流所用电源时，所用变压器设置情况与主变电所相同。由于地面牵引变电所没有消防负荷，两个所用变压器分别引入电源，所以低压接线一般采用单母线接线方式，引入端设置电源自动转换装置。2.独立牵引变电所自用电系统双路交流电源的切换采用自动转换开关实现，自带机械联锁和电气联锁，既可手动操作也可自动操作。自动操作方式下，由控制电路完成对两路交流进线电源的监测和自动切换控制。3.牵引降压混合所或降压变电所自用电系统两路交流电源引自所内400V低压开关设备的不同母线，采用单母线接线形式，在电源进线处设置电源自动转换装置。03智能高频开关直流电源系统的认知智能高频开关直流电源系统的认知直流电源与直流自用电负荷馈线连接构成直流自用电系统。直流电源的主要任务是给继电保护、开关分合闸及控制提供可靠的直流电。直流自用电负荷主要是继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等负荷。1.直流系统的分类变电所直流系统按获得直流电能方式的不同，一般有整流式直流系统和蓄电池组直流系统两种类型。整流式直流系统分为相控整流和高频开关整流两种。蓄电池组直流系统中的蓄电池是一种可多次充电使用的化学电源，由多节蓄电池串联组成一定电压的蓄电池组，作为与电力系统运行状态无关的独立可靠的直流操作电源。其优点是与交流电网无关，供电可靠性高，电压稳，容量大，缺点是价格贵，寿命短，运行维护量大。2.智能高频开关直流电源系统变电所广泛采用智能高频开关直流电源系统。它是由交流配电单元、高频开关整流模块（又称充电模块）、蓄电池组、硅链降压单元、绝缘监测装置和集中监控模块等部分组成。2.智能高频开关直流电源系统1）交流配电单元：将交流电源引入分配给各个高频开关整流模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换，以提高直流电源系统供电的可靠性。2）高频开关整流模块：提供电池所需电压，其输出连接在直流母线上，基本功能是完成AC/DC变换（整流），以输出稳定的直流电。3）蓄电池组：其主要作用是在交流输入电源正常时储存电能，在交流停电时释放电能，保证直流系统不间断地向负荷供电。2.智能高频开关直流电源系统4）硅链降压单元：因为直流电源在对蓄电池组进行均衡充电时，高频开关整流模块的输出电压会高于控制回路的额定电压值，所以在合闸母线与控制母线之间设置硅链降压单元，以保证控制母线的电压在正常范围内。硅链降压单元由多只大功率硅整流二极管串联而成，利用PN结基本恒定的正向压降作为调整电压的方法，通过改变串联的硅管数量获得适当的压降，达到电压调节的目的。2.智能高频开关直流电源系统5）直流馈电：它将直流电源经断路器、熔断器分配到各直流用电设备，包括合闸（动力）回路、控制回路和闪光回路等。

6）绝缘监测装置：该装置的主要功能是在线监测母线和直流馈出线支路的绝缘下降情况。在检测出有绝缘下降情况时，发出告警信号。

7）监控模块：监控模块是负责实现直流电源系统的监测、控制和管理的功能模块，也是电源系统的控制、管理核心。2.智能高频开关直流电源系统图6-25直流系统能量流向图其工作方式分为三种情况。正常情况下，系统的交流输入正常供电时，通过交流配电单元给各个整流模块供电，高频整流模块将交流电变换为直流电，然后经保护电器（熔断器或断路器）输出，一方面给蓄电池组充电，另一方面经直流配电馈电单元给直流负载提供正常工作电源；负荷较大情况下，当控制或动力负荷需要较大的冲击电流时，由充电单元和蓄电池组同时提供直流电源；全所失压情况下，当变电所交流中断时，充电模块停止工作，由蓄电池不间断地单独提供直流电源。04阀控式密封铅酸蓄电池的认知阀控式密封铅酸蓄电池的认知阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA)具有铅酸蓄电池优点，基本可以免维护，没有酸雾和氢气排出，不会污染环境，现在已广泛用于综合自动化变电所中，为无人值班首选蓄电池。蓄电池（VRLA)全密闭，由正负极板、隔板、电解液、安全阀、气塞、外壳等部分组成。其中安全阀可以控制电池内部的气体压力。1.VRLA蓄电池的工作原理蓄电池充电后的正极板上有效物质是二氧化铅（PbO2），负极板上有效物质是海绵状纯铅（Pb），电解液由蒸馏水和纯硫酸按一定比例配置而成。充电时，正极由硫酸铅（PbSO4）转化为二氧化铅（PbO2）后将电能转化为化学能存在正极板中，负极由硫酸铅（PbSO4）转化为海绵状铅（Pb）后将电能转化为化学能存在正极板中。放电时，正极由二氧化铅（PbO2）转化为硫酸铅（PbSO4）后将化学能转化为电能向负载供电，负极由海绵状铅（Pb）转化为硫酸铅（PbSO4）后将化学能转化为电能向负载供电。2.VRLA蓄电池的主要技术指标（1）蓄电池的电势不同导电材料制成的正负极放入同一电解液中时，由于有效物质的电化次序不同，极板上将产生不同电位，正负极板在外电路断开时的电位差就是蓄电池的电势。蓄电池电势的大小主要决定于极板上有效物质的性质，和极板的大小无关。（2）额定容量额定容量是指将充满电的蓄电池按规定的放电电流，在正常放电时间内连续放电到规定的终止电压时所放出的电量。其单位是安培小时，以A•h表示。当放电电流恒定时，其额定容量为：QN=Iftf。QN为额定蓄电池容量（A•h），If为恒定放电电流（A），tf为持续放电时间（h）。（3）额定电压蓄电池在正常放电过程中正负极板间应保持的电压值为额定电压，按国际标准规定单体酸性蓄电池的额定电压为2V。2.VRLA蓄电池的主要技术指标（4）终止电压终止电压是为防止蓄电池出现过放电现象以致造成极板损伤所规定的放电最低电压值。蓄电池以不同的放电倍率放电时，终止电压略有不同。采用小电流放电时，终止电压定的高些；采用大电流放电时，终止电压定的低些。电池放电电压低于终止电压时，将影响蓄电池的寿命。3.VRLA蓄电池的日常维护VRLA蓄电池的日常维护中需经常检查的项目有：（1）检测VRLA蓄电池两端电压；（2）检测VRLA蓄电池的工作温度；（3）检测VRLA蓄电池连接处有无松动、腐蚀现象，检测连接条的压降；（4）检测VRLA蓄电池外观是否完好，有无外壳变形和渗漏；（