TROJAN蓄电池直流电源的运行与维护（下）

TROJAN蓄电池直流电源的运行与维护（下）

七、高频电源的原理与性能
7.1高频整流模块的工作原理 
一.主回路电路
高频开关整流模块的主回路电路包括EMI滤波、全桥整流、无源
PFC、高频逆变、隔离变压器、高频整流和LC滤波，各部分的主要功能
如下:
1.输入EMI滤波：滤波交流电网中其他设备产生的尖峰电压干扰分量，给模块提供干净的交流输入电源；阻断整流模块产生的高频干扰反向传输污染电网。
2.交流全波整流:利用三相整流桥直接将电压变换为脉动直流电。
3.无源PFC校正：采用无源的LC器件将所得的300HZ脉动直流电转换成平滑的直流电，在串连电抗器的电感量足够大的情况下，能起到很好的无源功率因数校正作用，使交流输入功率因数接近0.95。
七、高频电源的原理与性能
7.1高频整流模块的工作原理 
4.高频逆变：采用MOSFET或IGBT开关器件，将输入直流电变换为脉冲宽度可调的高频交流脉冲波。
5.高频变压器：将高频交流脉冲隔离、耦合输出，实现交流输入与直流输出的电气隔离和功率传输。

由于采用了高频交流脉冲传输技术，因此变压器的体积较小、重量较轻。
6.输出高频整流：采用快恢复二极管，将高频交流脉冲波变换为高频脉动直流电。
7.输出LC滤波：采用无源的LC器件，将整流所得的高频脉动直流电变换成平滑的直流输出。
7.2开关电源基本组成
七、高频电源的原理与性能
七、高频电源的原理与性能
7.3直流变换器DC-DC变换器是开关电源的核心部分。它通过功率开关管的开断，将直流电压变为脉冲状的交流电压，此交流电压通过高频变压器隔离并可变换成任意大小的交流电压，再经过二极管进行二次整流与电容、电感平滑后变为直流输出电压。控制电路将输出电压的一部分和基准电压进行比较，来控制开关管的通断时间，从而调整输出直流电压。
八、直流系统的接线方式
1. 220kV及以上变电站应满足两组蓄电池、两台高频开关电源或三台相控充电装置的配置要求。
2. 110kV变电站应满足一组蓄电池、一台高频开关电源或两台相控充电装置的配置要求。部分重要110kV变电站可配置两组蓄电池、两台高频开关电源或三台相控充电装置。
3. 220kV及以上变电站直流母线应采用单母线接线方式，每组蓄电池和充电装置分别接于一段母线上，两段母线之间应设联络电器。
4. 对于具有双重化控制和保护回路要求双电源供电的负荷，应采用两段母线，两回直流电源应来自不同蓄电池组。
5.应根据直流负荷重要性及负荷大小合理布置馈线屏出线。
6. 直流环网回路中刀开关应不装设保护器。
注意：变电站直流馈线屏上的1QS1,2QS1应放在1-2位置，不应该放在1-3位置 
八、直流系统的接线方式
9.1直流回路保护器 配合原则
九、直流回路的级差配合
直流回路应使用保护器，直流回路严禁使用交流空气断路器。直流系统保护器应分级配置，上下级熔体应满足选择性配合要求,一般变电站保护器分为三级。
1 第一级为蓄电池保护器。
2 第二级为直流屏上的操作控制、合闸、信号、及其它回路的保护器。
3 第三级为各单元的操作控制回路保护器，各操作机构的合闸回路保护器或储能电机回路保护器。
九、直流回路的级差配合
9.2直流系统熔断器（空气开关）的配置原则 
1 熔断器和空气开关的额定电压应大于或等于回路的额定电压。
2 控制、信号、保护回路保护器的额定电流应按二次回路最大负荷电流选择。
3 对于断路器的电磁合闸回路，保护器的额定电流按0.25~0.3倍额定合闸电流配置。
4 对于直流电机回路，需考虑躲过电动机启动电流的情况，熔件额定电流应为Ie=Iqd/K。其中Iqd为电机启动电流，K为配合系数取3。
5 对于有些合闸回路，如端子箱和开关机构箱中均有保护器时，应属同一保护级别，按额定电流小的计算。
6 对于断路器操作机构中的跳合闸回路空气开关，应和操作回路的保护器同等对待。
7 对非综自站的保护，有些保护装置上有空气断路器，应和操作回路的保护器同等对待。
九、直流回路的级差配合
9.3直流保护器的配合原则 
1当空气断路器和熔断器串联作为保护电器时，应按下列配合：
1.1 熔断器装设在断路器上一级时，熔断器额定电流应为空气断路器额定电流的2倍及以上；
1.2 空气断路器装设在熔断器上一级时，空气断路器额定电流应为熔断器额定电流的4倍及以上。
2 当熔断器和熔断器之间配合时，上一级熔断器的额定电流应为下一级熔断器的额定电流的2倍及以上。
3 当空气断路器和空气断路器之间配合时，上一级空气断路器的额定电流和下一级空气断路器应差2-3级。
4 直流回路必须保证操作回路的选择性，尽量满足合闸（储能）回路的选择性。
5直流保护器选型
5.1 直流系统应选用直流空气断路器，严禁熔断器和空气断路器混用。
5.2 空气断路器型号要一致，优先采用带时间特性的空气断路器 
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.1蓄电池的个数选择 
a) 不设置硅降压装置的系统，蓄电池的个数按单体电池正常的浮充电压值和直流母线电压为1.05倍直流系统标称电压值来确定：
N=1.05Un/Uf
分别效验均衡充电时Nuj1.1Un，事故放电末期Num0.85Un或0.87Un。
b) 设置有硅降压装置的系统，蓄电池的个数按单体电池正常的浮充电压值和直流母线电压为1.10倍直流系统标称电压值来确定：
N=1.10Un/Uf
分别效验均衡充电时Nuj1.15Un，事故放电末期Num0.875Un。
式中：N---蓄电池个数；
Un---直流系统标称电压；
Uf---单只蓄电池浮充电压；
Uj---单只蓄电池均衡充电充电压；
Um---单只蓄电池放电末期电压。
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.2蓄电池组电压 
1.单体蓄电池的浮充电压应根据生产厂家的推荐值选取，一般可按下列数据：
阀控式铅酸蓄电池的单体浮充电压值取2.23V～2.27V。
2. 蓄电池均衡充电电压
单体蓄电池的均衡充电电压应根据直流系统中直流母线允许的最高电压值和蓄电池的个数来确定，一般可按下列数据：
阀控式铅酸蓄电池的单体均衡充电电压值取2.33V或2.35V。
3. 蓄电池放电终止电压
单体蓄电池的放电终止电压值应根据直流系统中蓄电池组出口端电压允许的最低电压值和蓄电池的个数来确定，，一般可按下列数据：
a) 系统不设置硅降压装置、采用单只2V的蓄电池，其放电终止电压值为：
对于阀控式铅酸蓄电池， 控制负荷专用蓄电池取1.80V或1.83V；动力负荷专用或动力负荷与控制负荷合并供电的蓄电池组取1.85V或1.87V。
b)系统设置硅降压装置、采用单只2V、6V或12V的阀控式铅酸蓄电池组，其单体放电终止电压取1.80V。
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.3直流断路器 
电力操作电源用直流专用断路器分断能力均要求在6kA以上，有些场合甚至要求在20kA以上。选择断路器应保证在直流负荷侧故障时相应支路可靠分断，其容量与直流屏上、下级开关相匹配，以保证开关动作的选择性。
下面，我们以一套两组充电机两组蓄电池直流系统为例，将直流电源中各级断路器额定电流选择做详细说明。
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.3直流断路器 
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.3直流断路器
ZK1充电装置输出回路断路器
断路器额定电流按充电装置额定输出电流选择，即
InKkIm 
Im──充电装置输出电流，A；
Kk──可靠系数，一般取1.2-1.3。
ZK6电磁操作机构的合闸回路断路器
InKc2Ic1
In──直流断路器额定电流，A；
Kc2──配合系数，取0.3；
Ic1──断路器电磁操作机构合闸电流，A。
说明：电磁操作机构合闸回路直流断路器的额定电流按0.3倍额定合闸电流选择，一是考虑到电磁操作机构的合闸时间很短，约几十毫秒，发热不是问题，且断路器瞬时脱扣电流一般为7～10In，在正常的合闸电流时，取0.3Ic1断路器不会保护脱扣；二是可以降低保护的整定电流，提高可靠性。
例如，某一合闸回路电流150A，则我们可以选择额定电流为45A～60A的微型断路器作为其回路开关使用。
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.3直流断路器
ZK2 蓄电池出口回路断路器
1，断路器额定电流按蓄电池的1h放电率电流选择。
InI1h
I1h──蓄电池1h放电率电流，A，阀控铅酸蓄电池取5.5I10，中倍率镉镍电池取7.0I10，高倍率镉镍电池可取20.0I5；
2，按保护动作选择性条件，即额定电流应大于直流馈线中断路器额定电流最大的一台来选择，则
InKc4In.max
In.max──直流系统馈线中直流断路器最大的额定电流，A；
Kc4──配合系数，一般可取2.0，必要时取3.0。
取以上二种情况中电流最大者为断路器额定电流，并应满足蓄电池出口回路短路时灵敏系数的要求。同时还应按事故初期（1min）冲击放电电流校验保护动作时间。
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.3直流断路器
ZK3 直流母线分段断路器
可采用隔离开关或保护断路器
InKbIb
Ib较大电流的母线段上全部负荷的工作电流之和
Kb同时系数，取0.5～0.6
关于两组蓄电池两段母线分段开关或母线联络开关设计选择的说明：
说明：母线分段断路器也称母线联络开关目前有两种接线形式，见(a),(b)。
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.3直流断路器
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.3直流断路器
DL/5044-95原设计规程中要求2组蓄电池系统I、II段母线为了防止两组蓄电池并列，两段母线必须加装机械连锁装置以防止两组蓄电池并列。即上图中(b)接线方式。
新版DL/5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》关于直流母线分段断路器的相关条文说明如下：
2组蓄电池的直流系统，应满足在运行中二段母线切换时不中断供电的要求。切换工程中允许2组蓄电池短时并联运行。即上图（a）接线方式。
《条文说明》：
2组蓄电池正常时应是分列运行，考虑到定期充、放电试验要求，为了转移直流负荷，需要短时并联运行，在2组蓄电池电压相差不大，而且时间很短，对蓄电池没有大的危害是允许的。
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.3直流断路器
ZK7 直流馈线分柜进线电源回路断路器额定电流
InKcIc
Ic──馈线分屏上所有负荷；
Kc──同时系数，取0.8。
ZK4 蓄电池放电回路断路器
In1.10～1.30I10
I10──铅酸蓄电池10h率放电电流，A。
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.4直流系统的设计原则 
1直流系统标称电压按下列要求确定：
a) 专供控制负荷的直流系统标称电压宜用110V。
b) 专供动力负荷的直流系统标称电压宜用220V。
c) 对控制负荷与动力负荷合并供电的直流系统标称电压宜用220V。
2 直流系统在正常浮充运行情况下，直流母线电压应为直流系统标称电压的105％。
注：浮充运行的具体电压值由工程确定的蓄电池类型和个数决定。
3 直流系统在均衡充电运行情况下，其直流母线电压应满足如下要求：
a) 专供控制负荷的直流系统，应不高于直流系统标称电压的110％。
b) 专供动力负荷的直流系统，应不高于直流系统标称电压的112.5％。
c) 对控制与动力负荷合并供电的直流系统，应不高于直流系统标称电压的110％。
十、直流系统设备的选择与设计原则
10.4直流系统的设计原则 
4 直流系统在事故放电情况下，其蓄电池组出口端电压应满足如下要求：
a) 专供控制负荷的直流系统，应不低于直流系统标称电压的85％。
b) 专供动力负荷的直流系统，应不低于直流系统标称电压的87.5％。
c) 对控制负荷与动力负荷合并供电的直流系统，应不低于直流系统标称电压的87.5％。
5 对设置硅堆降压装置，控制负荷与动力负荷混合供电的直流系统：
a) 正常浮充运行情况下，控制母线电压应不高于直流系统标称电压的105％，动力母线电压应不高于直流直流系统标称电压的110％。
b) 均衡充电运行情况下，控制母线电压应不高于直流系统标称电压的110％，动力母线电压应不高于直流直流系统标称电压的115％。
c) 事故放电运行情况下，其蓄电池组出口端电压应不低于直流系统标称电压的87.5％。
十、直流系统设备的选择与设计原则
二.蓄电池组
1 蓄电池型式：
a) 大型和中型发电厂、220KV及以上变电所和直流输电换流站采用防酸式铅酸蓄电池或阀控式铅酸蓄电池。
b) 小型发电厂、110KV及以下变电所采用阀控式铅酸蓄电池。
c) 阀控式铅酸蓄电池的容量为100AH以上时，宜选用单只电池为2V的产品；蓄电池的容量为100AH以下时，可选用单只电压为6V或12V地产品。
十、直流系统设备的选择与设计原则
蓄电池组数：
a) 设有主控制室的发电厂，当机组总容量为100MW及以上时，应装设2组蓄电池。其他情况下可装设1组蓄电池。
b) 容量为200MW以下机组的发电厂，当采用单元控制室的控制方式时，每台机组可装设1组蓄电池（控制负荷和动力负荷合并供电）。
c) 容量为200MW级机组的发电厂，当升高电压为220KV及以下时，每台机组可装设1组蓄电池（控制负荷于动力负荷合并供电）或2组蓄电池（控制负荷与动力负荷分别供电）。
d) 容量为300MW级机组的发电厂，每台机组宜装设3组蓄电池,其中2组对控制负荷供电，另1组对动力负荷供电，或装设2组蓄电池（控制负荷于动力负荷合并供电）。
e) 容量为600MW级机组的发电厂，每台机组应装设3组蓄电池,其中2组对控制负荷供电，另1组对动力负荷供电。
十、直流系统设备的选择与设计原则
f) 小型供热发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂和垃圾发电厂，根据需要可装设1组或2组蓄电池。
g) 当发电厂网络控制系统中包括有220KV及以上电气设备时，应独立装设不少于2组蓄电池对控制负荷和动力负荷供电。当设有继电保护装置小室时，可将蓄电池组分散装设。其它情况的网络控制室可装设1组蓄电池。
h) 220KV～750KV的变电所，应装设不少于2组蓄电池对控制负荷和动力负荷。当设有继电保护装置小室时，可将蓄电池组分散装设。
i) 直流输电换流站，站用蓄电池可装设2组，极用蓄电池每极可装设2组。
j) 110KV及以下变电所宜装设1组蓄电池，对于重要的110KV变电所也可装设2组蓄电池。
k) 控制和信号系统的直流电源电压为48V及以上时，宜采用DC/DC变换器，或独立装设2组蓄电池。
十、直流系统设备的选择与设计原则
三. 充电装置
1 充电装置型式：高频开关整流器。
2 整流器组数：
a) 1组蓄电池的直流系统，宜配置1组整流器，也可以配置2组相同容量的整流器。
b) 2组蓄电池的直流系统，宜配置2组整流器，也可以配置3组相同容量的整流器。
四. 接线方式
1 母线接线方式
a) 1组蓄电池的直流系统，采用单母线接线或单母线分段接线方式。
b) 2组组蓄电池的直流系统，应采用二段单母线接线方式，蓄电池组分别接于不同母线段上。二段直流母线之间母线设置联络开关电器，且满足在运行中二段直流母线切换时不中断供电的要求。两段直流母线切换过程中允许两组蓄电池短时并联运行。
十、直流系统设备的选择与设计原则
五.信号
a) 充电装置的交流输入回路装设电源监视模块，当交流电源失压或缺相时，应发出报警信号到微机监控单元。
b) 充电装置的交流输入回路装设防雷器监视模块，当防雷器失效时，应发出报警信号到微机监控单元。
c) 充电装置的整流模块在交流输入电压过高或过低、直流输出过压或过流及温度过高保护时，应发出报警信号到微机监控单元。
d) 充电装置直流输出回路和蓄电池组出口回路的熔断器熔断或断路器跳闸时，应发出报警信号到微机监控单元。
e) 直流馈电回路的断路器保护跳闸时，应发出报警信号到微机监控单元。
f) 对直流绝缘检测装置，当直流母线对地的绝缘电阻过低时，应发出报警信号到微机监控单元。
g) 对装设硅降压装置的系统，当降压硅堆故障时，应发出报警信号到微机监控单元。
h) 对装设电池巡检装置的系统，当单体电池电压过高或过低及蓄电池开路或短路时，应发出报警信号到微机监控单元。
十一、微机绝缘检测系统
绝缘监测仪检测原理 
绝缘监测仪主机检测正负直流母线的对地电压，通过对地电压计算出正负母线对地绝缘电阻。当绝缘电阻低于设定的报警值时，自动启动支路巡检功能 
十一、微机绝缘检测系统支路绝缘检测
对直流系统各馈电支路正负对地的绝缘电阻的检测，是在各馈电支路回路安装
电流互感器，采用低频叠加或直流漏电流的原理，计算出馈电支路的正负对地的绝
缘电阻值。
低频叠加原理:由低频信号源产生的超低频信号由直流母线对地耦合到直流系统,采用无源交流微电流传感器，感应流过各馈电支路中接地电阻与接地电容的超低频信号电流，其大小直接反映出支路接地电阻的变化。感应电流信号经过放大、相位比较、滤波、A/D转换后，进行数据处理并计算出相应的接地电阻值，判断出直流馈电支路的接地故障。这一技术的电流传感器不受一次测电流和温度变化的影响，缺点是检测精度受分布电容和低频信号衰减的影响较大。
直流漏电流原理：采用磁调制有源直流微电流传感器，馈电支路正负穿过传感器的正常负荷电流大小相等、方向相反，在传感器中的合成直流电磁场为零，其二次输出也为零；当支路回路的正负极存在接地电阻时，就会感应产生漏电流，并且在传感器中合成漏电流磁场，其二次输出就直接反映接地漏电流的大小，结合母线绝缘检测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，可以计算出支路对地的绝缘电阻值，从而判断出直流馈电支路的接地故障。
十二、直流接地的危害及处理方法
发电厂和变电站内的直流操作电源系统，其直流供电网络分布到电站的各个一次和二次设备处，发生接地的概率很高。直流系统是正负极独立的绝缘回路，当系统出现一点接地（正负极直流接地或对地绝缘降低）时，虽能正常的工作，但当出现第二点接地时，则可能造成信号装置、控制回路和继电保护装置误动作，甚至造成直流正负极短路，从而引发严重的电力事故。因此直流系统对地应有良好的绝缘，必须对其进行实时的在线监测，当某一点出现接地故障时，立即发出告警信号，提醒运行人员查找并排除故障，从而杜绝直流系统接地可能引起的事故。
十二、直流接地的危害及处理方法
1 、直流系统发生正极和负极接地时的危害：直流系统发生正极接地时，有可能造成保护装置误动，因为电磁机构的跳闸线圈通常都接于负极电源，如果这些回路再发生接地或绝缘不良就会引起保护动作；直流系统负极接地时，如果回路中再有一点接地时，就可能使跳闸或合闸回路短路，造成保护装置和断路器拒动，烧毁继电器，或使熔断器熔断，使事故越级，从而造成因直流系统接地可能引起的事故。
2、查找直流接地应注意的事项：查找直流接地禁止使用灯泡寻找的方法；用电压表检查时所用电压表的内阻不应低于2000/ V；当直流系统发生接地时禁止在二次回路上工作；处理时不能造成短路或另一点接地；查找和处理时必须两人进行；拉路前应采取必要措施防止直流失压可能引起的保护装置误动。
十二、直流接地的危害及处理方法
3、选线查找直流接地时具体的拉合步骤：
1）拉、合临时工作电源、试验室电源、事故照明电源；
2）拉、合备用设备电源；
3）拉、合绝缘薄弱、运行中经常发生接地的回路；
4）按先室外后室内的顺序，拉、合断路器合闸电源；
5）拉、合载波室通讯电源及远动装置电源；
按先次要设备后主要设备的顺序拉、合信号电源、中央信号电源及操作电源；
7）解列充电设备；
8）将有关直流母线并列后，试解列蓄电池组，检查蓄电池组及回路；
9) 倒换直流母线。