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1、直流电源系统,讲课人：陆继贤,2022/12/9,1,目录,一、直流电源系统的概述二、直流系统的构成及要求三、直流系统的绝缘检测四、直流系统接地原因及处理五、蓄电池现场安装要求,2022/12/9,2,一、直流电源系统的概述,目前，发电厂及中、大型变电站的控制回路继电保护装置及其出口回路、信号回路，皆采用由直流电源供电。重要发电厂及变电站的事故照明也采用直流供电方式。另外，为确保发电机等主设备的安全，某些动力设备（例如电动油泵等)也由直流电源供电。完成对上述回路，装置及动力设备供电的系统称之为直流系统。,2022/12/9,3,直流系统是发电厂和变电站的重要系统。在发电厂及大、中型变电站，由于
2、被操作和被保护的主设备众多，使直流系统分布面广。它遍布厂或站各个角落。因此，为确保发电厂和变电站的安全、经济运行，有完善而可靠的直流系统是非常必要的。,2022/12/9,4,二、直流系统的构成及要求,（一）直流系统的构成 发电厂和变电站的直流系统主要由直流电源、直流母线及直流馈线等组成。直流电源包括蓄电池及其充电设备；直流馈线由主干线及直馈线构成。 1、蓄电池 （1）发电厂及变电站常用的蓄电池，主要有酸性和碱性的两大类。常用的酸性蓄电池是铅蓄电池，,2022/12/9,5,而常用的碱蓄电池是镉-镍蓄电池。它们的化学反应方程式如下。 PbO 2+Pb+2H2SO4 = PbSO4 + 2H2O
3、 2Ni(OH)2 +Cd(OH)2 = 2NiOOH+Cd+2H2O（2）电气参数。蓄电池的主要电气技术参数包括： 额定电压：发电厂及变电站常用的铅蓄电池的额定电压为22.5V/只，镉-镍蓄电池的为1.25V/只。,放电,充电,充电,放电,2022/12/9,6,额定容量（安时）:不同型号的蓄电池，其额定容量不同。所谓额定容量指：放电时间10h（或5h）、放电终止电压1.8V（铅蓄电池）或1V（镉-镍蓄电池）时的计算放电容量。铅蓄电池的容量，小的有几十安时，大的有1600Ah；而镉-镍蓄电池的容量，小的有10Ah，大的有500Ah。 短路电流：短路时蓄电池供出电流的大小，决定于蓄电池的电动势
4、、内阻及外回路的电阻。当外回路的内阻等于零时，镉-镍蓄电池可供出的最大短路电流为15-58A。,2022/12/9,7,（3）蓄电池的充电。蓄电池的充电方法，通常采用恒流充电方法。充电的种类有初充电、正常充电和均衡充电三种。为提高蓄电池的放电性能，新的蓄电池在交付使用前，为完全达到荷电状态所进行的第一次充电为初充电。对已经放过电的蓄电池充电称之为正常充电。为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电称之为均衡充电。,2022/12/9,8,（4）蓄电池组。发电厂及变电站直流系统的额定电压，通常48V、110V及220V三种。为取得上述各种电压，需要将多个蓄电
5、池串联起来。另外，为使直流电源能输出较大的电流，需要将几个蓄电池并联使用。直流系统的电压越高，需串联的蓄电池个数越多；要求直流系统输出的电流越大，需并联的蓄电池支路数越多。（5）蓄电池的浮充。在充电装置的直流输出端始终并接着蓄电池和负载，以恒电压充电方式工作。正常运行时充电装置在承担经常性负荷的同时向蓄电池补充充电，以补偿蓄电池的自,2022/12/9,9,放电，使蓄电池组以满容量的状态处于备用，该充电方式叫做浮充。此时，充电电源与蓄电池组并联运行。浮充的方式有全浮充和半浮充两种。 2、充电设备 为补偿蓄电池运行中的功率损耗，维持电源电压及增大短路容量，需对蓄电池经常进行充电。 充电设备通常采
6、用将三相交流进行整流、滤波及稳压的交-直流变换装置。它应满足以下要求：,2022/12/9,10,（1）充电设备输出电压和输出电流的调节范围，应满足蓄电池组各种充电方式的需要。对于直流电压为110V的直流系统，充电设备输出电压的调节范围应为90-160V；对于额定电压为220V的直流系统，充电设备输出电压的调节范围为180V-310V。（2）具有维持恒定输出电压及恒定输出电流的调节功能。对于用可控硅整流设备作为充电装置时，当其输入电压在额定电压的+5%-15%范围内变化及输出负荷电流在额定电流的20%-100%范围内变化时，其输出电压的变化+2%；,2022/12/9,11,输入电压在+5%-
7、15%额定电压的范围内变化时，输出稳定电流的误差小于5%。（3）输出电压的波纹系数应满足电力系统用蓄电池装置运行及维护技术规程要求，直流母线波纹系数范围应不小于2%。（4）充电时应维持直流母线电压的变化小于5%.（5）充电设备的额定电流应按下式进行选择。,2022/12/9,12,浮充设备的输出电流应能承担正常运行时直流系统的负荷电流和蓄电池的自放电电流。其额定电流应该为 IN = +Ijc 式中IN 为额定电流，A;Qs 为蓄电池放电容量；T为蓄电池长期放电时间，取12h； Ijc 为直流系统正常负荷电流。 考虑到核对性充放电，也可按最大电流选择 IN =（0.10.125）QS10 /10
8、 式中:QS10 为10h放电容量,2022/12/9,13,3、直流母线及输出馈线 蓄电池组的输出与充电设备的输出并接在直流母线上。直流母线汇集直流电源输出的电能，并通过各直流馈线输送到各直流回路及其他直流负载（例如事故照明、直流电动机等）。 直流母线的接线方式，取决于蓄电池组的数量、对直流母线负荷的供电方式及充电设备的配置方式。在中、大型发电厂及变电站，直流母线的接线方式多为单母线分段或双母线。根据需要从每段或每条直流母线上引出多路直流馈线，将直流电源引至全厂或全站的配电室的直流小,2022/12/9,14,小母线上，或引至直流动力设备的输入母线上。 从各直流小母线上分别引至多路出线，分别
9、接至保护盘，控制盘、事故照明盘或其他直流负荷盘。 4、直流监控装置 为测量、监视及调整直流系统运行状况及发出异常报警信号，对直流系统应设置监控装置。直流监控装置应包括测量表计，参数越限和回路异常报警系统等。,2022/12/9,15,（二）对直流系统的基本要求 为确保发电厂及变电站的安全、经济运行，其直流系统应满足以下要求。（1）正常运行时直流母线电压的变化应保持在10%额定电压范围内。（2）蓄电池的容量应足够大，以保证在浮充设备因故停运而其单独运行时，能维持继电保护及控制回路的正常运行，根据变电所设计规程，要求有人值班变电所全所事故停电蓄电池的放电容量不低于1h，无人值班变电所全所停电蓄电池
10、的放电容量不低于2h；此外，还应保证事,2022/12/9,16,事故发生后能可靠切除断路器及维持直流动力设备（例如直流油泵）的正常运行，并有一定的冗余度。（3）充电设备稳定可靠，能满足各种充电方式的要求，并有一定的冗余度。（4）直流系统的接线要力求简单可靠，便于运行及维护，并能满足继电保护装置及控制回路供电可靠性要求。（5）具有完善的异常、事故报警系统及直流电源分级保护系统。当直流系统发生异常或运行参数越限时，能发出告警信号；当直系统发生,2022/12/9,17,短路故障时，能快速而有选择性地切除故障馈线，而不影响其他直流回路的正常运行。（6）宜使用具有切断直流负载能力的、不带热保护的小空
11、气开关取代原有的直流熔断器，小空气开关的额定工作电流应按最大动态负荷电流的1.52倍选用。（7）对于配置了双重化保护的厂、站，还应要求直流系统的备用冗余配置，宜配置两组蓄电池，各带一段直流母线，每组蓄电池的容量应能带全站负荷，两端直流母线正常时分裂运行，事故时可通过合母联开关的方式实现备用。双重化配置的保护各在一个直流段上运行。,2022/12/9,18,三、直流系统的绝缘检测,（一）直流系统接地的危害 直流系统一点接地，容易致使断路器偷跳。此外，当直流系统中发生一点接地后，若再发生另外一处接地，将可能造成直流系统短路，致使直流电源中断供电，或造成断路器误跳或拒跳的事故发生。 当控制回路中发生
12、两点接地时，可能造成断路器的拒跳或误跳。,2022/12/9,19,2022/12/9,20,（二）直流绝缘检测装置 当直流系统发生一点接地之后，应立即进行检查及处理，以避免发生两点接地故障。这就需要设置直流系统对地绝缘的检测装置，当直流系统对地绝缘严重降低或出现一点接地之后，立即发出告警信号。 1、直流绝缘检测装置的构成原理 直流绝缘检测装置是根据电桥平衡原理构成的。其检测原理示意图如图6-60所示。,2022/12/9,21,2022/12/9,22,2022/12/9,23,2、绝缘检测和电压监视装置 直流系统的绝缘检测装置的种类很多。但是，不管是哪种装置，其构成原理均为电桥平衡原理。不
13、同的是:构成元件不同，功能多少不同。早期多采用继电器构成的绝缘检测装置，现在主要采用微机型绝缘检测装置。 微机型绝缘检测装置不但可以监测全直流系统对地绝缘状况，还可判断出接地的极性，还能检测出具体发生接地的直流馈线。该装置的原理接线如图6-61所示。,2022/12/9,24,2022/12/9,25,2022/12/9,26,（三）对直流绝缘监测装置的要求 直流系统是不接地系统，直流系统的两级（正极和负极）对地应没有电压，大地也应没有直流电位。但是，由于绝缘检测装置的电压表及信号继电器的一端是接地的，就使得直流系统通过该仪表及信号继电器与大地连接。实际上，发电厂及变电站的直流系统是经高阻接地
14、的接地系统。又因为图6-60中的R1 等于R2 ，因此在正常情况下，地的直流电位应等于直流系统电压的1/2。 对直流系统绝缘检测装置用直流表计内阻的要求是：用于220V回路的电压表，内阻不低于20K，用于110V回路的电压表，内阻不低于10K。,2022/12/9,27,四、直流系统接地原因及处理,一、直流系统接地的原因：直流系统分布范围广、外露部分多、电缆多、且较长。所以，很容易受尘土、潮气的腐蚀，使某些绝缘薄弱元件绝缘降低，甚至绝缘破坏造成直流接地。分析直流接地的原因有如下几个方面： （1）二次回路绝缘材料不合格、绝缘老化、绝缘性能降低，或年久失修、严重老化。或存在某些损伤缺陷，如磨伤、砸
15、伤、压伤、扭伤或过流引起的烧伤等。,2022/12/9,28,（2）雷雨季节，室外端子箱或机构箱内潮湿积水、室外刀闸辅助接点接线盒密封不严进水受潮，导致直流二次回路中的正电源或负电源对地绝缘电阻下降，严重者可能到零，从而形成接地。 （3）全封闭开关柜小母线因热胀冷缩等原因变形弯曲接触到开关柜体造成直流接地。部分型号手车开关的可动部分与固定部分的二次连接插头或插座缺少可靠的绝缘隔离措施，手车来回移动导致其中导线破损，使直流回路与开关金属部分相接触，从而导致接地。,2022/12/9,29,（4）小动物爬入或小金属零件掉落在元件上造成直流接地故障，如老鼠、猫等小动物爬入带电回路；某些元件如线头、未
16、使用的螺丝、垫圈等零件，掉落在带电回路上。 （5）因施工工艺不严格，造成直流回路出现裸线、线头接触柜体等，引起接地。 二、查找接地故障的方法： 1、处理方法：当直流系统发生接地时，根据变电所绝缘监测装置实际配置情况，借助接地光字牌、主监控绝缘报警系统、直流接地检测仪报警等监测手段，并通过切换接地监测电压表或查看报警记录,2022/12/9,30,及参数，判明直流接地的极性。接地极性明确后，可进行以下处理：检查绝缘水平低（室外端子箱、接线箱、密封不严的刀闸机构箱、无防雨罩的瓦斯继电器等室外设备、现场工序易潮湿）、易发生接地的开路、存在设备缺陷及有检修工作的电气设备和线路是否有接地情况；在坚持查找
17、直流接地故障的原则的前提下，依次切断直流屏上各负荷开关，若直流屏上负荷开关所带负荷中存在不允许短时停电负荷(失去电源后会引起保护误动作)，则禁止直接断开直流屏上此负荷开关，而应从该负荷开关所带本段各配出开路本柜控制电源上,2022/12/9,31,逐一拉路查找，查找过程中也不允许选切不允许短时停电负荷(失去电源后会引起保护误动作)，若直流屏上负荷开关所带负荷中不存在不允许短时停电负荷，则可直接拉直流屏负荷开关，但切断时间不得超过3秒钟，不论回路接地与否均应合上，如果拉开此开关直流接地现象消除，则可以判断接地点就在该段母线上，接下来可依次拉开该段母线上所有配出开路直流电源，进而判断确切的接地开路
18、并进行有效处理，彻底消除接地现象。如果拉开直流屏上此开关直流接地现象没有消除，则应选择依次拉直流屏上其他配出负荷开关，方法同上。不管是在直流屏配出负荷开关中拉路查找接地还是在直流,2022/12/9,32,屏配出负荷开关所带的下一级负荷中查找接地，都必须坚持直流系统查找接地的原则。最后，如果直流接还没消除，则应检查蓄电池、充电装置及直流屏柜内各二次回路及接线是否有接地现象等。在切断上述每一直流回路后，应迅速恢复送电。在切断每一回路过程中，工作人员应根据仪表和信号装置的指示，判断是否有接地。如切断时接地消失，恢复送电后接地又出现，则可肯定接地发生在该回路上，应及时查找接地点设法消除。,2022/
19、12/9,33,2查找接地拉路的顺序： （1）、阴雨天气，重点先找室外端子箱、接线箱、密封不严的刀闸机构箱、无防雨罩的瓦斯继电器等室外设备。 （2）、先找有工作的回路和近期工作过的回路，后找其它回路。 （3）、先找事故照明、信号回路、充电装置回路、蓄电池组，后找其它回路。 （4）、先找合闸回路，后找控制回路、保护回路。,2022/12/9,34,（5）、先找室外设备，后找室内设备。 （6）、先找6KV、10kV、35 kV回路，后找110kV、220kV、330kV回路。 （7）、先找简单回路，后找复杂回路。 （8）、先找一般负荷，后找重要负荷。 四、查找接地时的注意事项： 1、防止保护误动：
20、一般的保护装置出于反措的要求一般都有防止直流电源消失保护误动的措施，对重要设备或新投产不久的设备，事先要采取措施，如申请断开保护跳闸压板。,2022/12/9,35,2 、做好事故预想：拉路或取控制保险时，应事先通知值班人员，做 好事故预想，以防开关误跳或出现其它异常情况。 3、查找和处理直流接地时工作人员应戴线手套，穿长袖工作服，应使用内阻大于2000欧伏的高内阻电压表，工具应绝缘良好。 4、对各分支线采用取下熔断器寻找接地点的方法时，应先取下正极，后取下负极；给上时，先给上负极，后给上正极。,2022/12/9,36,5、查找直流接地，停用保护时间超过3 s时，应征得部门生产控制室同意后进
21、行，但保护停用时间应尽量短。 6、查找直流接地故障时，必须有二人进行。 7、禁止用灯泡查找接地点，以防直流回路短路。 8、查找直流一极接地故障时，切勿引起另一点接地，以防引起继电保护、自动装置的误动或拒动，甚至引起短路烧直流保险。 9、当直流系统一点接地时，禁止在二次回路上工作。,2022/12/9,37,10、拆除各端子、各开关的时间应尽可能短。 11、运用绝缘监察装置的测量转换开关测正、负极对地电压时可能有误，主要是开关内部的正、负极接点与接地点误接通会造成误发接地信号。 12、在拉路寻找直流接地前，应采取必要措施。防止因直流电源中 断而造成保护装置误动作。 13、试拉各设备的直流电源时，
22、应密切监视一次设备的运行情况及有关仪表指示的变化情况。 14、需拆接端子线头时按符合实际的图纸进行，防止拆错端子线头，防止恢复接线时遗留或接错；所拆线头应做好记录和标记。,2022/12/9,38,五、蓄电池现场安装要求一、安装场所的布局要求1、容量在200Ah以上的阀控式密封铅酸蓄电池组应设专用的蓄电池室。同一蓄电池室内的两组蓄电池组间应装设可靠防火间隔。蓄电池应采用支架安装，不宜采用组屏安装。2、蓄电池室的温度应经常保持在1530之间，一般应保持在25左右，并保持良好的通风和照明。为延长蓄电池寿命，可在变电站专用蓄电池室中加装具有防爆性能、能自启动空气调节装置，以保证蓄电池在最佳温度范围内
23、工作。,2022/12/9,39,3、蓄电池室的窗户应采取遮光措施，以免阳光直射蓄电池。4、蓄电池室内应有良好的通风、散热，并装设测温装置。蓄电池室应有采暖和降温措施。室内的通风换气量应按保证室内含氢（按体积计算）低于0.7%，含酸量小于 2mg/m3计算。通风电动机应为防爆型抽风机。5、蓄电池室的空调通风孔及取暖器不应直接对着蓄电池，采暖和降温设施与蓄电池的距离，不应小于750mm。尽量使蓄电池的各部位温差不超过3。,2022/12/9,40,6、蓄电池室的照明应使用防爆灯，并至少有一个接在事故照明母线上，室内照明线应采用耐酸绝缘导线，并用暗线敷设。7、开关、插座、熔断器应安装在蓄电池室外。
24、需安装在蓄电池室内的插座必须使用防爆式插座。8、蓄电池室应设有检修维护通道，以供检修、维护人员更换电池和清洁时使用。一侧布置蓄电池时，检修通道的宽度不应小于0.8m，两侧布置蓄电池时，检修通道的宽度应不小于1m。,2022/12/9,41,二、安装接线要求1、同类型、不同容量、不同电压的蓄电池组可以同室布置。不同类型的蓄电池组（即酸性和碱性）不能同室布置。2、安装在同一层蓄电池之间宜采用有绝缘护套的连接条连接，不同层的蓄电池间应采用电缆连接，连接电缆要求用阻燃电缆。不论是卧式安装还是立式安装，连接导线都应力求缩短，蓄电池布置应合理、紧凑。3、紧固连接应牢固、可靠，所有紧固件均具有防腐镀层或涂层
25、，紧固连接应有防松措施。,2022/12/9,42,4、蓄电池组引出线应采用铠装阻燃电缆，其正极和负极的引出线不应共用一根电缆。5、两组蓄电池的电缆应分别铺设在各自独立的通道内，尽量避免与交流电缆并排铺设，在穿越电缆竖井时，两组蓄电池电缆应加穿金属套管。6、蓄电池组与直流柜之间的连接电缆长期允许载流量的电流，应取蓄电池 1h 放电率电流；允许电压降应根据蓄电池组出口端最低计算电压值选取，不宜高于直流系统标称电压的1%。,2022/12/9,43,7、电池架的整体高度不宜超过1600mm，每层间隔宜为400500mm，以便于安装、维护和更换蓄电池。每层蓄电池安装排数不宜超过两排，以利于巡检和维护
26、时工作人员可以方便地接触到蓄电池的极柱端子。8、胶体式阀控式密封铅酸蓄电池，宜采用立式安装；贫液吸附式阀控式密封铅酸蓄电池，可采用卧式或立式安装。9、电池架应设有保护接地，接地处应有防锈措施和明显标志。,2022/12/9,44,三、蓄电池安装注意事项1、搬运时禁止在端子处用力，否则会使极柱密封发生泄漏。2、严禁在密封的空间和明火附近安装蓄电池，否则有引发爆炸及火灾的危险。3、不要用乙烯薄膜类有可能引发静电的东西盖住蓄电池，产生的静电有可能引起爆炸。4、不要在有可能浸水的地方安装蓄电池，否则有发生触电的危险。5、不要在有粉尘的地方安装蓄电池，否则有可能造成蓄电池短路。,2022/12/9,45
27、,6、安装时使用的金属工具，必须经绝缘处理后才能使用。7、安装时要注意蓄电池的极性，如极性接反，可导至火灾及充电设备损坏。8、安装时要保证单个电池之间的距离在20mm以上，列与列之间的距离在30mm以上，蓄电池与上层隔板间不小于150mm。9、使用铜条做蓄电池之间的连接条时，一定要注意不能让蓄电池的极柱受到扭曲力，否则将会造成蓄电池破裂和泄漏。,2022/12/9,46,10、不能使用香蕉水、汽油等有机类溶剂擦洗电池外壳，否则将会使蓄电池外壳溶解或产生细小裂纹，造成漏液。11、不能把不同容量、不同性能或不同品牌蓄电池连接在一起，不能把新旧不同性能相差太大蓄电池连接在一起。12、安装时要保证蓄电
28、池连接处的清洁。连接部位应用砂纸打磨， 清除极柱及连接片的氧化膜，并在连接部位涂电力复合脂，以降低接触电阻，避免发热。单体蓄电池应采用不锈钢或铜（镀锌）螺钉、螺栓连接，连接时必须加弹簧垫圈和平垫圈(紧固螺栓的扭矩值应达到11.3NM或根据厂家规定的扭矩值)。,2022/12/9,47,13、蓄电池安装完毕后，首先要对单体蓄电池进行编号，编号要清晰，牢固，避免遇到液体脱落或退色，然后进行初充电。初充电的工作程序参照制造厂家说明书进行。14、初充电完成后，应对蓄电池进行容量试验。新安装的蓄电池在充足电的情况下，前三次循环均达不到100%C10，则该组蓄电池必须更换。15、初充电和核对性充放电完成后，蓄电池在投入正常运行前，必须对所有单体蓄电池的电压及内阻进行测量，测量完毕后，蓄电池可以投入运行。,2022/12/9,48,16、初充电、蓄电池容量试验、单体蓄电池电压值、内阻值等数据应作为验收资料长期保存，以便以后对该组蓄电池进行维护时作比对判断。17、如运到现场的蓄电池暂时存放不用，要按厂家规定定期进行补充充电。充电时间、间隔按厂家规定执行。18、抗震设防烈度大于或等于7度的地区，蓄电池组应有抗震加固措施。,2022/12/9,49,谢谢！恳请指正！,2022/12/9,50,
