供電整流所二次系統(tǒng)接線及原理

1、 供電整流所供電整流所 二次系統(tǒng)接線及原理二次系統(tǒng)接線及原理20142014年年3 3月月丁久彥丁久彥第一章 總述 變電站的電氣設(shè)備分位一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體，是直接生產(chǎn)、輸送、分配電能的電氣設(shè)備，包括輸電線路、斷路器、隔離開關(guān)、變壓器、母線、整流柜等。二次設(shè)備是對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)的電氣設(shè)備，包括測量儀表、控制機信號器具、繼電保護(hù)和自動裝置等。二次設(shè)備是通過電壓互感器和電流互感器與一次設(shè)備取得聯(lián)系。 二次回路是電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行、可靠供電的重要保障，是發(fā)電廠和變電站不可缺少的重要組成部分。 在連城鋁業(yè)公司整流所中，包含有兩大系統(tǒng)，整流系統(tǒng)和輔

2、助動力用電系統(tǒng) 整流系統(tǒng)的主要功能是把電網(wǎng)中輸送過來的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以滿足冶煉企業(yè)電解槽用電要求。在交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷倪^程中的主要原理是三相橋式整流電路。同時，為保證交流電轉(zhuǎn)化為直流電后電流的穩(wěn)定供給，利用穩(wěn)流系統(tǒng)平穩(wěn)電流，以保證供給的直流電流平穩(wěn)。在上述轉(zhuǎn)化過程中，為滿足其主要設(shè)備的工藝要求，保證安全平穩(wěn)運行，引入一些輔助設(shè)備，目前，最主要的輔助設(shè)備為整流變壓器的油風(fēng)冷系統(tǒng)和硅整流柜的水冷系統(tǒng)（通常采用水水冷系統(tǒng)和水風(fēng)冷系統(tǒng)兩種） 動力用電系統(tǒng)主要完成對整個廠區(qū)動力用電的供給，目前我公司動力系統(tǒng)的主要設(shè)備包含有4臺220KV動力變壓器以及6KV供電系統(tǒng)。 根據(jù)上述，結(jié)合冶煉企業(yè)整流所

3、運行特點，我主要從以下幾方面的內(nèi)容做講解：1、動力供電系統(tǒng)二次原理 2、整流系統(tǒng)原理 3、穩(wěn)流系統(tǒng)原理4、輔助系統(tǒng)的主要原理及應(yīng)用 5、繼電保護(hù)原理希望我的講述能夠?qū)δ銈儙硪欢ǖ膸椭诙?動力供電系統(tǒng)二次原理及變壓器保護(hù) 2.1動力供電系統(tǒng)概述 動力供電系統(tǒng)述冶煉企業(yè)最終要的電力生產(chǎn)系統(tǒng)，沒有了動力供電系統(tǒng)，整流系統(tǒng)無從談起，動力供電系統(tǒng)承擔(dān)著真?zhèn)€冶煉企業(yè)生產(chǎn)所需的所有動力電量供給，包括整流所所內(nèi)自用電系統(tǒng)。一般情況下，根據(jù)各個生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)用電重要性的要求，分位重要負(fù)荷和一般負(fù)荷，重要負(fù)荷都是雙電源系統(tǒng)供電，一般負(fù)荷根據(jù)情況要求可以配置雙電源，也可以配置單電源。當(dāng)然，整流所所內(nèi)自用電系統(tǒng)為

4、雙電源供給，動力變主系統(tǒng)圖動力變主系統(tǒng)圖 圖右為動力變系統(tǒng)的主系統(tǒng)圖，從圖中我們不難看出動力變系統(tǒng)不僅僅是簡單的一臺降壓變壓器，組成整個系統(tǒng)的有220KV斷路器、隔離刀（DS）、接地刀（ES）、6KV高壓開關(guān)，中刀、避雷器等一次設(shè)備，還有起保護(hù)、監(jiān)測的一些設(shè)備，如電流互感器、控制回路、測量回路、信號回路等二次設(shè)備。 我公司動力電系統(tǒng)供電方式為單母線分段帶母聯(lián)系統(tǒng)供給。其主要的接線方式圖如下由左圖可以看出，在單母線分段帶母線的接線方式中，其中最主要的二次設(shè)備為電流互感器和電壓互感器，對于一般的保護(hù)和測量回路，一般都要用到起二次電流和二次電壓信號，電流互感器每個回路上都有，但電壓互感器一段母線上只

5、有一個，利用怎樣的接線方式才能利用到每個支路中呢？2.2常見的單母線分段帶母聯(lián)供電系統(tǒng)電壓互感器的接線原理2.3 動力變壓器保護(hù)原理 1. 瓦斯保護(hù) 瓦斯保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)之一,能有效靈敏的反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障。輕瓦斯繼電器由開口杯、干簧觸點等組成,作用于信號。重瓦斯繼電器由擋板、彈簧、干簧觸點等組成,作用于跳閘。正常運行時,瓦斯繼電器充滿油,開口杯浸在油內(nèi),處于上浮位置,干簧觸點是斷開的。 瓦斯保護(hù)能反應(yīng)變壓器箱內(nèi)的內(nèi)部故障,包括鐵芯過熱燒傷、油面降低等,如果變壓器繞組產(chǎn)生少數(shù)線匝的匝間短路,雖然短路匝內(nèi)短路電流很大會造成局部繞組嚴(yán)重過熱產(chǎn)生強烈的油流向油枕方向沖擊,但表現(xiàn)在相電流上卻并不

6、大,因此差動保護(hù)沒有反應(yīng),但瓦斯保護(hù)對此卻能靈敏地加以反應(yīng),這就是差動保護(hù)不能代替瓦斯保護(hù)的原因。 我公司200KA動力變壓器及500KA 動力變壓器瓦斯保護(hù)均為變壓器本體主保護(hù)，其中輕瓦斯屬于報警信號。重瓦斯屬于跳閘信號。 2. 壓力釋放保護(hù) 壓力釋放保護(hù)是變壓器的非電氣量保護(hù)之一，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，變壓器油和絕緣材料就會因高溫產(chǎn)生大量的氣體，變壓器油箱內(nèi)壓力劇增，當(dāng)壓力達(dá)到壓力釋放器的動作值時，壓力釋放保護(hù)就會動作，作用于變壓器各側(cè)斷路器跳閘的同時，也發(fā)出相應(yīng)的信號。 3. 變壓器溫度保護(hù) 變壓器運行過程中，總有部分損耗（如銅損、鐵損、介質(zhì)損耗等）使變壓器各部分溫度升高，這樣會加速變

7、壓器絕緣的老化，縮短其使用壽命，故變壓器都設(shè)有冷卻系統(tǒng)，來控制溫度，當(dāng)冷卻系統(tǒng)有故障或其他原因產(chǎn)生溫高超過限定值時，會發(fā)出告警或延時跳閘，我公司要求動力變壓器運行頂層油溫不得高于85度（允許升溫55度)。當(dāng)高于85度時發(fā)出報警信號。 2.3 變壓器差動保護(hù)變壓器差動保護(hù) 差動保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，主要是反應(yīng)內(nèi)部短路的保護(hù)。它是利用基爾霍夫電流定理工作的，當(dāng)變壓器正常工作或區(qū)外故障時，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流和流出電流（折算后的電流）相等，差動繼電器不動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，兩側(cè)向故障點提供短路電流，差動保護(hù)感受到的二次電流和的正比于故障點電流，差動繼電器動作。 變壓器差動保護(hù)是

8、防止變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)。其接線方式，按回路電流法原理，把變壓器兩側(cè)電流互感器二次線圈接成環(huán)流，變壓器正常運行或外部故障，如果忽略不平衡電流，在兩個互感器的二次回路臂上沒有差電流流入繼電器，當(dāng)流入繼電器的電流大于動作電流，保護(hù)動作斷路器跳閘。差動分為比率差動和瞬時差動。 2.3.1基本原理基本原理 圖右表示雙繞組變壓器縱差保護(hù)的單線原理圖。變壓器兩側(cè)分別裝設(shè)電流互感器TA1和TA2，并按圖中所示極性關(guān)系進(jìn)行連接。正常運行或外部（如圖a中d1點）故障時，差動繼電器KD中的電流等于兩側(cè)電流互感器二次電流之差，要使這種情況下流過差動繼電器的電流為零，應(yīng)恰當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比。由于二次額定電流

9、一般為5A，所以電流互感器的變比為：一次額定電流/二次額定電流，UN/5。忽略變壓器的勵磁電流，則在正常運行或外部故障時，流入差動繼電器的電流為零。當(dāng)變壓器內(nèi)部，如圖b中d2點故障時，流入差動繼電器的電流為變壓器兩側(cè)流向短路點的短路電流（二次值）之和。 注：目前我公司220系統(tǒng)動力變引入的差動保護(hù)為比率差動和差動速斷保護(hù)，但由于200KA整流所與500KA整流所動力變二次側(cè)高壓開關(guān)柜內(nèi)電流互感器安裝位置不同，200KA整流所電流互感器 安裝于6KV斷路器二次側(cè)，故差動保護(hù)范圍包含6KV側(cè)斷路器，而500KA整流所電流互感器安裝于6KV斷路器一次側(cè)，保護(hù)范圍不包括6KV側(cè)斷路器。2.3.2差動速

10、斷保護(hù)（瞬時差動） 反應(yīng)變壓器內(nèi)部或引出線嚴(yán)重短路故障，任一相電流大于整定值，保護(hù)跳閘并發(fā)信號，其動作方程 : IdI1 (Id為動作電流值；I1為差動保護(hù)定值) 2.3. 3比率差動變壓器在正常負(fù)荷狀態(tài)下，差動保護(hù)的最小動作電流大于額定電流下流入差動回路的不平衡電流，保護(hù)不會誤動。隨著外部短路電流的增大，電流互感器可能飽和，誤差隨之增大，不平衡電流也就不斷增大。為防止差動保護(hù)誤動作，引入比率差動保護(hù)。其能可靠的躲過外部故障時的不平衡差動電流。保護(hù)原理見圖所示：I 0 ：為差動保護(hù)動作的門檻值，一般取變壓器額定電流的 0.21.6 倍（其定值 I 0 應(yīng)大于最大負(fù)荷時差動回路的不平衡電流值）。

11、I Z0 ：為制動電流的最小值，即制動門檻，一般取 I Z0 = I n 。K ：為比率制動系數(shù)（即比率制動特性斜率）可在 0.20.7 之間選取，一般取值為 0.5 。比例制動差動保護(hù)動作方程如下：1 ） I Z I Z0 時， I d I 0 ，保護(hù)動作2 ）當(dāng) I Z I Z0 時， I d I 0 +K(I Z - I Z0 ) ，保護(hù)動作第三章 整流的基本原理及整流柜保護(hù)3.1 整流系統(tǒng)中最核心的設(shè)備就是硅整流柜，其原理是利用三相橋式整流電路，把交流電轉(zhuǎn)化為直流電系統(tǒng)。硅整流柜中的重要元器件為普通硅整流元件（二極管），但目前也陸續(xù)開始使用可控硅整流元件（晶閘管）。一般用普通硅整流元件

12、制作的整流柜，其特點是輸出電壓不可控。而可控硅整流，輸出電壓可控，但需要用觸發(fā)電路來控制。 普通貴整流元件可控硅整流元件3.2 三相橋式整流電路 三相橋式整流電路一般用在大功率整流和獲得脈動長度更小的整流電壓，在橋式整流電路中，各個二極管對電源電壓變化而輪流導(dǎo)通的次序和負(fù)載電壓變化的波形圖需右圖所示。 而對于冶煉企業(yè)所用的整流柜，是利用同相逆并聯(lián)的三相橋式整流電路3.3 同相逆并聯(lián)三相橋式整流電路第四章 穩(wěn)流系統(tǒng)原理 對于電解冶煉行業(yè)，電解系列直流電流的平穩(wěn)度既是影響電解產(chǎn)量的重要因素，也是提高產(chǎn)量、降低電耗的重要因素。目前我國電解冶煉行業(yè)整流系統(tǒng)采用的整流系統(tǒng)一般為二極管整流柜，而二極管整流

13、過程中對電流的平穩(wěn)不保持都不是特別的有效。故引入穩(wěn)流系統(tǒng)。在電解生產(chǎn)過程中對電解槽產(chǎn)生的效應(yīng)起到抑制，來保證電解系列電流的平穩(wěn)度。 通常情況下，穩(wěn)流系統(tǒng)采用的調(diào)節(jié)方式為有載開關(guān)粗調(diào)，飽和電抗器細(xì)調(diào)。 穩(wěn)流系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：變壓器有載開關(guān)，飽和電抗器，穩(wěn)流控制柜，直流電流傳感器，偏移繞組、控制繞組等。變壓器有載開關(guān)粗調(diào)控制 整流變壓器變壓器可以在變壓器運行（負(fù)載）狀態(tài)下，通過有載開關(guān)隨時對電壓進(jìn)行調(diào)整，以改變變壓器二次輸出電壓，從而控制硅整流器二極管的導(dǎo)通范圍，一次來起到對二次輸出電流的控制。 一般情況下，有在開關(guān)在選擇是可以根據(jù)自身生產(chǎn)技術(shù)要求，來進(jìn)行生產(chǎn)， 通過對有載開關(guān)的升降級來進(jìn)行調(diào)節(jié)

14、變壓器二次電壓的輸出。 500KA整流所整流機組采用的有載開關(guān)為德國MR公司的VRCI1 001-170/C-16951G真空開關(guān)，可以實現(xiàn)實現(xiàn)95級有載連續(xù)調(diào)壓，其調(diào)壓范圍：5105。 有載開關(guān)的控制方式選在為自動控制和手動控制兩種，目前有載開關(guān)的控制方式是手動遠(yuǎn)方控制。 有載開關(guān)分由控制器，傳動電機，傳動桿，有載開關(guān)本體組成，需要進(jìn)行升級或降級調(diào)節(jié)是，通過上位機發(fā)出調(diào)級指令，由有載開關(guān)控制器驅(qū)動傳動電機，帶動傳動桿轉(zhuǎn)動，對有載開關(guān)進(jìn)行一次升級或降級操作， 有載調(diào)壓開關(guān)采用AC電機，并設(shè)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程電動控制和數(shù)碼位置指示裝置。另外設(shè)置就地手動操作方式。在提供有載調(diào)壓開關(guān)時同時提供遠(yuǎn)程數(shù)字型位置

15、顯示編碼器，可以按規(guī)范要求完成遠(yuǎn)程顯示。一般情況下考慮到緊急超載條件，有載調(diào)壓開關(guān)的額定最小電流取值不小于調(diào)壓整流變壓器額定值的最大分接電流的1.15倍。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，有載開關(guān)禁止進(jìn)行操作，在穩(wěn)流系統(tǒng)中，有載開關(guān)粗調(diào)是與飽和電抗器的細(xì)調(diào)配合使用。飽和電抗器細(xì)調(diào)控制 首先，飽和電抗器細(xì)調(diào)控制需要采集的信號有：系列電流各機組輸出電流，變壓器二次交流輸出電流，穩(wěn)流控制系統(tǒng)采用N1結(jié)構(gòu)形式，即N臺整流機組每臺配置N臺穩(wěn)流控制系統(tǒng)，實現(xiàn)單機組的小閉環(huán)穩(wěn)流控制。穩(wěn)流大閉環(huán)控制由一臺總穩(wěn)流控制系統(tǒng)實現(xiàn)總穩(wěn)流控制系統(tǒng)與各個機組穩(wěn)流控制系統(tǒng)實現(xiàn)雙以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和交換?？刂品绞降倪x擇及系統(tǒng)信息的顯示可由上位機實現(xiàn)。邏輯圖如右圖：單機組飽和電抗器細(xì)調(diào)穩(wěn)流控制原理單機組穩(wěn)流控制原理是將機組直流輸出電流反饋到PLC，與機組的給定值進(jìn)行比較，然后進(jìn)行PID程序控制，并根據(jù)PMW脈寬調(diào)制功能出發(fā)脈沖，控制功率器件IGBT輸出控制電流到飽和電抗器的控制繞組，從而改變飽和電抗器的調(diào)壓深度，達(dá)到