1、变电所直流系统变电所直流系统 李少锋李少锋2010.3.52010.3.511/19/20220 目录 第一节、直流系统简介第一节、直流系统简介 第三节第三节 直流系统接线形式及特点直流系统接线形式及特点 第二节第二节 直流系统的组成及各部件的作用直流系统的组成及各部件的作用 结束结束11/19/20221第一节、直流系统简介第一节、直流系统简介:1 1直流系统的作用及重要性：直流系统的作用及重要性：为供给继电保护、控制、信号、计算机监控、事故为供给继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等直流负荷，照明、交流不间断电源等直流负荷，35kv35kv及以上的变电及以上的变电站应
2、装设由蓄电池供电的直流系统。直流系统的用电负站应装设由蓄电池供电的直流系统。直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。直流系统的可荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一。靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一。变电所的直流系统，像人体的血管一样，遍布全所变电所的直流系统，像人体的血管一样，遍布全所室内及场内，保证着电力系统的安全可靠运行。直流系室内及场内，保证着电力系统的安全可靠运行。直流系统发生故障失灵时，断路器将因失去跳闸的直流电源而统发生故障失灵时，断路器将因失去跳闸的直流电源而不能跳闸切除故障，强大的短路电流将烧坏主变压器等
3、不能跳闸切除故障，强大的短路电流将烧坏主变压器等重要电器设备，造成灾难性的后果。重要电器设备，造成灾难性的后果。返回目录11/19/202222、基本概念 (1)(1)均衡充电：用于均衡单体电池容量的充电方式一般充电电压均衡充电：用于均衡单体电池容量的充电方式一般充电电压较高，常用作快速恢复电池容量。较高，常用作快速恢复电池容量。(2)浮充电：保持电池容量的一种充电方法，一般电压较低，常用浮充电：保持电池容量的一种充电方法，一般电压较低，常用来平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢复电池容量。来平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢复电池容量。(3)正常充电：蓄电池正常的充电过程，即由均充
4、电转到浮充电的正常充电：蓄电池正常的充电过程，即由均充电转到浮充电的过程。过程。(4)定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致电池单定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致电池单体容量不平衡，而周期性地以较高的电压对电池进行均衡充电。体容量不平衡，而周期性地以较高的电压对电池进行均衡充电。(5)限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电。限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电。(6)恒压均充：以恒定的均充电压对电池充电。恒压均充：以恒定的均充电压对电池充电。返回目录11/19/202233、直流电源柜的型号及意义：我们现在的变电所大部分使用的是大连旅顺的
5、直流屏其型号为：GZDW33型意义；G代表“柜”；Z代表“直流”；D代表“电力系统用”；W代表“微机控制”；33代表“版本号”返回目录11/19/202244、直流电源柜的额定参数：、直流电源柜的额定参数：交流输入电压：38015%V、50HZ 。直流输出（单个模块）电压：198V260V 额定电流：510A 。返回目录11/19/202255 5、蓄电池、蓄电池单体电池额定电压单体电池额定电压12V12V，正常使用中电压是正常使用中电压是13.5v13.5v14.5v14.5v用一到两组蓄电用一到两组蓄电池，池，每组每组1818支，电池容量支，电池容量70AH70AH100AH.100AH.
6、。返回目录11/19/20226第二节第二节 直流系统的组成及各部件的作用：直流系统的组成及各部件的作用：1、直流系统组成：主要由高屏开关电源（即充电屏）和蓄电池组成。高屏开关电源又由充电模块、交流配电、直流馈电、配电监控、监控模块、绝缘监测仪、电池监测仪组成。下面我们用方框图逐一讲解返回目录11/19/20227返回目录11/19/202282、各组成部件的作用：（1 1）交流配电单元：）交流配电单元：将交流电源引入分配给各个充电模块，扩将交流电源引入分配给各个充电模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换（正常展功能为实现两路交流输入的自动切换（正常工作时，交流电压切换小开关打在工作时，交
7、流电压切换小开关打在“自动自动”位，位，第一路交流作为主工作电源，第二路做辅助，第一路交流作为主工作电源，第二路做辅助，当第一路因故停电时，第二路自动投入，当第当第一路因故停电时，第二路自动投入，当第一路恢复时，自动切换回第一路供电）。一路恢复时，自动切换回第一路供电）。返回目录11/19/20229（2 2）充电模块：）充电模块：完成完成AC/DCAC/DC变换，实现系统最为基本的变换，实现系统最为基本的功能（配有过电流、过电压、欠电压、过功能（配有过电流、过电压、欠电压、过热等保护）。（在后面详细讲解）热等保护）。（在后面详细讲解）返回目录11/19/202210（3）调压模块无论合闸母线
8、电压如何变化，控制输出电压都被稳定控制在220v。（采用五级硅链调压）。返回目录11/19/202211（4）A/D、I/O模块：将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供声光告警。返回目录11/19/202212（5）微机监控模块：）微机监控模块：是整个直流系统的控制、管理核心，其主要任务是对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取系统中的各种运行参数和状态，根据测量数据及运行状态实时进行处理，并以此为依据对系统进行控制，实现电源系统的全自动精确管理，从而提高电源系统的可靠性，保证其工作的连续性、安全性和可靠性。具有“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能，配有标准的通
9、讯接口，方便纳入电站自动化系统。返回目录11/19/202213（6 6）绝缘监测：）绝缘监测：实现系统母线和支路的绝缘状况监测，产生告警信号并上报数据到监控模块，在监控模块显示故障详细情况（无论是母线平衡接地，还是不平衡接地；同一支路的单侧接地，还是正负极同时接地；不同支路的单侧接地还是双侧同时接地；以及所有支路的混合接地；都可做出正确判断）。返回目录11/19/202214（7）电池监测：支持单体电池电压监测和告警；对电池端电压，充放电电流，电池柜的温度及其他参数做实时在线监测。返回目录11/19/2022153、蓄电池组：、蓄电池组：蓄电池组是变电所的心脏，对电力系统的安全可靠运行起着举
10、足轻重的作用。在正常状态下，它向直流负荷(如信号灯、指示继电器、接触器线圈等)供电，向断路器电磁操作机构的跳闸、合闸线圈供电；在交流电源发生故障时，其作用更为突出，为继电保护及自动装置、断路器的合闸、跳闸、载波通信等提供工作直流电源。目前广泛使用的是固定型铅酸蓄电池，但是由于其维护工作量较大，正逐渐被阀控式蓄电池所代替。返回目录11/19/202216阀控式蓄电池的优势在于其浮充寿命期内不必加水维护，所以又称免维护蓄电池。虽然说阀控铅酸蓄电池为我们在使用中减少了很多工作量，但我们还应注意管理与维护的方法，以提高蓄电池的使用寿命，提高蓄电池供电的可靠性与安全性。依据电力系统用蓄电池直流电源装置运
11、行与维护技术规程DL/T 7242000 第6.3条、阀控蓄电池组的运行及维护。阀控蓄电池核对性放电周期：新安装或大修后的阀控蓄电池组，应进行全核对性放电试验，以后每隔23年进行一次核对性试验，运行了6年以后的阀控蓄电池，应每年作一次核对性放电试验。返回目录11/19/202217 20042004年变电所年变电所1111月份开始安排直流屏电池放电性月份开始安排直流屏电池放电性能测试的工作。使用的是能测试的工作。使用的是FZY-220FZY-220型智能蓄电池组负载测型智能蓄电池组负载测试仪。经过两个月的测试发现有部分电池组放电特性不合试仪。经过两个月的测试发现有部分电池组放电特性不合格，主要
12、表现在放电时间短。变电所突然失电后，无法保格，主要表现在放电时间短。变电所突然失电后，无法保证开关及时恢复送电、保护监控设备的正常运行。现有的证开关及时恢复送电、保护监控设备的正常运行。现有的蓄电池组测出有蓄电池组测出有9 9组电池需要更换。鉴于公司蓄电池的实组电池需要更换。鉴于公司蓄电池的实际情况，依据在际情况，依据在20042004年年3 3月月3 3日公司副经理李辉组织召开的日公司副经理李辉组织召开的蓄电池运行维护管理会议，会议纪要蓄电池运行维护管理会议，会议纪要“第第4 4条条 对于放电时对于放电时间低于间低于120120分钟或内阻有较大变化的电池应予以报废分钟或内阻有较大变化的电池应
13、予以报废”的的要求。工区建议先更换要求。工区建议先更换4 4组电池，在组电池，在20052005年上半年更换完年上半年更换完毕。蓄电池室内温度冬季不应低于毕。蓄电池室内温度冬季不应低于1010，夏季不得高于，夏季不得高于3030，一般以，一般以1515为宜。为宜。返回目录11/19/202218阀控铅酸蓄电池的放电容量随放电电流（放电率）的变化而变化。放电电流小，蓄电池的放电容量就大，时间长；反之，蓄电池放电容量就小。深度放电直接影响蓄电池的使用寿命，因此运行中应避免发生蓄电池深度放电，并根据不同的放电电流确定放电终止电压。一般情况下可按表1执行，保证蓄电池的放电终止电压。当变电站充电装置因失
14、去交流，造成变电站蓄电池大电流放电时，变电站值班人员应设法控制直流系统负荷，避免蓄电池长时间、大电流放电。另外，蓄电池放电容量与环境温度有着密切关系。温度低，放电容量低；温度高，放电容量大，但过高的温度严重损坏蓄电池使用寿命，蓄电池的最佳工作温度为20-25。返回目录11/19/202219表 1：参考返回目录11/19/202220 4、高频开关电源高频开关电源 高频开关直流电源应用的基础十分广泛。从家电产品到高频开关直流电源应用的基础十分广泛。从家电产品到微机系统都用到了高频开关直流电源，并且种类繁多，微机系统都用到了高频开关直流电源，并且种类繁多，外观各异。那么，什么叫高频开关直流电源呢
15、？高频开外观各异。那么，什么叫高频开关直流电源呢？高频开关直流电源按其开关管和负载的连接方式可分为串联型关直流电源按其开关管和负载的连接方式可分为串联型和并联型两种。目前，串联型高频开关直流电源已基本和并联型两种。目前，串联型高频开关直流电源已基本淘汰。在家用电视机中，串联型的高频开关在使用中因淘汰。在家用电视机中，串联型的高频开关在使用中因电源与市电不隔离，也就是使底板带电（也叫热底板机电源与市电不隔离，也就是使底板带电（也叫热底板机芯），所以不安全。并联型高频开关直流电源使用高频芯），所以不安全。并联型高频开关直流电源使用高频变压，使的负载输出与市电隔离，解决了串联型高频开变压，使的负载输
16、出与市电隔离，解决了串联型高频开关直流电源的问题，从而得到了广泛的应用。关直流电源的问题，从而得到了广泛的应用。返回目录11/19/202221 4、充电设备：、充电设备：高频开关电源高频开关电源 高频开关电源在电力系统中的应用正在迅速的发展。高频开关电源是如何工作的呢？我们用原理方框图解释：返回目录11/19/202222返回目录11/19/202223 电力系统中的站用电源电力系统中的站用电源50HZ单相（或三相）交流电单相（或三相）交流电源经源经EMI电磁干扰滤波器电磁干扰滤波器,整流滤波器，然后将滤波后的直整流滤波器，然后将滤波后的直流电源经变换电路变换为数十或数百流电源经变换电路变换
17、为数十或数百KHZ的高频方波交流的高频方波交流电，通过高频变压器隔离并降压后，在经高频整流滤波，电，通过高频变压器隔离并降压后，在经高频整流滤波，最后输出直流电源，通过取样比较放大及控制驱动电源，最后输出直流电源，通过取样比较放大及控制驱动电源，控制变换器中的功率开关管的变比，便能得到稳定的输出控制变换器中的功率开关管的变比，便能得到稳定的输出电压。电压。监控单元接受上级监控模块发来的指令，对整流模监控单元接受上级监控模块发来的指令，对整流模块进行控制；控制开、关机。均块进行控制；控制开、关机。均/浮充转换，限流点的设置，浮充转换，限流点的设置，输出电压调整。监控单元还对输出直流电压，电流进行
18、检输出电压调整。监控单元还对输出直流电压，电流进行检测显示。测显示。高频开关电源作为目前可控硅、磁饱和类直流电高频开关电源作为目前可控硅、磁饱和类直流电源的换代产品，是采用多个高频开关模块并联组成直流充源的换代产品，是采用多个高频开关模块并联组成直流充电浮充电装置。电浮充电装置。11/19/202224高频开关模块它具有以特点：高频开关模块它具有以特点：1）体积小、重量轻。它取代了相控电源和电子开关型系统大而笨重的工频变压器，使得电源越来越小型化，轻量化；(例举实例)2）工作频率高，使输出滤波重量得以小型化；3）功率因数高。高频开关电源利用有源功率因数校正电路，功率因数可达0.98以上，而晶匣
19、管型波形畸变，对电网上的弱电设备有严重干扰；4）效率高，省电节能。高频开关电源的效率一般在88-95%，而相控电源一般在70%以下；返回目录11/19/202225高频开关模块它具有以特点：高频开关模块它具有以特点：5 5）动态影响好。高频开关电源的工作频率高，）动态影响好。高频开关电源的工作频率高，对负载和电网的动态影响远优于相控电源；对负载和电网的动态影响远优于相控电源；6）高频开关电源的输出波形一般都比相控电源）高频开关电源的输出波形一般都比相控电源小；小；7）噪音低。高频开关电源频率在人的听觉范围）噪音低。高频开关电源频率在人的听觉范围，可闻噪音比相控电源低的多；，可闻噪音比相控电源低
20、的多；8）扩容方便。高频开关电源一般采用模快式结）扩容方便。高频开关电源一般采用模快式结构，维护、扩容比较方便；构，维护、扩容比较方便；9）便于采用合理而又灵活的配置；）便于采用合理而又灵活的配置；10）一般具有三级防雷措施。）一般具有三级防雷措施。返回目录11/19/202226 直流系统采用高频电源模块时，一般按直流系统采用高频电源模块时，一般按N+1N+1并联冗余并联冗余设置。平时，设置。平时，N+1N+1模块同时供电，自动均流，当其中一个模块同时供电，自动均流，当其中一个模块出现故障时，总负荷由其它模块均分，并且故障的模块出现故障时，总负荷由其它模块均分，并且故障的高频开关整流模块可带
21、电插拔更换，这样就使故障更换高频开关整流模块可带电插拔更换，这样就使故障更换没有时间限制，大大提高了运行的可靠性。采用这种直没有时间限制，大大提高了运行的可靠性。采用这种直流系统大大简化了接线，节省屏位，也减少了投资。流系统大大简化了接线，节省屏位，也减少了投资。例如，炼油、胜利、风华变电所使用例如，炼油、胜利、风华变电所使用3 34 4只高频开只高频开关电源系统，最明显的就是屏面布置非常简洁。同时，关电源系统，最明显的就是屏面布置非常简洁。同时，高频开关直流电源回路中的高频开关直流电源回路中的EMIEMI滤波可防止交流电源中的滤波可防止交流电源中的高频电磁干扰的输入和内部高频电磁的外泄。采用
22、高频高频电磁干扰的输入和内部高频电磁的外泄。采用高频变换和取样反馈使直流电压纹波小，电压稳定。变换和取样反馈使直流电压纹波小，电压稳定。返回目录11/19/202227 目前，变电所使用的直流电源基本上是高频开关目前，变电所使用的直流电源基本上是高频开关直流电源如白缄滩、九二、九浅、气站、百联站、胜直流电源如白缄滩、九二、九浅、气站、百联站、胜利、风华、莫北变电所。还有大连旅顺生产的晶匣管利、风华、莫北变电所。还有大连旅顺生产的晶匣管型直流系统，如北郊、百型直流系统，如北郊、百110万、万、801、W101、九一、九一、石西变电所等；其次就是在浙江青田屏基础上改造后石西变电所等；其次就是在浙江
23、青田屏基础上改造后使用的高频开关直流电源，如乌联站、使用的高频开关直流电源，如乌联站、2号、首站变号、首站变电所。浙江青田厂生产的电子开关型直流系统只剩下电所。浙江青田厂生产的电子开关型直流系统只剩下红浅、枢纽、红浅、枢纽、3、南郊变电所公司已计划明年更换、南郊变电所公司已计划明年更换红浅、枢纽变电所的直流屏为高频开关直流电源。红浅、枢纽变电所的直流屏为高频开关直流电源。返回目录11/19/202228第三节第三节 直流系统接线形式及特点：直流系统接线形式及特点：1.直流系统主接线图：为方便记忆，将直流系统图简化如下：直流系统主接线图：为方便记忆，将直流系统图简化如下：返回目录11/19/20
24、22292、直流供电网接线方式 变电所直流供电网采用辐射状供电，采用主、分屏二变电所直流供电网采用辐射状供电，采用主、分屏二级供电方式。直流主屏至直流分屏以双回馈线供电。各安级供电方式。直流主屏至直流分屏以双回馈线供电。各安装单位所需要的控制、保护、跳闸等电源均由直流分屏单装单位所需要的控制、保护、跳闸等电源均由直流分屏单独供电。直流母线的接线方式为单母线分段接线，特点是独供电。直流母线的接线方式为单母线分段接线，特点是每回路只需一组母线刀开关、设备少、接线简单、清晰，每回路只需一组母线刀开关、设备少、接线简单、清晰，直流屏内布线方便，能方便的形成两个互不联系的直流系直流屏内布线方便，能方便的
25、形成两个互不联系的直流系统，有益于提高直流系统的可靠性，方便查找接地。统，有益于提高直流系统的可靠性，方便查找接地。返回目录11/19/202230第四节第四节 直流系统异常处理直流系统异常处理 1、当充电柜故障时的处理方法：当充电模块故障灯亮时，应先检查该充电模块电源是否故障，若电源无故障，则可能是模块内部故障，此时应将故障模块的电源断开，将其退出，并不影响其它充电模块正常工作，因为它采用 N+1并联设置。返回目录11/19/2022312、当有接地故障时的处理方法：查找直流接地故障的一般顺序和方法：（1）分清接地故障的极性，分析故障发生的原因。（2）若站内二次回路有工作，或有设备检修试验，
26、应立即停止。拉开其工作电源，看信号是否消除。（3）用分网法缩小查找范围，将直流系统分成几个不相联系的部分。注意：不能使保护失去电源，操作电源尽量用蓄电池带。（4）对于不太重要的直流负荷及不能转移的分路，利用“瞬时停电”的方法，查该分路中所带回路有无接地故障。（5）对于重要的直流负荷，用转移负荷法，查该分路而带回路有无接地故障。查找直流系统接地故障，后随时与调度联系，并由二人及以上配合进行，其中一人操作，一人监护并监视表计指示及信号的变化。返回目录11/19/202232利用瞬时停电的方法选择直流接地时，应按照下列顺序进行：断开现场临时工作电源；断合事故照明回路；断合通信电源；断合充电回路；断合
27、合闸回路；断合信号回路；断合操作回路；断合蓄电池回路；在进行上述各项检查选择后仍未查出故障点，则应考虑同极性两点接地。当发现接地在某一回路后，有环路的应先解环，再进一步采用取保险及拆端子的办法，直至找到故障点并消除。返回目录11/19/2022333故障案例分析：（1）3号变电所全所失电蓄电池无法向合母放电原因分析：1K1、1K2 电池向合母放电的手动、自动转换开关；J1、J2 分别是两块欠压继电器的节点；HC是电池向合母放电的接触器线圈。返回目录11/19/202234 正常情况：正常情况：1K1 1K1 断开断开1K21K2闭合（自动位），闭合（自动位），HCHC接触器线圈不带电，接触器线
28、圈不带电，HCHC常开节点断开，电池不向合母放电，合母电源由合闸硅整流提供。常开节点断开，电池不向合母放电，合母电源由合闸硅整流提供。系统失电：系统失电：J1J1、J2 J2 两块欠压继电器的节点全部闭合，两块欠压继电器的节点全部闭合，HCHC接触器线接触器线圈带电，常开节点闭合，电池向合母放电。圈带电，常开节点闭合，电池向合母放电。系统失电后当时是由于系统失电后当时是由于J1J1节点闭合，节点闭合，J2J2节点没有闭合见图节点没有闭合见图1 1，HCHC接触接触器线圈不带电，器线圈不带电，HCHC常开节点断开，电池不向合母放电。即使将常开节点断开，电池不向合母放电。即使将1K1 1K1、1K
29、2 1K2 电池向合母放电的开关打到手动位（电池向合母放电的开关打到手动位（1K1 1K1、1K21K2同时接通同时接通）J2J2节点没有闭合，所以节点没有闭合，所以HCHC接触器线圈还是不带电，常开节点还是断开接触器线圈还是不带电，常开节点还是断开，电池向合母不放电。，电池向合母不放电。J2J2节点没有闭合原因是欠压继电器内部损坏，（欠压继电器是高精节点没有闭合原因是欠压继电器内部损坏，（欠压继电器是高精度电子式）无法修复。度电子式）无法修复。处理：将处理：将J2J2节点暂时用导线短接，欠压由节点暂时用导线短接，欠压由J1J1欠压继电器的节点来判定欠压继电器的节点来判定，而且电池向合母放电自动失灵时可以将转换开关打到手动即刻放电。，而且电池向合母放电自动失灵时可以将转换开关打到手动即刻放电。返回目录11/19/202235谢谢大家谢谢大家!11/19/202236
