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1、变电站直流系统,一、变电站的操作电源二、操作电源种类三、直流系统的组成四、直流系统的绝缘检测及接地检查五、UPS不间断电源六、蓄电池的维护保养七、 UPS不间断电源维护和使用,1,变电站的操作电源,一、概述 操作电源就是变电站二次设备（包括继电保护自动装置、信号设备、通讯、远动、监控系统和断路器分合闸控制等）的工作电源，操作电源的可靠性直接关系到电力系统的安全可靠运行。二、 操作电源的基本要求 要求操作电源具有高度的可靠性 操作电源要有足够的容量 操作电源 要有良好的供电质量 操作电源应维护方便安全经济 三、操作电源 的种类,2,操作电源的种类,3,一、直流系统的组成 发电厂、变电站的直流系统
2、主要由直流电源、直流母线、只直流馈线等组成。直流电流包括蓄电池及充电设备；直流馈线主要由干线和馈线构成。1、蓄电池 主要由酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类，长用酸性蓄电池是铅蓄电池，而常用的碱性蓄电池是镉镍蓄电池。它们的化学方程式如下： （1）铅蓄电池的正极为二氧化铅，负极为铅（海绵铅），电解液是硫酸溶液工作时蓄电池内部的化学反应为:PbO2+Pb+2H2SO4 =PbSO4+2H2O(充电放电的过程是可逆的)电池在放电时，正负极均生成硫酸铅，而消耗硫酸，充电与放电的过程相反，其正负极的硫酸铅分别反应生成二氧化铅及海绵铅，同时生成硫酸-,4,（2）镉镍蓄电池的正极为氧化镍，负极为镉铁，其电解液采用
3、氢氧化钠或氢氧化钾溶液，并加入少量的氢氧化铝，电池内部的化学反应为： 2Ni（OH)2+Cd(OH)2=2NiOH+Cd+2H2O(充放电过程是可逆的)。（3）电气参数，蓄电池的电气参数包括： a额定电压常用铅蓄电池的额定电压为2-2.5V/只，镉镍电池的额定电压为1.25V/只。 b额定容量;是指放电时间10h(或)5h，放电终止电压为1.8V（铅酸蓄电池）或1V镉蓄电池时的放电容量。铅酸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500 Ah,5,C短路电流：短路是电池共处电流大小，决定于蓄电池的电动势，内阻及外回路的电阻。当外回路的电阻等于零时
4、，镉镍蓄电池可供出的最大短路电流为1558A（4）蓄电池的充电，蓄电池的充电方法，通常采用恒流的充电方法，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称之为初充电，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成为均衡充电,6,（5）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，为取得各种电压，需要将多个蓄电池组串联起来你，另外为使直流蒂娜元能输出最大的电流，需要将几个蓄电池组并联使用，直流系统的电压越高，
5、需串联的蓄电池个数越多，要求直流系统的输出的电流就越大，需并联的蓄电池支路数越多。 （6）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，以恒压充电的方式工作，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，以补偿蓄电池的自放电，使蓄电池组以满容量的状态处于备用，该放电方式叫做浮充，此时充电电源与蓄电池组并联运行，浮充方式有全浮充和半浮充两种。,7,2、充电设备 为补偿电池运行中的功率损耗，维持电压及增大短路容量，需要经常对蓄电池充电。 充电设备通常采用将三相交流整流、滤波及稳压的交流直流转换装置，应满足以下要求。 （1）充电设备输出电压及输出电流的调节范围，应满足蓄电池
6、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90160V；对额定电压为220V的直流系统，充电设备输出电压的调节范围为180V310V （2）具有维持恒定的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首先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0%100%范围内变化时，输出稳定电流的误差小于+5%,8,（3）输出电压的纹波系数应满足电力系统用蓄电池直流电源装置运行及维护技术教程 要求，直流母线及波纹系数范围应不大于2%。 （4）充电时应维持直流母线的电压的变化小于5% （5）充电设备的额定电流应为n=
7、1.1Qs/T+Ijc 考虑到核对性充放电，也可按最大充电 电流选择，In=(0.10.125)Qs10/10 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）,Qs为蓄电池放电容量T为蓄电池长期放电时间，取12小时Ijc为直流系统正常负荷电流,Qs10为蓄电池10小时放电容量,9,直流母线的接线方式；取决于蓄电池组的数量，对直流负荷的供电方式及充电设备的配置方式，在大型发电厂及变电站，直流母线的接线方式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
8、多路直流软件，将直流电源引至全厂或全站的配电室，及控制室的小母线，或引至动力设备的输入母线上。 从各直流小母线上又分别引出多路出线，分别接至保护盘，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，参数越线和回路异常报警系统等,10,（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，气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。若电压过高，容易使长期带电的二次设备（例几点保护装置和知识灯等）过热而损坏；若电压过低，可能使断路
9、器等设备不能正常工作。 （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正常运行，要求有人值班的变电所，全所事故停电后电池的放电容量不低于1小时，无人值班的变电所事故停电蓄电池放电容量不低于2小时；此外还,11,应保证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，能满足各种充电设备的要求。并有一定的冗余度。 （4）直流系统 的接线应力求简单可靠，便于运行维护，并能满足继电保护装置和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
10、行参数越限时，能发出报警 信号；当直流系统某一支路发生短路故障时，能快速而又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,12,（6）宜使用具有切断直流负载能力的不带热保护的小空气开关取代原有的直流熔断器，小空气开关的的顶工作电流应按最大动态负荷电流的1.5倍2倍选用。 （7）对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，易配置两组蓄电池，各带一段直流母线，每组蓄电池的容量应能带全站负荷，两端直流母线正常分裂运行时，事故时可通过和幕帘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,13,直流系统的绝缘检测,前已述及，发电厂变电站的直流系统分布面广，回路繁多，很容易发
11、生故障或异常，其中最常见的 异常现象是直流系统的接地故障一、直流系统的接地危害 运行实践表明，直流系统一点接地，容易致使断路器偷跳。此外，当直流系统发生一点接地后，若在发生另一点接地后，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。当控制回路发生两点接地后，断路器会发生误跳或拒跳，,14,当A、B两点接地或A、C两点接地或A、D两点接地时，跳闸线圈TQ将有电流通过，致使断路器跳闸；而当C、E两点接地，或B、E两点接地或D、E两点接地时。可导致断路器拒跳，或由于跳闸中间继电器不能启动而在继电保护动作后，断路器不能跳闸的现象发生。 另外，当A、E两点同时接地时，
12、将造成直流电源正极与负极之间的短路故障，致使熔断器1FU、 2FU要熔断，导致控制回路直流电源消失。由于断路器线圈的动作电压较低，当站内的直流系统对地电容较大时，跳合闸线圈前的回路一点接地也会造成断路器的误跳误合,15,二、直流绝缘检测装置 当直流系统发生一点接地后应立即进行检查处理，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检测装置，当直流系统对地绝缘严重降低或一电接地之后发出告警信号。 直流系统的绝缘 检测装置的种类很多，但是不管那种装置，其构成原理均为点钱平衡原理。目前使用最广泛的是微机型绝缘检测装置，不但可以检测全直流系统对地绝缘状况，还可判断出接地的极性，还能测试出具体发生
13、接地的直流馈线,16,三、直流系统接地位置的检查,（一)接地所在馈线回路的确定 前已述及，危及性绝缘监察装置，可以确定出接地点所在馈线回路绝缘检测装置的直流系统，当出线一点接地故障之后，运行人员要首先缩小接地点可能所在的范围，即确定哪一条馈线回路发生了故障。 运行人员确定及地点所在直流馈线回路的具体方法是“拉路法” 所谓“拉路法”是指：依次、分别、短时切断直流系统中各直流馈线来确定接地点在回路的方法。例如，发现直流系统接地后先断开某一直流馈线，观察接地现象是否消失。若接地现象消失，说明接地电在被拉馈线回路中，如果接地现象未消失，立即恢复对，该馈线的供电。再断开另一条馈线进行检查。重复上述过程，
14、直至确定出线地点的所在馈线。,17,用上述方法确定姐弟点所在馈线回路时，应注意以下几点（1）应根据运行方式、天气状况及操作情况，判断接地点可能所在的范围，以便在尽量少的拉路情况下能迅速的确定接地点的位置。 (2)拉路顺序的原则是先拉信号回路及照明回路，最后拉操作回路；先拉室外线回路，后拉室内线回路 。（3）断开每一馈线的时间不超过3s,不论接地是否在被拉回路上，应尽快回复供电。（4）当被拉回路中接有继电保护装置时，在拉路之前应将直流消失后容易误动的保护（例如发电机的误上电保护、启停机保护）等退出运行。,18,（5）当被拉回路中接有输电线路的纵联保护装置时（例如高频保护等），在进行拉路之前，首先
15、与调度员联系，同时退出线路两侧的纵联保护。 当用拉路法找不到接地点所在的馈线回路时，可能的原因有以下几点： 1）接地位置发生在充电设备的回路中，或发生在蓄电池组的内部，或发生在直流母线上。 2）直流系统采用环路供电方式，而在拉路之前没断开环路时。 3）全直流系统对地绝缘不良。 4）各直流回路互相穿点或有寄生回路。,19,UPS不间断电源概况,不间断电源供电系统的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流/充电装置和一套把直流电再度转变为交流电的PWM逆变器。蓄电池在交流电正常供电时存储能量，此时它一直维持在一个正常的充电电压上，一旦市电供电中断时，蓄电池立即对逆变器供电已保证UPS电源交流输出电压
16、的连续性。在一般情况下，微机用户在遇到市电供电中断时，需要在蓄电池允许的放电时间（一般是15-30分钟）进行数据转存等应急操作。,20,21,一台设计良好的UPS包括以下几部分 （1）交流输滤波回路及整流回路 （2）蓄电池及充电回路 （3）PWM脉冲宽度调制型滤波器 （4）各种保护（过流、过压、空载保护，电池电压过低，电池极性和交流极性检测）线路及相关指示灯和喇叭； （5）交流市电供电与UPS逆变供电的自动切换装置 （6）控制回路,22,UPS常见故障分析 UPS不间断电源若发生故障时，应首先观察控制面板上各工作状态指示灯的工作情况，大概判断故障是在电源逆变器供电部分还是在市电供电部分。若故障
17、来源于逆变器工作部分，则应首先检查蓄电池电压是否在规定的正常值（22-24V）范围内。,23,故障现象：1、有市电时UPS输出正常，而无市电时蜂鸣器长鸣，无输出。 故障分析：从现象判断为蓄电池和逆变器部分故障，可按以下程序检查： 检查蓄电池电压，看蓄电池是否充电不足，若蓄电池充电不足，则要检查是蓄电池本身的故障还是充电电路故障。 若蓄电池工作电压正常，检查逆变器驱动电路工作是否正常，若驱动电路输出正常，说明逆变器损坏。 若逆变器驱动电路工作不正常，则检查波形产生电路有无PWM控制信号输出，若有控制信号输出，说明故障在逆变器驱动电路。 若波形产生电路无PWM控制信号输出，则检查其输出是否因保护电
18、路工作而封锁，若有则查明保护原因； 若保护电路没有工作且工作电压正常，而波形产生电路无PWM波形输出则说明波形产生电路损坏。 上述排故顺序也可倒过来进行，有时能更快发现故障。,24,故障现象：1、有市电时UPS输出正常，而无市电时蜂鸣器长鸣，无输出。 故障分析：从现象判断为蓄电池和逆变器部分故障，可按以下程序检查： 检查蓄电池电压，看蓄电池是否充电不足，若蓄电池充电不足，则要检查是蓄电池本身的故障还是充电电路故障。 若蓄电池工作电压正常，检查逆变器驱动电路工作是否正常，若驱动电路输出正常，说明逆变器损坏。,25,若逆变器驱动电路工作不正常，则检查波形产生电路有无PWM控制信号输出，若有控制信号
19、输出，说明故障在逆变器驱动电路。 若波形产生电路无PWM控制信号输出，则检查其输出是否因保护电路工作而封锁，若有则查明保护原因； 若保护电路没有工作且工作电压正常，而波形产生电路无PWM波形输出则说明波形产生电路损坏。 上述排故顺序也可倒过来进行，有时能更快发现故障。,26,故障现象：2、蓄电池电压偏低，但开机充电十多小时，蓄电池电压仍充不上去。 故障分析：从现象判断为蓄电池或充电电路故障，可按以下步骤检查： 检查充电电路输入输出电压是否正常； 若充电电路输入正常，输出不正常，断开蓄电池 再测，若仍不正常则为充电电路故障； 若断开蓄电池后充电电路输入、输出均正常，则说明蓄电池已因长期未充电、过
20、放或已到寿命期等原因而损坏。,27,故障现象：3、逆变器功率级一对功放晶体管损坏，更换同型号晶体管后，运行一段时间又烧坏的原因是电流过大，而引起电流过大的原因有： 过流保护失效。当逆变器输出发生过电流时，过流保护电路不起作用； 脉宽调制（PWM）组件故障，输出的两路互补波形不对称，一个导通时间长，而另一个导通时间短，使两臂工作不平衡，甚至两臂同时导通，造成两管损坏； 功率管参数相差较大，此时即使输入对称波形，输出也会不对称，该波形经输出变压器，造成偏磁，即磁通不平衡，积累下去导致变压器饱和而电流骤增，烧坏功率管，而一只烧坏，另一只也随之烧坏。,28,故障现象：4、UPS开机后，面板上无任何显示
21、，UPS不工作。 故障分析：从故障现象判断，其故障在市电输入、蓄电池及市电检测部分及蓄电池电压检测回路： 检查市电输入保险丝是否烧毁； 若市电输入保险丝完好，检查蓄电池保险是否烧毁，因为某些UPS当自检不到蓄电池电压时，会将UPS的所有输出及显示关闭； 若蓄电池保险完好，检查市电检测电路工作是否正常，若市电检测电路工作不正常且UPS不具备无市电启动功能时，UPS同样会关闭所有输出及显示。 若市检测电路工作正常，再检查蓄电池电压检测电路是否正常。,29,故障现象：7、在市电供电正常时开启UPS，逆变器工作指示灯闪烁，蜂鸣器发出间断叫声，UPS只能工作在逆变状态，不能转换到市电工作状态。 故障分析：不能进行逆变供电向市电供电转换，说明逆变供电向市电供电转换部分出现了故障，要重点检测： 市电输入保险丝是否损坏； 若市电输入保险丝完好，检查市电整流滤波电路输出是否正常； 若市电整流滤波电路输出正常，检查市电检测电路是否正常； 若市电检测电路正常，再检查逆变供电向市电供电转换控制输出是否正常。,30,31,
