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电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择许继电源有限公司2005年8月
201.直流操作电源的历史与发展发电厂和变电站中,为控制、信号、保护和自动装置(统称为控制负荷),以及断路器电磁合闸、直流电动机、交流不停电电源、事故照明(统称为动力负荷)等供电的直流电源系统,通称为直流操作电源
1.1直流操作电源的历史根据构成方式的不同,在发电厂和变电站中应用的有以下几种直流操作电源1)电容储能式直流操作电源是一种用交流厂(站)用电源经隔离整流后,取得直流电为控制负荷供电的电源系统正常运行时,它给与保护电源并接的足够大容量的电容器组充电,使其处于荷电状态;当电站发生事故时,电容器组继续向继电保护装置和断路器跳闸回路供电,保证继电保护装置可靠动作,断路器可靠跳闸这是一种简易的直流操作电源,一般只是在规模小、不很重要的电站使用2)复式整流式直流操作电源是一种用交流厂(站)用电源、电压互感器和电流互感器经整流后,取得直流电为控制负荷供电的电源系统,在其设计上,要在各种故障情况下都能保证继电保护装置可靠动作、断路器可靠跳闸这也是一种简易的直流操作电源,一般只是在规模小、不很重要的电站使用3)蓄电池组直流操作电源由蓄电池组和充电装置构成正常运行时,由充电装置为控制负荷供电,同时给蓄电池组充电,使其处于满容量荷电状态;当电站发生事故时,由蓄电池组继续向直流控制和动力负荷供电这是一种在各种正常和事故情况下都能保证可靠供电的电源系统,广泛应用于各种类型的发电厂和变电站中以上电容储能式和复式整流式直流操作电源系统,在
六、七十年代有较多的应用,八十年代以后,由于小型镉镍碱性蓄电池和阀控式铅酸蓄电池的应用,这种操作电源在发电厂和变电站中已不再采用而蓄电池组直流操作电源系统,其应用历史悠久,且极为广泛现代意义上的直流操作电源系统就是这种由蓄电池组和充电装置构成的直流不停电电源系统,通常简称为直流操作电源系统或直流系统
1.2直流操作电源的设计技术发展在1955年以前,国内发电厂和变电站的建设规模较小,其直流操作电源系统大多采用110V、单母线和不带端电池的蓄电池组(以前直流装置得蓄电池分为两组,一组是基本级,供正常负荷时用,一组为端电池,供事故时调节直流母线电压用的,比如基本电池用得过多,造成直流母线的电压下降过多时,通过调节装置将端电池投上去,维持直流母线的电压水平现在《DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程〉中
4.1直流电源 中规定
4.
1.6铅酸蓄电池组不宜设置端电池(没有端电池就是无端电池了);镉镍碱性蓄电池组宜减少端电池得个数)1956年以后,发电厂和变电站的建设规模增大这是引进了当时苏联的设计技术,在所有新建和扩建的发电厂和变电站中,都采用了220V、带端电池的蓄电池组,并根据工程规模的大小,采用单母线或双母线接线这个时间的设计,是充分利用了蓄电池的容量和具有较小的电压波动范围,但代价是采用了较复杂的接线1984年以后,随着欧美设计技术的引进,以及发电厂和变电站建设规模的不断增大,在直流操作电源系统的设计上,又开始普遍采用单母线接线和不带端电池的蓄电池组,对于控制负荷则推行采用110V电压,而动力负荷则采用220V电压这一期间设计的主导思想,则是以适当加大蓄电池的容量,允许电压有较大的波动范围为代价,达到简化接线、提高可靠性的目的六十年代以前,国内设计的发电厂采用主控制室方式在容量较小的发电厂中,装设一组蓄电池组构成的直流操作电源系统;在较大容量的发电厂中,则装设由两组蓄电池构成的直流操作系统;其接线采用单母线或双母线,但对于容量较大的发电厂,则广泛采用双母线接线七十年代以后,单元制发电厂随着机组容量的增大而普及在单元制发电厂中,直流操作电源系统按单元配置七十年代到八十年代初期,一般是一个单元配置一套由一组蓄电池组构成的控制、动力混合供电的220V操作电源从八十年代后期开始,对于300~600MW大机组电厂,则每一单元配置两套直流操作电源一套220V由一组蓄电池组构成,专供动力负荷;另一套110V由两组蓄电池组构成,专供控制负荷同时,在一些辅助车间,如水泵房、输煤控制楼等处,开始应用由小容量的蓄电池组构成的操作电源系统对于220KV及以下电压等级的变电站,一般装设由一组蓄电池组构成的直流操作电源;对于容量较大和500KV以上的大型变电站,则装设由两组蓄电池组构成的直流操作电源;对于220KV的变电站,2002年国家电力公司要求全部装设两组蓄电池组这一发展过程表明,随着大机组、超高压工程的发展,人们更加关注的是直流操作电源的可靠性,并为此提高适当提高电池组的容量和增加数量,普遍采用单母线接线方式,提高了工程造价
1.3直流操作电源的设备技术发展在直流操作电源系统中,主要的设备有蓄电池组、充电装置、绝缘监测装置以及控制保护等设备随着制造技术的发展,几十年来也发生了很大的变化蓄电池组型式,在七十年代以前发电厂和变电站中应用的都是开启式铅酸蓄电池,使用的容量逐渐增加,单组额定容量达到了1400~1600Ah七十年代以后,开始应用半封闭的固定防酸式铅酸蓄电池,并逐步得到普遍采用到八十年代中期以后,镉镍碱性蓄电池以其放电倍率高、耐过充和过放的优点,开始在变电站中得到应用,但由于价格较高,一般使用的都是额定容量在100Ah以内的,限制了其应用的范围九十年代发展起来的阀控式铅酸蓄电池,以其全密封、少维护、不污染环境、可靠性较高、安装方便等一系列的优点,在九十年代中期以后等到普遍的采用回顾蓄电池的变化可知,蓄电池在向维护工作量小、无污染、安装方便、可靠性提高的方向发展虽然提高蓄电池的寿命是一重要课题,但在提高寿命方面国内的技术进展不大,一般的阀控式铅酸蓄电池在5~10年之间,低的只有3~5年;目前国外的技术一般可以做到10~15年,高的达到18~20年而且,国内市场的恶性竞争环境,使许多蓄电池制造厂不愿在设计寿命上投资,提高制造成本需要说明是,蓄电池的使用寿命,在很大程度上要依靠正确的运行和维护对于充电装置,在七十年代以前,主要是用电动直流发电机组作充电器;七十年代开始应用整流装置,并逐渐取代了电动发电机组,得到普遍的应用八十年代以前,考虑到经济性和运行的稳定性,对充电和浮充电整流装置采用不同的容量设计1984年以后,对充电和浮充电整流装置开始采用相同的容量设计,使之更有利于互为备用,并且这种作法被普遍接受充电装置的配置方式是一组蓄电池的直流操作电源系统配置两组充电装置,两组蓄电池的直流操作电源系统配置三组充电装置1995年以后,随着高频开关型整流装置的普及,考虑到整流模块的N+12冗余配置和较短的修复时间,大量采用一组蓄电池配置一组充电装置的方式(核电的配置方式不一样)作为充电器的整流装置,多年来在不断的发展改进,七十年代是分立元件控制的晶闸管整流装置,可靠性和稳定性较差,技术指标偏低八十年代发展为集成电路控制的晶闸管整流装置,可靠性和稳定性以及技术指标得到较大的提高,这一时期的晶闸管整流控制技术也日臻成熟,并具备简单的充电、浮充电和均衡充电自动转换控制功能进入九十年代以后,随着微机控制技术的普及,集成电路控制型晶闸管整流装置逐渐被微机控制型晶闸管整流装置取代,使整流装置的稳流和稳压调节精度得到较大的提高,并且自动化水平的提高可以实现电源的“四遥”,为实现无人值班创造了条件1996年以后,随着高电压、大功率开关器件和高频变换控制技术的成熟,高频开关整流装置以其模块化结构、N+12并联冗余配置、维护简单快捷、技术指标和自动化程度高的优点,得到迅速的推广和普及目前,这种高频开关型整流装置已成为市场的主角,未来几年不会有新的整流装置替代绝缘监测装置是直流操作电源系统不可缺少的组成部分,用于在线监测直流系统的正负极对地的绝缘水平在八十年代以前,一直是采用苏联技术设计的、以电桥切换原理构成的绝缘检查装置,用继电器、电压表和切换开关构成,具有发现接地故障、测量直流正负极对地绝缘电阻和确定接地极的功能八十年代,在此原理技术上,国内制造了用集成电路构成的绝缘监测装置,并把母线电压监视功能与之合并在一起,提高了装置的灵敏度和易操作性上述的绝缘监测装置,在直流系统发生接地故障时,只能确定哪一极接地,而不能确定哪一条供电支路接地,在运行维护中查找接地点非常麻烦,并且存在监测死区针对这种情况,国内在九十年代以后,采用微机控制技术,开发制造了具有支路巡检功能的绝缘监测装置其不但能够准确的测量直流系统正负极的接地电阻,同时还可以确定接地支路的位置当前这种具有支路巡检功能绝缘监测装置得到普遍的应用,技术的发展围绕支路巡检功能展开,早期全部采用低频叠加原理,目前以直流漏电流原理为主,两种原理各有优缺点蓄电池组、充电装置和直流馈电回路,多年来一直用熔断器作短路保护,用隔离开关作回路操作,直到现在仍在普遍使用进入九十年代以来,随着技术的发展,这些老式的保护和操作设备逐渐被具有高分断能力和防护等级的新型设备替代到1996年以后,开始用带热磁脱扣器的直流自动空气开关,兼作保护和操作设备,为直流屏的小型化设计创造了条件目前,这种直流专用空气开关在直流系统中已普遍的应用,并开发出具有三段式选择性保护功能的直流空气开关产品
2.高频开关直流操作电源系统的构成和原理
2.1直流系统的构成高频开关直流操作电源系统是由交流配电单元、高频开关整流模块、蓄电池组、硅堆降压单元、电池巡检装置、绝缘监测装置、充电监控单元、配电监控单元和集中监控模块等部分组成其系统原理接线图如图2-1所示图2-1高频开关直流操作电源系统原理接线图
2.2直流系统的工作原理1)交流正常工作状态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,经保护电器熔断器或断路器输出,一面给蓄电池组充电,一面经直流配电馈电单元给直流负载提供正常工作电源硅堆降压单元根据蓄电池组输出电压的变化自动调节串入降压硅堆(串连二极管)的数量,使直流控制母线的电压稳定在规定的范围内当提高蓄电池组的容量,减少单体串连的个数时,可以取消硅堆降压单元,达到简化系统接线、提高可靠性的目的绝缘监测装置实时在线监测直流母线的正负极对地的绝缘水平,当接地电阻下降到设定的告警电阻值时,发出接地告警信号对于带支路巡检功能的绝缘监测装置,还可以确定接地故障点是发生在哪一条馈电回路中电池巡检装置实时在线监测蓄电池组的单体电压,当单体电池的电压超过设定的告警电压值时,发出单体电压异常信号该装置为电站的运行维护人员随时了解蓄电池组的运行状况提供了方便,但对于每个用户来说并不是必需的充电监控单元接受集中监控模块的控制指令,调节整流模块的输出电压实现对蓄电池组的恒压限流充电和均浮充自动转换,同时上传整流模块的故障信号当集中监控模块故障退去的情况下,该模块仍能按预先设定的浮充电压值继续对蓄电池组充电配电监控单元采集系统中交流配电、整流装置、蓄电池组、直流母线和馈电回路的电压、电流运行参数,以及状态和告警接点信号,上传到集中监控模块进行运行参数显示和信号处理集中监控模块采用集散方式对系统进行监测和控制整流模块、蓄电池组、交直流配电单元的运行参数分别由充电监控电路和配电监控电路采集处理,然后通过RS485通信口把处理后的信息上传给监控模块,由监控模块统一处理后显示在液晶屏幕上同时监控模块可通过人机对话操作方式对系统进行运行参数的设置和运行状态的控制,还可以通过RS485或RS232通信口接入电站监控系统,实现对电源系统的远程监控另外,监控模块通过对采集数据的分析和判断,能自动完成对蓄电池组充电的均浮充转换和温度补偿控制,以保证电池的正常充电,最大限度地延长电池的使用寿命2)交流失电工作状态系统交流输入故障停电时,整流模块停止工作,由蓄电池不间断地给直流负载供电监控模块时实监测蓄电池的放电电压和电流,当蓄电池放电到设置的终止电压时,监控模块告警同时监控模块时刻显示、处理配电监控电路上传的数据3)系统工作能量流向系统工作时的能量流向如图2-2所示图2-2系统工作能量流向图
2.3整流模块的工作原理高频开关整流模块的原理框图如图2-3所示图2-3整流模块原理框图
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3.1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滤波滤除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)交流全桥整流利用三相整流桥直接将交流输入电压变换为脉动直流电3)无源PFC校正采用无源的LC器件,将全桥整流所得的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的作用,使交流输入功率因数接近
0.954)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波隔离、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转换成平滑的直流电输出
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3.2反馈调节电路高频开关整流模块中的反馈调节电路采用直流输出电压和电流反馈的PID调节,达到高精度的稳压和稳流输出目的其控制调节过程如下高频逆变采用全桥串联谐振软开关技术,其控制方式为“逐周波峰值电流检测模式”直流输出的电压、电流反馈信号与给定的电压、电流值进行PID运算、调节,输出误差放大信号,该信号与PWM控制芯片产生的振荡三角波进行比较,实现驱动高频逆变电路开关管导通的控制脉冲的宽度可调,达到稳定输出电压、电流的目的
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3.3脉宽调制(PWM)控制PWM(PulseWidthModulation)控制是高频开关电源普遍采用一种技术,由控制电路产生的控制脉冲驱动高频逆变电路中的开关管周期导通,将直流电变换成宽度可调的高频方波,再经整流平滑为直流电输出控制开关功率器件的开关频率恒定不变,通过调节每个周期内驱动开关器件导通的控制脉冲的有效宽度,达到调节直流输出电压、电流的目的其波形变换过程如图2-4所示图2-4整流模块波形变换图在PWM变换技术中Uo=D*Ui其中D=Ton/Ts=Ton/Ton+ToffD占空比;Ts开关管工作周期;Ton开关管导通时间;Toff开关管关断时间
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3.4软开关技术对于高频整流模块,发展方向为高功率密度、高效率、小体积、高可靠性,同时要有很好的EMC措施这就要求整流模块要工作在很高的频率,同时减小开关状态时的损耗和开关噪声因此软开关技术成了高频整流模块领域所研究的主要方向之一我们所用的半导体开关功率器件,并不是理想的开关器件在开关的过程中,半导体开关器件会呈现变阻抗的特性,同时开通和关断状态的转化时是有持续的时间存在(如图2-5中的硬开关模式波形)因此开关器件在状态转化时,存在着电压和电流的重叠区,即开关损耗;同时存在电压和电流的振荡过程,产生大量的EMI噪声软开关技术所采用的方法一般是在半导体开关器件的两端通过辅助串联谐振或并联谐振回路使半导体开关器件在开关状态转换前,电压或电流谐振到零,再进行开关的转换过程从而实现半导体开关器件在开关转换过程中,没有电压或电流的振荡过程,几乎没有电压和电流的有效重叠(如图2-5中的软开关模式波形),很大程度上减少了开关损耗和EMI噪声典型的软开关技术有零电压开关技术ZVS(ZeroVoltageSwitching在开关管承受电压为零时控制开关管导通)和零电流开关技术ZCS(ZeroCurrentSwitching在流过开关管的电流为零时控制开关管关断)许继电源公司生产的ZZG10系列整流模块采用是这两种技术的结合硬开关模式通态损耗小固定频率控制开关损耗大EMI噪声大软开关模式通态损耗小固定频率控制开关损耗小EMI噪声小图2-6软开关模式与硬开关模式的比较
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3.5并机均流技术采用“低压差无主自动均流技术”,实现多模块并机的输出电流自动平均分担其工作原理是每个模块内部都有输出电流采样电路,该电路以相同的比例放大倍数,将输出电流的采样信号转化为成比例的采样电压多模块并机时,各模块的输出电流采样电压通过并机均流总线CS连接在一起,进行比较后取并联模块的最大的采样电压作为并机均流总线的基准电压Vbus基准电压Vbus所对应的模块自然就是最大输出电流模块,我们称之为主模块,其他模块为从模块每个模块(包括主模块和从模块)将自己的电流采样电压与基准电压Vbus比较,产生的误差放大信号调节其脉冲宽度改变模块的输出电压,使每个模块的输出电流采样电压趋向于相等,从而达到均流输出的目的这种均流技术的优点体现在两个方面第
一、均流不平衡度小,不超过±3﹪第
二、主模块是通过比较任意产生的,当主模块由于某种原因退出工作后,系统将自动选择一个输出电流最大的模块作为主模块,并自动重新调整输出电流,达到新的平衡这样可以避免当主模块出现故障时造成系统崩溃图2-6整流模块并机均流原理框图
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3.6软启动技术软启动技术是为了限制电路中出现过大的电压/电流冲击造成模块内部元器件的损坏或对其它受电设备造成不良的影响,而采取的一种限制模块内电压变化率和电流变化率的技术在高频开关整流模块中,常见的软启动有输入软启动和输出软启动之分1)输入软启动在高频开关整流模块的输入整流滤波电路中,含有大容量的滤波电容,上电启动时会产生很大的冲击电流,容易造成输入部件(主要是输入整流桥)的损坏和严重的电网干扰为避免这些问题的发生,可采取在主回路的滤波电容前串入一个和继电器触点并联的限流电阻电路,在上电的初始阶段继电器触点断开,经过限流电阻给滤波电容充电直至接近到满电压值后,再控制继电器触点闭合,把限流电阻短接旁路,完成启动输入主回路过程2)输出软启动整流模块在上电初期由于反馈电压还没有建立起来时,PID调节环为开环状态,如果不采取措施,输出的控制信号为最大值,输出的有效脉宽为100%此时输入侧的浪涌电流很大,同时在输出侧产生很高的冲击电压解决的方法是在控制电路中,加入软启电路,软启电路的输出信号与反馈信号“线与”后作为产生PWM脉冲的控制信号(低电压信号起控制作用)模块上电开机后,软启控制信号从零开始按一定的斜率上升,而反馈控制信号则从开机时的开环最大值,逐渐随电压反馈信号的上升而下降在模块启动的开始阶段,软启控制信号先起作用,使输出的PWM驱动脉冲的脉宽从零缓慢展开,输出电压缓慢升高,电压反馈信号也缓慢升高,而反馈控制信号缓慢下降;当反馈控制信号低于软启控制信号后,软启过程完成,反馈控制信号起作用,进入正常的闭环调节状态,达到输出电压的稳定
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3.7输出限流和短路保护高频开关整流模块一般具有直流输出限流和短路保护的功能输出限流保护通过采样直流输出电流值,把其同设定的最大输出电流值(即限流值)进行比较当模块的输出电流达到设定的限流值时,由电流反馈控制环电路控制整流模块进入限流工作状态输出短路保护采用逐周波峰值电流检测的模式,检测主回路开关器件的各个周期的电流值,使其参与控制环的调节,实行逐周波限流,实现短路保护
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3.8工作频率的选择整流模块的工作频率fs是指模块主回路开关器件的开关频率,也就是前面谈到的开关管工作周期Ts的倒数,即fs=1/Ts,它与主开关回路逆变输出(高频变压器原边)的脉冲电压波频率相等,是高频变压器二次整流脉冲电压波频率的一半提高开关频率,可以减小感性器件的体积,使整流模块的体积更小、功率密度更大,也可在一定程度上提高输出稳定精度但在开关频率提高的同时,开关损耗会增大、效率可能降低;同时脉冲间“竞争冒险”的可能性加大,这在一定程度上会降低模块的可靠性,所以开关频率的选择并不是越高越好许继电源公司生产的ZZG10系列高频开关整流器在综合考虑各项指标后,将ZZG12系列模块的开关频率选定在50K,ZZG13系列模块的开关频率选定在25K图2-7整流模块工作波形图图中VGS----功率开关管工作波形;VP-----高频变压器原边脉冲电压波形;VS-----高频变压器副边全波整流脉冲电压波形
2.4硅堆降压装置的工作原理对于阀控式铅酸蓄电池组的个数选择大于104只110V系统大于52只的直流系统,由于在对蓄电池进行均衡充电时,与蓄电池组并联的直流母线电压超出控制直流负荷电压不大于+10%的要求,因此需要这样一个降压装置把直流母线的电压调节到控制直流负荷要求的范围内硅堆降压就是这种调压装置,它可自动或手动调节母线电压,从而使控制直流母线的电压稳定在规定的范围内硅堆降压单元的原理框图如图2-8所示图2-8硅堆降压单元原理框图所谓的降压硅堆是由多个大功率硅整流二极管串联而成的,利用硅二极管PN结相对稳定的正向压降来作为调节电压,通过改变串入线路中二极管的数量来获得适当的电压降,达到调节母线电压的目的采用硅二极管降压的优点是大功率硅二极管的过载能力强、能短时耐受近20倍的冲击电流可避免采用DC-DC变换器调压方式在输出过载或短路时,由于输出限流不能可靠地分断故障回路的保护电器,造成输出电压严重下降的事故如图所示,根据具体工程情况可将降压硅堆分为2~4节串联,在每节硅堆的两端并接控制继电器的常闭触点,如果控制继电器动作,其常闭触点断开,使该节硅堆串入线路中降压,直流输出电压降低;反过来,如果控制继电器的常闭触点闭合,使该节硅堆被短接旁路,直流输出电压升高调压控制电路通过检测蓄电池组输出或动力母线的电压,与设定的各级继电器的动作电压比较,放大后来驱动适当的继电器动作,使控制直流母线的电压保持在一定的范围内;在自动控制电路故障的时,还可以通过手动调节开关实现控制母线电压的手动调节硅堆监视电路与各级降压硅堆相并联,如果串入线路中的某个二极管出现PN结开路的情况,监视电路将自动使该PN结所在的这一节硅堆并联的继电器器闭锁,其常闭触点闭合,使得该节硅堆被短接旁路,实现控制母线不间断供电在降压硅堆回路串联有隔离开关QS1,同时并联有旁路开关QS2,实现在对降压硅堆或控制电路维护时控制母线不间断供电
2.5绝缘监测装置的工作原理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,支路纵横交错,发生接地的概率很高直流系统是正负极对浮空的,当系统出现一点接地(正负极直接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接地故障,从而杜绝直流系统接地可能引起的事故直流系统的绝缘检测由母线绝缘检测和支路绝缘检测两部分组成,分别说明如下
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5.1母线绝缘检测图2-9母线绝缘检测原理图如图2-9所示,采用不平衡电桥测量电路,由微处理器控制开关S1和S2顺序导通,分别测得两组直流母线正负极对地的电压值数据,然后解方程求出直流母线正负极对地的绝缘电阻值根据欧姆定律在开关S1和S2分别闭合时得到方程式U+1*R+2RzU-1*R+RfS1闭合,S2断开时-----------------=---------------(方程一)R*RzR*RfU+2*R+RzU-2*R+2RfS2闭合,S1断开时-----------------=-----------------(方程二)R*RzR*Rf已知U+
1、U-
1、U+
2、U-2和R,解方程可以分别求出直流母线正极对地的绝缘电阻Rz和负极对地的绝缘电阻Rf的值这种母线绝缘检测技术可以准确地测量出直流系统正负极对地总的绝缘电阻,但不能确定直流系统各供电支路(直流馈电输出)的正负极对地的绝缘电阻值因此,如果直流系统出现接地故障时,对接地故障点的查找只能采用逐路断开各馈电支路,顺着支路逐级查找仪确定接地故障点这种方法即费时又费力,而且断开支路上的各种装置要暂时退出工作,存在引起电力事故的危险
2.
5.2支路绝缘监测对直流系统各馈电支路正负极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极对地的绝缘电阻值这两种原理各有自己的优缺点,分别说明如下1)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侧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当然可以采用信号相位比较技术进行超前校正及跟踪,消除支路分布电容对接地电阻测量精度的影响,同时克服母线上非同步交流信号的干扰,解决了因判断数据不全引发的支路误报和漏报现象2)直流漏电流原理采用磁调制有源直流微电流传感器,馈电支路正负极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这一技术无需在直流母线上叠加任何信号,对直流系统不会产生任何不良影响,检测精度不受直流系统对地分布电容的影响,且灵敏度高,巡检速度快缺点是有源直流传感器设计制造复杂,对温度变化对其精度有一定的影响,输出可能产生漂移,影响测量精度需采取校正技术消除磁偏和温度的影响
3.直流系统的设计原则
3.1系统电压
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1.1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采用110Vb专供动力负荷的直流系统标称电压宜采用220Vc对控制负荷与动力负荷合并供电的直流系统标称电压宜采用220V
3.
1.2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.
1.3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对控制负荷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%
3.
1.4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%
3.
1.5对设置硅降压装置,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%
3.2蓄电池组
3.
2.1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,宜选用单只电压为2V的产品;蓄电池的容量为100Ah及以下时,可选用单只电压为6V或12V的产品
3.
2.2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组蓄电池其它情况下可装设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组蓄电池控制负荷与动力负荷合并供电c容量为200MW级机组的发电厂,且升高电压为220kV及以下时,每台机组可装设1组蓄电池控制负荷与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组蓄电池控制负荷与动力负荷合并供电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h220kV~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供电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j110kV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及以下时,宜采用DC/DC变换器,或独立装设2组蓄电池
3.3充电装置
3.
3.1充电装置型式高频开关整流器
3.
3.2整流器组数a1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b2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
3.4接线方式
3.
4.1母线接线方式a1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b2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
3.
4.2蓄电池组和充电装置均应经隔离和保护电器接入直流系统a直流系统为单母线分段接线方式时,蓄电池组和充电装置的连接方式如下1组蓄电池配置1组整流器时,二者应跨接在两段直流母线上1组蓄电池配置2组整流器时,两组整流器应接入不同直流母线段,蓄电池组应跨接在两段直流母线上b直流系统为二段单母线接线方式时,蓄电池组和充电装置的连接方式如下2组蓄电池配置2组整流器时,每组蓄电池及其整流器应分别接入不同直流母线段2组蓄电池配置3组整流器时,每组蓄电池及其整流器应分别接入不同直流母线段,第3组公用整流器应经切换电器可对2组蓄电池进行充电
3.
4.3设置硅降压装置,控制负荷与动力负荷混合供电的直流系统,其硅降压装置串接在控制母线与动力母线之间
3.
4.4每组蓄电池均应设置专用的试验放电回路试验放电设备应经隔离和保护电器直接与蓄电池组出口回路并联对于小型发电厂和各电压等级的变电站直流系统,试验放电装置宜采用微机控制的电阻型产品;对于大、中型发电厂直流系统,试验放电装置宜采用微机控制的有源逆变型产品
3.5保护和监控
3.
5.1保护a充电装置的交流输入回路装设交流断路器保护,并装设吸收浪涌电压的C级和D级防雷器产品b充电装置直流输出回路、蓄电池组出口回路和蓄电池组试验放电回路,装设熔断器或直流断路器保护c直流馈电回路装设直流断路器保护d二次控制和信号电源回路均装设熔断器保护e装设硅降压装置的直流系统具有防止硅元件开路的应急措施f各级保护电器的配置,应根据直流系统的短路电流计算结果,保证具有可靠性、选择性、灵敏性和速动性
3.
5.2测量a直流系统在直流屏柜上应装设以下测量表计充电装置输出回路和蓄电池组出口回路的直流电流表充电装置输出回路、蓄电池组出口回路和直流主母线的直流电压表b直流屏柜上的测量表计宜采用四位半精度的数字式表计c直流主母线应装设绝缘监测装置,以在线监视直流系统对地的绝缘状况d蓄电池组可选择装设电压巡检装置,以在线监视电池组单体的电压水平
3.
5.3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对直流绝缘监测装置,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
3.
5.4自动化要求a直流系统宜按每组蓄电池组设置一套微机监控装置b直流系统微机监控装置应具有下列基本功能参数显示实时显示各个下级设备的各种信息,包括采集数据、设置数据等通过键盘和LCD,可以随时查看整个电源系统的运行状态和参数,包括直流母线电压、绝缘电阻;蓄电池组均∕浮充状态、充电电压和电流及环境温度;充电装置直流输出电压和电流信号报警直流系统中各设备产生的报警信号应上传到监控单元,监控装置可实时地显示当前的告警内容监控装置也能根据所采集的数据自行判断,并产生相应的报警信息所有的这些报警信息应具有对应的继电器触点输出无源干结点电池管理自动控制调节蓄电池的充电电压和电流,以蓄电池的充电电流、充电时间为依据,完成电池状态检测和容量计算,并根据检测结果进行均∕浮充转换控制;如果系统配置有温度传感器,其均∕浮充电压可自动补偿调节后台通信通过RS
232、RS485或其他通信接口型式,与电站综合自动化系统或后台监控计算机连接,将电源系统的信息上传,实现对电源系统的远程监控c直流系统就地和远方监控的I/O内容参见附表一
3.6直流负荷统计
3.
6.1直流负荷按下列规定统计a1组蓄电池的直流系统,控制负荷和动力负荷按全部负荷统计b2组蓄电池的直流系统,对于控制负荷每组按全部负荷统计;对于动力负荷宜平均分配到两组蓄电池,其中直流事故照明负荷,每组应按全部负荷的60%(变电所和有保安电源的发电厂可按100%)统计;事故后恢复供电的断路器合闸冲击负荷按随机负荷考虑c两各直流系统间为紧急备用而设有联络线时,各系统的蓄电池组仍按各自所连接的负荷考虑,不因互连而增加负荷数量的统计d直流系统标称电压为48V及以下的蓄电池组,每组均按全部负荷统计
3.
6.2事故停电时间按下列规定计算a与电力系统连接的发电厂,厂用交流电源事故停电时间按1h计算b不与电力系统连接的孤立发电厂,厂用交流电源事故停电时间按2h计算c直流输电换流站,全站交流电源事故停电时间按2h计算d有人值班的变电所,全所交流电源事故停电时间按1h计算e无人值班的变电所,全所交流电源事故停电时间按2h计算
3.
6.3直流负荷统计的负荷系数和计算时间参见DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》
4.直流系统的设备选择
4.1蓄电池组
4.
1.1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分别校验均衡充电时NUj≤
1.1Un,事故放电末期NUm≥
0.85Un或
0.87Unb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分别校验均衡充电时NUj≤
1.15Un,事故放电末期NUm≥
0.875Un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电压;Um---单只蓄电池放电末期电压c不同型式铅酸蓄电池的数量选择参见附表二
4.
1.2蓄电池浮充电压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a一般防酸式铅酸蓄电池的单体浮充电压值取
2.15V~
2.17V(对于GFD型铅酸蓄电池取
2.17V~
2.23V)b阀控式铅酸蓄电池的单体浮充电压值取
2.23V~
2.27V
4.
1.3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a一般防酸式铅酸蓄电池的单体均衡充电电压值取
2.30V(对于GFD型铅酸蓄电池取
2.33V)b阀控式铅酸蓄电池的单体均衡充电电压值取
2.33V或
2.35V
4.
1.4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防酸式铅酸蓄电池,控制负荷专用蓄电池取
1.75V;动力负荷专用或动力负荷与控制负荷合并供电的蓄电池取
1.80V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
1.85V或
1.87Vb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
4.
1.5蓄电池容量选择计算计算方法参见DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》附录B.
24.2充电装置
4.
2.1高频充电装置的基本技术性能要求a交流电源三相三线制;额定频率50Hz,工作电压380V±15%b稳压精度≤±
0.5%c稳流精度≤±1%d纹波系数≤
0.5%e均流不平衡度≤±3%50%~100%负载;≤±5%10%~50%负载f满载效率≥92%g功率因数≥
0.92h音响噪声≤55dBi机械结构模块式可带电插拔维护
4.
2.2充电装置额定输出电流选择充电装置的额定输出电流选择应满足下列条件a有初充电要求的蓄电池,满足初充电时输出电流为
1.0I10~
1.25I10选择Ir=
1.0I10~
1.25I10Ab满足蓄电池浮充电时,输出电流为蓄电池自放电电流与经常负荷电流之和Ir=
0.01I10+IjcAc满足蓄电池均衡充电时,输出电流为蓄电池限流充电电流与经常负荷电流之和Ir=
1.0I10~
1.25I10+IjcA注当蓄电池脱开直流母线进行均衡充电时,可不计入经常负荷电流式中Ir---充电装置输出额定电流;I10---铅酸蓄电池10h放电率放电电流;Ijc---直流系统的经常负荷电流
4.
2.3充电装置输出电压调节范围选择充电装置的输出电压调节范围选择应满足蓄电池放电末期和初充电末期电压的要求,具体参数见下表充电装置输出电压调节范围运行方式电压调节范围防酸式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池220V系统110V系统220V系统110V系统限流充电180V~290V90V~150V180V~260V90V~130V浮充电220V~240V110V~120V220V~250V110V~125V均衡充电230V~290V115V~150V230V~260V115V~130V注防酸式铅酸蓄电池的充电末期单体电压为
2.7V;阀控式铅酸蓄电池的充电末期单体电压为
2.4V
4.
2.4高频开关整流模块个数选择a1组蓄电池配置1组充电装置或2组同容量的充电装置,及2组蓄电池配置2组或3组相同容量的充电装置,其整流模块选择计算方法如下N=〔
1.0I10~
1.25I10+Ijc〕/Ime+1式中N----高频开关整流模块个数;I10---铅酸蓄电池10h放电率放电电流;Ijc---直流系统的经常负荷电流;Ime---单个整流模块的额定电流b2组蓄电池配置2小1大不同容量的充电装置,其整流模块选择计算方法如下N1=
0.01I10+Ijc/Ime+1N2=〔
1.0I10~
1.25I10+Ijc〕/Ime+1式中N1---小容量充电装置高频开关整流模块个数;N2---大容量充电装置高频开关整流模块个数;I10---铅酸蓄电池10h放电率放电电流;Ijc---直流系统的经常负荷电流;Ime---单个整流模块的额定电流c2组蓄电池配置2大1小不同容量的充电装置,其整流模块选择计算方法如下N1=〔
1.0I10~
1.25I10+Ijc〕/Ime+1N2=I10/Ime+1式中N1---大容量充电装置高频开关整流模块个数;N2---小容量充电装置高频开关整流模块个数;I10---铅酸蓄电池10h放电率放电电流;Ijc---直流系统的经常负荷电流;Ime---单个整流模块的额定电流
4.3绝缘监测装置
4.
3.1绝缘监测装置型式对35kV及以下小型变电所或电厂辅助车间,宜选择不带支路巡检功能的绝缘监测装置,其他应选择具有支路巡检功能的绝缘监测装置
4.
3.2绝缘监测装置数量a1组蓄电池配置1或2组整流器,采用单母线或单母线分段接线方式的直流系统,应装设1台绝缘监测装置b2组蓄电池配置2组整流器,采用二段单母线接线方式的直流系统,每段直流母线宜装设1台绝缘监测装置对220kV及以下变电所,两段直流母线也可以公用装设1台绝缘监测装置c2组蓄电池配置3组整流器,采用二段单母线接线方式的直流系统,每段直流母线应装设1台绝缘监测装置
4.4蓄电池巡检装置
4.
4.1直流系统不推荐装设对电池组单只电池的电压进行在线监测的巡检装置具体工程可按用户要求装设,每组蓄电池装设1套
4.
4.2对于单只2V的蓄电池组,为简化巡检装置的接线,可采用每3只或6只电池分组采样的方式
4.5硅堆降压装置
4.
5.1当选择的蓄电池个数在正常浮充状态下,其整组出口端电压大于
1.05倍直流系统的标称电压值时,应装设硅堆降压装置
4.
5.2硅堆降压装置的每级调节电压值按不大于直流系统标称电压值的5%来确定对于220V系统,硅堆降压装置的每级调节电压值一般可取10V;对于110V系统,硅堆降压装置的每级调节电压值一般可取5V
4.
5.3硅堆降压装置的调节级数按蓄电池组在均衡充电时直流母线电压不大于
1.05倍直流系统标称电压值来确定例如108个单体的阀控式铅酸蓄电池组系统,在均衡充电时其蓄电池组出口端电压为
253.8V,则调节电压=
253.8V-230V=
23.8V调节级数=
23.8÷10=
2.38取整数
34.
5.4硅堆降压装置的额定电流按所在回路的最大持续负荷电流来选择,并具有承受短时过载冲击电流和承受反向电压的能力
4.
5.5硅堆降压装置应具有防止硅元件开路的措施
4.6闪光电源装置闪光电源装置可根据具体工程需要选择装设,装置的数量按母线的段数进行设置,即每段直流母线装设1套闪光电源装置
4.7微机监控装置
4.
7.1微机监控装置型式串行总线结构及分散采集控制的集中管理模式
4.
7.2微机监控装置数量a1组蓄电池配置1或2组整流器,采用单母线或单母线分段接线方式的直流系统,应装设1台微机监控装置b2组蓄电池配置2组整流器,采用二段单母线接线方式的直流系统,宜装设2台微机监控装置对220kV及以下变电所,也可以装设一台微机监控装置c2组蓄电池配置3组整流器,采用二段单母线接线方式的直流系统,应装设2台集中监控装置
4.8直流配电回路隔离、保护设备直流配电回路的隔离开关、熔断器和断路器设备的参数应按下列要求选择a额定电压应大于或等于回路的最高工作电压b额定电流应大于回路的最大工作电流各回路设备的额定电流按下列要求选择充电装置交流输入回路可按充电装置最大输入功率计算的额定电压下的
1.25倍额定输入电流选择充电装置出口回路可按
1.2倍额定输出电流选择蓄电池组出口回路可按蓄电池1h放电率电流(铅酸蓄电池可取
5.5~6I10)选择,并应与直流馈电回路中额定电流最大的一台保护电器相配合对于直流断路器还应按事故放电初期1min放电电流校验保护动作的时间蓄电池试验放电回路可按
1.5倍蓄电池10h放电率电流(I10)选择母线分段开关和联络回路,可按全部负荷的60%选择控制、保护、信号回路可按
0.8倍负荷统计计算电流选择断路器电磁操作机构的合闸回路可按
0.3倍额定合闸电流选择,但保护元件的动作时间应大于断路器固有合闸时间一般为
0.3S直流电动机回路应按电动机的额定电流选择直流分电柜输入电源输入回路可按
0.8倍分电柜上全部负荷统计计算电流选择,并应与直流分电柜上馈电回路中额定电流最大的一台保护电器相配合c额定分断能力应满足直流系统短路电流的要求d串连各级保护电器的动作电流和动作时间应满足选择性要求上下级差的配合按下列要求选择熔断器装设在直流断路器上一级时,熔断器的额定电流应为直流断路器额定电流的2倍及以上直流断路器装设在熔断器上一级时,直流断路器的额定电流应为熔断器额定电流的4倍及以上直流断路器上下级使用时,它们之间的额定电流级差应不小于4级(标称的断路器额定电流的最小配合系数每级为
1.25),即上一级直流断路器的额定电流应为下一级直流断路器额定电流的
2.5倍及以上,并应满足上下级直流断路器瞬时保护动作电流的配合系数不小于4的要求当上下级瞬时保护配合系数不满足要求时,可提高上一级直流断路器的额定电流,但应进行灵敏系数计算,防止断路器拒动;或降低下一级直流断路器的瞬动电流倍数当上下级断路器安装位置较近,短路电流相差不大,引起短路瞬时保护误动作时,上一级应选用具有短路短延时保护功能的直流断路器
4.9直流屏柜
4.
9.1直流屏柜宜采用组合框架结构,防护等级不低于IP
204.
9.2直流屏柜外形尺寸对于新建或扩建工程宜采用2260mm×800mm×600mm高×宽×深,对于改造工程可以采用2360mm×800mm×550mm高×宽×深或2360mm×800mm×600mm高×宽×深
4.
9.3直流屏柜可按模数分隔成多个功能单元,各自相对独立操作设备布置在中间位置,测量表计布置在上方位置
4.
9.4直流屏柜正面操作设备的布置高度不应超过1800mm,距地高度不应低于400mm
4.
9.5直流屏柜内电流在63A及以下的直流馈电输出,应经电力端子引出,且端子宜垂直布置在屏后两侧位置;63A以上的直流馈电输出,若经电力端子引出,端子宜水平布置在屏后中部下方位置
4.
9.6直流屏柜内主母线应采用阻燃绝缘铜母排,按蓄电池1h率放电电流选择截面,并应进行短路电流热稳定校验和按短时最大负荷电流检验其温度不超过绝缘体的允许事故过负荷温度
4.
9.7直流屏柜内主母线及其相应回路,应满足直流母线出口短路时的动稳定要求a蓄电池容量为800Ah及以下的直流系统,可按10kA短路电流考虑b蓄电池容量为800Ah~1600Ah的直流系统,可按20kA短路电流考虑c蓄电池容量为1600Ah以上的直流系统,应进行短路电流计算参见DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》附录G.
14.
9.8直流屏柜内装设30mm×4mm接地铜排,与屏内电器设备和屏体结构件可靠接触并设有接地标志
5.其它设备选择
5.1直流变换模块在直流屏上可选择装设输出电压为48V(24V),输出电流为10A、20A、30A(20A、30A、40A)的DC-DC直流变换模块,为通信、载波等设备提供稳定可靠的直流工作电源
5.2逆变电源模块在直流屏上可选择装设输出电压为220V,输出功率为1kVA、2kVA、3kVA的电力专用UPS模块,为电站的通信、载波和计算机等设备提供稳定可靠的交流工作电源附表一直流系统就地和远方监控I/O内容回路I/O名称直流屏柜直流系统微机监控装置发电厂和变电所监控系统模拟量开关量模拟量开关量模拟量开关量充电装置整流器电压√√◇整流器电流√√◇交流电源电压◇◇◇交流输入空开状态√√◇交流输入空开跳闸√√◇交流输入防雷器失效√√◇交流电源故障√√√整流模块异常√√√整流器输出开关状态◇◇◇整流器熔断器熔断或断路器跳闸√√√蓄电池组电池组电压√√√电池组电流√√√电池组环境温度◇◇◇电池组输出开关状态◇◇◇电池组熔断器熔断或断路器跳闸√√√电池组充电电压异常√√√直流母线及馈线直流母线电压√√√直流母线电压异常√√√直流母线接地√√√绝缘监测仪异常◇◇◇母线调压装置异常√√√母线联络开关状态◇◇◇直流馈线开关状态◇◇◇直流馈线断路器跳闸或熔断器熔断√√√直流系统监控装置交流电源告警√√整流模块告警√√蓄电池组告警√√直流母线告警√√直流馈线告警√√通信失败告警√√监控装置异常√√注表中“√”表示该项应列入;表中“◇”表示该项有条件时或需要时可列入附表二铅酸蓄电池个数选择系统标称电压V单只电池电压V电池个数浮充电压V浮充时母线电压V均充电压V均充时母线电压%放电终止电压V母线最低电压%
22021062.
15227.
902.
30110.
821.
8086.
73107230.
05111.
861.
8087.
541032.
23229.
692.
33109.
11.
8787.
55104231.
92110.
141.
8587.
451022.
25229.
502.
35108.
951.
8786.
70103231.
75110.
021.
8787.55108*
243.
00115.
361.
8088.
366346.
75229.
507.
05108.
955.
6186.7036*
243.
00115.
365.
4088.
36121713.
50229.
5014.
10108.
9511.
2286.7018*
243.
00115.
3610.
8088.
361102522.
15111.
802.
30108.
731.
8386.
5153113.
95110.
821.
8086.
73512.
23113.
732.
33108.
031.
8786.
7052115.
96110.
151.
8587.
45512.
25114.
752.
35108.
951.
8786.7053*
119.
25113.
231.
8086.7354*
121.
50115.
361.
8088.
366176.
75114.
757.
05108.
955.
6186.7018*
121.
50115.
365.
4088.36129*
13.
50121.
5014.
10115.
3610.
8088.
36482232.
1549.
452.
30110.
211.
8789.
602451.
60115.
001.
8090.
00232.
2351.
292.
33111.
651.
8789.
60232.
2551.
752.
35112.
601.
8789.
60686.
7554.
007.
05117.
505.
4090.
0012413.
5054.
0014.
10117.
5010.
8090.
00242122.
1525.
802.
30115.
001.
8090.
00122.
2326.
762.
33116.
501.
8090.
00122.
2527.
002.
35117.
501.
8090.
00646.
7527.
007.
05117.
505.
4090.
0012813.
5027.
0014.
10117.
5010.
8090.00注:*标注的蓄电池系统应装设硅降压装置PZ61智能高频开关电力操作直流电源系统典型设计方案说明方案一PZ61/□-111A-□/220110直流系统由1组蓄电池、1组整流器组成,直流母线为单母线接线正常运行时,充电装置经直流母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案二PZ61/□-111B-□/220110直流系统由1组蓄电池、1组整流器组成,直流母线为单母线接线正常运行时,充电装置经动力直流母线对蓄电池充电,同时经硅降压装置向控制直流母线提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为动力直流母线正常的输出电压,从动力直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择108只110V系统宜选择53或54只方案三PZ61/□-112A-□/220110直流系统由1组蓄电池、1组整流器组成,直流母线为单母线分段接线正常运行时,充电装置经充电直流母线对蓄电池充电,同时向两段直流母线提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案的任一段直流母线故障时,均可将环形供电的负载倒至正常母线段该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案四PZ61/□-112B-□/220110直流系统由1组蓄电池、1组整流器组成,直流母线为单母线分段接线正常运行时,充电装置经充电直流母线对蓄电池充电,同时经硅降压装置向两段控制直流母线提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为动力直流母线正常的输出电压,从充电直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压该系统方案的任一段直流母线故障时,均可将环形供电的负载倒至正常母线段该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择108只110V系统宜选择53或54只方案五PZ61/□-121A-□/220110直流系统由1组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为单母线接线正常运行时,一组充电装置工作,另一组备用,充电装置经直流母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案六PZ61/□-121B-□/220110直流系统由1组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为单母线接线正常运行时,一组充电装置工作,另一组备用,充电装置经动力直流母线对蓄电池充电,同时经硅降压装置向控制直流母线提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为动力直流母线正常的输出电压,从动力直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择108只110V系统宜选择53或54只方案七PZ61/□-121C-□/220110直流系统由1组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为单母线接线正常运行时,一组充电装置直接供控制母线经常负荷电流,另一组充电装置经动力直流母线对蓄电池充电,同时经硅降压装置后备向控制直流母线提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为动力直流母线正常的输出电压,连接控制母线充电装置的输出电压即为控制直流母线正常的输出电压,当连接控制母线的充电装置故障退出时,无间断地由动力直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择108只110V系统宜选择53或54只方案八PZ61/□-122A-□/220110直流系统由1组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为单母线分段接线正常运行时,两组充电装置互为备用,分别或同时工作经直流母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案的任一段直流母线故障时,均可将环形供电的负载倒至正常母线段该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案九PZ61/□-122B-□/220110直流系统由1组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为单母线分段接线正常运行时,两组充电装置互为备用,分别或同时工作经动力直流母线对蓄电池充电,同时经硅降压装置向控制直流母线提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为动力直流母线正常的输出电压,从动力直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压该系统方案的任一段直流母线故障时,均可将环形供电的负载倒至正常母线段该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择108只110V系统宜选择53或54只方案十PZ61/□-122C-□/220110直流系统由1组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为单母线分段接线正常运行时,一组充电装置直接供控制母线经常负荷电流,另一组充电装置经充电直流母线对蓄电池充电,同时经硅降压装置后备向控制直流母线提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为动力直流母线正常的输出电压,连接控制母线充电装置的输出电压即为控制直流母线正常的输出电压,当连接控制母线的充电装置故障退出时,无间断地由充电直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压该系统方案的任一段直流母线故障时,均可将环形供电的负载倒至正常母线段该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择108只110V系统宜选择53或54只方案十一PZ61/□-222A-□/220110直流系统由2组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为两段单母线接线正常运行时,母联开关断开,各母线段的充电装置经充电母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案任一母线段的充电装置故障或蓄电池组需要核对性充放电试验时,均可将母联开关合上,由另一母线段的充电装置和蓄电池组给整个系统供电,母联回路具有防止两组蓄电池并联的二极管止逆措施该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案十二PZ61/□-222B-□/220110直流系统由2组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为两段单母线接线正常运行时,母联开关断开,各母线段的充电装置经充电母线对蓄电池充电,同时经硅降压装置向控制直流母线提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为动力直流母线正常的输出电压,从动力直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压该系统方案任一母线段的充电装置故障或蓄电池组需要核对性充放电试验时,均可将母联开关合上,由另一母线段的充电装置和蓄电池组给整个系统供电,母联回路具有防止两组蓄电池并联的二极管止逆措施该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择108只110V系统宜选择53或54只方案十三PZ61/□-222C-□/220110直流系统由2组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为两段单母线接线正常运行时,母联开关断开,各母线段的充电装置经直流母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案任一母线段的充电装置故障或蓄电池组需要核对性充放电试验时,均可将母联开关合上,由另一母线段的充电装置和蓄电池组给整个系统供电该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案十四PZ61/□-222D-□/220110直流系统由2组蓄电池、2组整流器组成,直流母线为两段单母线接线正常运行时,母联开关断开,各母线段的充电装置经直流母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案任一母线段的充电装置故障或蓄电池组需要核对性充放电试验时,均可将母联开关合上,由另一母线段的充电装置和蓄电池组给整个系统供电,母联开关具有防止两组蓄电池并联的机械闭锁措施该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案十五PZ61/□-232A-□/220110直流系统由2组蓄电池、3组整流器组成,直流母线为两段单母线接线正常运行时,母联开关断开,各母线段的充电装置经直流母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案任一母线段的充电装置故障时,均可投入第三组备用充电装置继续正常运行;当任一母线段的蓄电池组需要核对性充放电试验时,均可将母联开关合上,由另一母线段的充电装置和蓄电池组给整个系统供电该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案十六PZ61/□-232B-□/220110直流系统由2组蓄电池、3组整流器组成,直流母线为两段单母线接线正常运行时,母联开关断开,各母线段的充电装置经直流母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案任一母线段的充电装置故障时,均可投入第三组备用充电装置继续正常运行;当任一母线段的蓄电池组需要核对性充放电试验时,均可将母联开关合上,由另一母线段的充电装置和蓄电池组给整个系统供电;第
一、二组充电装置经双投开关可投到充电母线或输出母线上,运行方式灵活该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案十七PZ61/□-232C-□/220110直流系统由2组蓄电池、3组整流器组成,直流母线为两段单母线接线正常运行时,母联开关断开,各母线段的充电装置经直流母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案任一母线段的充电装置故障时,均可投入第三组备用充电装置继续正常运行;当任一母线段的蓄电池组需要核对性充放电试验时,均可将母联开关合上,由另一母线段的充电装置和蓄电池组给整个系统供电,母联开关具有防止两组蓄电池并联的机械闭锁措施该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只方案十八PZ61/□-232D-□/220110直流系统由2组蓄电池、3组整流器组成,直流母线为两段单母线接线正常运行时,母联开关断开,各母线段的充电装置经直流母线对蓄电池充电,同时提供经常负荷电流,蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压该系统方案任一母线段的充电装置故障时,均可投入第三组备用充电装置继续正常运行;当任一母线段的蓄电池组需要核对性充放电试验时,均可将母联开关合上,由另一母线段的充电装置和蓄电池组给整个系统供电,母联开关具有防止两组蓄电池并联的机械闭锁措施;第
一、二组充电装置经双投开关可投到充电母线或输出母线上,运行方式灵活该系统方案的阀控式铅酸蓄电池组宜选择
102、103或104只110V系统宜选择51或52只PZ61-F直流分电屏典型设计方案说明方案一PZ61-F1两回直流电源进线、单母线接线方案直流分电屏为2回直流电源进线、单母线接线方式对于直流主屏为1组蓄电池且母线分段的系统,2回直流电源进线分别取自直流主屏蓄电池组的1段和2段直流母线;对于直流主屏为1组蓄电池且母线不分段的系统,2回直流电源进线取自直流主屏蓄电池组的同一母线段;对于直流主屏为2组蓄电池的系统,且不具有双重化控制和保护回路的供电负荷时,2回直流电源进线可来自同一组蓄电池的母线段,也可来自不同蓄电池组的母线段,但应有防止两组电池长期并联运行方案二PZ61-F2两回直流电源进线、两段单母线接线方案直流分电屏为2回直流电源进线、两段单母线接线方式仅适用于直流主屏为2组蓄电池的系统,且具有双重化控制和保护回路的供电负荷时,2回直流电源进线分别取自直流主屏1#蓄电池组和2#蓄电池组的母线段为防止两组蓄电池长期并联运行,两段直流母线之间不装设联络开关。