變電站二次系統(tǒng)及保護(hù)原理課件

1、變電站直流系統(tǒng)一、變電站的操作電源二、操作電源種類三、直流系統(tǒng)的組成四、直流系統(tǒng)的絕緣檢測及接地檢查五、UPS不間斷電源六、蓄電池的維護(hù)保養(yǎng)七、 UPS不間斷電源維護(hù)和使用變電站的操作電源一、概述 操作電源就是變電站二次設(shè)備（包括繼電保護(hù)自動裝置、信號設(shè)備、通訊、遠(yuǎn)動、監(jiān)控系統(tǒng)和斷路器分合閘控制等）的工作電源，操作電源的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。二、 操作電源的基本要求 要求操作電源具有高度的可靠性 操作電源要有足夠的容量 操作電源 要有良好的供電質(zhì)量 操作電源應(yīng)維護(hù)方便安全經(jīng)濟(jì) 三、操作電源 的種類操作電源的種類交流操作電源就是直接使用交流電源，正常運(yùn)行時(shí)由電壓互感器或站用變壓

2、器作為斷路器的控制和信號電源，故障時(shí)由電流互感器提供斷路器的跳閘電源。其優(yōu)點(diǎn)是接線簡單，維護(hù)方便，缺點(diǎn)是技術(shù)性能不能滿足變電站的技術(shù)要求，因此一般采用蓄電池作為直流電源，這種直流電源是一種獨(dú)立式電源，即使故障，該電源也呢能在一段時(shí)間內(nèi)正常供電，以保證二次設(shè)備正常工作，具有高度的可靠性直流操作電源又可分為獨(dú)立式直流電源和非獨(dú)立式直流電源，獨(dú)立式直流電源由蓄電池直流電源和電源變換式直流電源；非獨(dú)立式直流電源有硅整流電容儲能直流電源和復(fù)式整流直流電源（電流互感器二次經(jīng)）電流電壓變換整流及電壓互感器二次整流。操作電源分為直流操作電源和交流操作電源一、直流系統(tǒng)的組成 發(fā)電廠、變電站的直流系統(tǒng)主要由直流電

3、源、直流母線、只直流饋線等組成。直流電流包括蓄電池及充電設(shè)備；直流饋線主要由干線和饋線構(gòu)成。1、蓄電池 主要由酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類，長用酸性蓄電池是鉛蓄電池，而常用的堿性蓄電池是鎘鎳蓄電池。它們的化學(xué)方程式如下： （1）鉛蓄電池的正極為二氧化鉛，負(fù)極為鉛（海綿鉛），電解液是硫酸溶液工作時(shí)蓄電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)為:PbO2+Pb+2H2SO4 =PbSO4+2H2O(充電放電的過程是可逆的)電池在放電時(shí)，正負(fù)極均生成硫酸鉛，而消耗硫酸，充電與放電的過程相反，其正負(fù)極的硫酸鉛分別反應(yīng)生成二氧化鉛及海綿鉛，同時(shí)生成硫酸- （2）鎘鎳蓄電池的正極為氧化鎳，負(fù)極為鎘鐵，其電解液采用氫氧化鈉或氫氧化

4、鉀溶液，并加入少量的氫氧化鋁，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)為： 2Ni（OH)2+Cd(OH)2=2NiOH+Cd+2H2O(充放電過程是可逆的)。（3）電氣參數(shù)，蓄電池的電氣參數(shù)包括： a額定電壓常用鉛蓄電池的額定電壓為2-2.5V/只，鎘鎳電池的額定電壓為1.25V/只。 b額定容量;是指放電時(shí)間10h(或)5h，放電終止電壓為1.8V（鉛酸蓄電池）或1V鎘蓄電池時(shí)的放電容量。鉛酸蓄電池的容量小的有幾十安時(shí)，大的有1600Ah，而鎘鎳蓄電池的容量小的有10Ah,大的有500 Ah C短路電流：短路是電池共處電流大小，決定于蓄電池的電動勢，內(nèi)阻及外回路的電阻。當(dāng)外回路的電阻等于零時(shí)，鎘鎳蓄電池可供出的

5、最大短路電流為1558A（4）蓄電池的充電，蓄電池的充電方法，通常采用恒流的充電方法，充電的種類有初充電、正常充電和均衡充電三種。為提高蓄電池的放電性能，新的蓄電池在交付使用前，為完全達(dá)到荷電狀態(tài)所進(jìn)行的第一次充電稱之為初充電，對已經(jīng)放過電的蓄電池充電稱之為正常充電。為補(bǔ)償蓄電池在使用過程中產(chǎn)生的電壓不均勻現(xiàn)象使其恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)而進(jìn)行的充電成為均衡充電 （5）蓄電池組 發(fā)電廠及變電站直流系統(tǒng)的額定電壓，通常48V,110V及220V三種，為取得各種電壓，需要將多個(gè)蓄電池組串聯(lián)起來你，另外為使直流蒂娜元能輸出最大的電流，需要將幾個(gè)蓄電池組并聯(lián)使用，直流系統(tǒng)的電壓越高，需串聯(lián)的蓄電池個(gè)數(shù)越多，

6、要求直流系統(tǒng)的輸出的電流就越大，需并聯(lián)的蓄電池支路數(shù)越多。 （6）蓄電池的浮充 在充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負(fù)載，以恒壓充電的方式工作，正常運(yùn)行時(shí)充電裝置在承擔(dān)經(jīng)常性負(fù)荷的同時(shí)向蓄電池補(bǔ)充充電，以補(bǔ)償蓄電池的自放電，使蓄電池組以滿容量的狀態(tài)處于備用，該放電方式叫做浮充，此時(shí)充電電源與蓄電池組并聯(lián)運(yùn)行，浮充方式有全浮充和半浮充兩種。 2、充電設(shè)備 為補(bǔ)償電池運(yùn)行中的功率損耗，維持電壓及增大短路容量，需要經(jīng)常對蓄電池充電。 充電設(shè)備通常采用將三相交流整流、濾波及穩(wěn)壓的交流直流轉(zhuǎn)換裝置，應(yīng)滿足以下要求。 （1）充電設(shè)備輸出電壓及輸出電流的調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)滿足蓄電池組各種充電方式的需要，對于直

7、流電壓為110V的直流系統(tǒng)，充電設(shè)備輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)為90160V；對額定電壓為220V的直流系統(tǒng)，充電設(shè)備輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為180V310V （2）具有維持恒定的輸出電壓及恒定輸出電流的調(diào)節(jié)功能，對于用可控硅整流設(shè)備作為充電裝置時(shí)首先輸入電壓在額定電壓的+5%-15%范圍內(nèi)變化及輸出負(fù)荷電流在額定電流0%100%范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出穩(wěn)定電流的誤差小于+5% （3）輸出電壓的紋波系數(shù)應(yīng)滿足電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行及維護(hù)技術(shù)教程 要求，直流母線及波紋系數(shù)范圍應(yīng)不大于2%。 （4）充電時(shí)應(yīng)維持直流母線的電壓的變化小于5% （5）充電設(shè)備的額定電流應(yīng)為n=1.1Qs/T+Ijc 考慮到核

8、對性充放電，也可按最大充電 電流選擇，In=(0.10.125)Qs10/10 3、直流母線及輸出饋線 蓄電池組的輸出與充電設(shè)備的輸出并接在直流母線上，直流母線匯集直流電源輸出的電能，并通過各直流饋線輸送到各直流回路及其他直流負(fù)載（例如，事故照明，直流電動機(jī)等） 直流母線的接線方式；取決于蓄電池組的數(shù)量，對直流負(fù)荷的供電方式及充電設(shè)備的配置方式，在大型發(fā)電廠及變電站，直流母線的接線方式為單母線分段或雙母線。根據(jù)需要，從每段或每條直流母線上引出多路直流軟件，將直流電源引至全廠或全站的配電室，及控制室的小母線，或引至動力設(shè)備的輸入母線上。 從各直流小母線上又分別引出多路出線，分別接至保護(hù)盤，控制盤

9、、事故照明盤或其他直流負(fù)荷盤 4、直流監(jiān)控裝置 為測量，監(jiān)視及調(diào)整直流系統(tǒng)運(yùn)行狀況，及發(fā)出異常報(bào)警信號，對直流系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置監(jiān)控裝置。直流監(jiān)控裝置應(yīng)包括測量表計(jì)，參數(shù)越線和回路異常報(bào)警系統(tǒng)等 （二）對直流系統(tǒng)的基本要求 為確保發(fā)電廠及變電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，氣直流系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求 （1）正常運(yùn)行時(shí)直流母線電壓的變化應(yīng)保持在10%額定電壓范圍內(nèi)。若電壓過高，容易使長期帶電的二次設(shè)備（例幾點(diǎn)保護(hù)裝置和知識燈等）過熱而損壞；若電壓過低，可能使斷路器等設(shè)備不能正常工作。 （2）蓄電池的容量應(yīng)足夠大，以保證在浮充設(shè)備因故停運(yùn)而其單獨(dú)運(yùn)行時(shí)能維持繼電保護(hù)及控制回路正常運(yùn)行，要求有人值班的變電所，全所事故停電后

10、電池的放電容量不低于1小時(shí)，無人值班的變電所事故停電蓄電池放電容量不低于2小時(shí)；此外還 應(yīng)保證事故發(fā)生后能可靠切除斷路器及維持直流動力設(shè)備（例如直流油泵）的正常運(yùn)行，并有一定的冗余度。 （3）充電設(shè)備穩(wěn)定可靠，能滿足各種充電設(shè)備的要求。并有一定的冗余度。 （4）直流系統(tǒng) 的接線應(yīng)力求簡單可靠，便于運(yùn)行維護(hù)，并能滿足繼電保護(hù)裝置和控制回路供電可靠性要求。 （5）具有完善的異常事故報(bào)警系統(tǒng)及直流電源分級保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生異?；蜻\(yùn)行參數(shù)越限時(shí)，能發(fā)出報(bào)警 信號；當(dāng)直流系統(tǒng)某一支路發(fā)生短路故障時(shí)，能快速而又選擇性地切除故障饋線，而不影響其他直流回路的正常運(yùn)行 （6）宜使用具有切斷直流負(fù)載能力的不

11、帶熱保護(hù)的小空氣開關(guān)取代原有的直流熔斷器，小空氣開關(guān)的的頂工作電流應(yīng)按最大動態(tài)負(fù)荷電流的1.5倍2倍選用。 （7）對配置了雙重化保護(hù)的廠站還應(yīng)要求直流系統(tǒng)的備用冗余配置，易配置兩組蓄電池，各帶一段直流母線，每組蓄電池的容量應(yīng)能帶全站負(fù)荷，兩端直流母線正常分裂運(yùn)行時(shí)，事故時(shí)可通過和幕簾開關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)備用，雙重化配置的保護(hù)各在一個(gè)直流段上運(yùn)行直流系統(tǒng)的絕緣檢測 前已述及，發(fā)電廠變電站的直流系統(tǒng)分布面廣，回路繁多，很容易發(fā)生故障或異常，其中最常見的 異?，F(xiàn)象是直流系統(tǒng)的接地故障一、直流系統(tǒng)的接地危害 運(yùn)行實(shí)踐表明，直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地，容易致使斷路器偷跳。此外，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地后，若在發(fā)生另一點(diǎn)接

12、地后，將可能造成直流系統(tǒng)短路，致使直流電源中斷供電，或造成斷路器 誤跳或拒跳的事故發(fā)生。當(dāng)控制回路發(fā)生兩點(diǎn)接地后，斷路器會發(fā)生誤跳或拒跳， 當(dāng)A、B兩點(diǎn)接地或A、C兩點(diǎn)接地或A、D兩點(diǎn)接地時(shí)，跳閘線圈TQ將有電流通過，致使斷路器跳閘；而當(dāng)C、E兩點(diǎn)接地，或B、E兩點(diǎn)接地或D、E兩點(diǎn)接地時(shí)?？蓪?dǎo)致斷路器拒跳，或由于跳閘中間繼電器不能啟動而在繼電保護(hù)動作后，斷路器不能跳閘的現(xiàn)象發(fā)生。 另外，當(dāng)A、E兩點(diǎn)同時(shí)接地時(shí)，將造成直流電源正極與負(fù)極之間的短路故障，致使熔斷器1FU、 2FU要熔斷，導(dǎo)致控制回路直流電源消失。由于斷路器線圈的動作電壓較低，當(dāng)站內(nèi)的直流系統(tǒng)對地電容較大時(shí)，跳合閘線圈前的回路一點(diǎn)接

13、地也會造成斷路器的誤跳誤合二、直流絕緣檢測裝置 當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地后應(yīng)立即進(jìn)行檢查處理，以避免發(fā)生兩點(diǎn)接地故障。這就需要設(shè)置直流系統(tǒng)對地絕緣檢測裝置，當(dāng)直流系統(tǒng)對地絕緣嚴(yán)重降低或一電接地之后發(fā)出告警信號。 直流系統(tǒng)的絕緣 檢測裝置的種類很多，但是不管那種裝置，其構(gòu)成原理均為點(diǎn)錢平衡原理。目前使用最廣泛的是微機(jī)型絕緣檢測裝置，不但可以檢測全直流系統(tǒng)對地絕緣狀況，還可判斷出接地的極性，還能測試出具體發(fā)生接地的直流饋線三、直流系統(tǒng)接地位置的檢查（一)接地所在饋線回路的確定 前已述及，危及性絕緣監(jiān)察裝置，可以確定出接地點(diǎn)所在饋線回路絕緣檢測裝置的直流系統(tǒng)，當(dāng)出線一點(diǎn)接地故障之后，運(yùn)行人員要首先縮小

14、接地點(diǎn)可能所在的范圍，即確定哪一條饋線回路發(fā)生了故障。 運(yùn)行人員確定及地點(diǎn)所在直流饋線回路的具體方法是“拉路法” 所謂“拉路法”是指：依次、分別、短時(shí)切斷直流系統(tǒng)中各直流饋線來確定接地點(diǎn)在回路的方法。例如，發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地后先斷開某一直流饋線，觀察接地現(xiàn)象是否消失。若接地現(xiàn)象消失，說明接地電在被拉饋線回路中，如果接地現(xiàn)象未消失，立即恢復(fù)對，該饋線的供電。再斷開另一條饋線進(jìn)行檢查。重復(fù)上述過程，直至確定出線地點(diǎn)的所在饋線。 用上述方法確定姐弟點(diǎn)所在饋線回路時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)（1）應(yīng)根據(jù)運(yùn)行方式、天氣狀況及操作情況，判斷接地點(diǎn)可能所在的范圍，以便在盡量少的拉路情況下能迅速的確定接地點(diǎn)的位置。 (2

15、)拉路順序的原則是先拉信號回路及照明回路，最后拉操作回路；先拉室外線回路，后拉室內(nèi)線回路 。（3）斷開每一饋線的時(shí)間不超過3s,不論接地是否在被拉回路上，應(yīng)盡快回復(fù)供電。（4）當(dāng)被拉回路中接有繼電保護(hù)裝置時(shí)，在拉路之前應(yīng)將直流消失后容易誤動的保護(hù)（例如發(fā)電機(jī)的誤上電保護(hù)、啟停機(jī)保護(hù)）等退出運(yùn)行。 （5）當(dāng)被拉回路中接有輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)裝置時(shí)（例如高頻保護(hù)等），在進(jìn)行拉路之前，首先與調(diào)度員聯(lián)系，同時(shí)退出線路兩側(cè)的縱聯(lián)保護(hù)。 當(dāng)用拉路法找不到接地點(diǎn)所在的饋線回路時(shí)，可能的原因有以下幾點(diǎn)： 1）接地位置發(fā)生在充電設(shè)備的回路中，或發(fā)生在蓄電池組的內(nèi)部，或發(fā)生在直流母線上。 2）直流系統(tǒng)采用環(huán)路供電方

16、式，而在拉路之前沒斷開環(huán)路時(shí)。 3）全直流系統(tǒng)對地絕緣不良。 4）各直流回路互相穿點(diǎn)或有寄生回路。UPS不間斷電源概況 不間斷電源供電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是一套將交流電變?yōu)橹绷麟姷恼?充電裝置和一套把直流電再度轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷腜WM逆變器。蓄電池在交流電正常供電時(shí)存儲能量，此時(shí)它一直維持在一個(gè)正常的充電電壓上，一旦市電供電中斷時(shí)，蓄電池立即對逆變器供電已保證UPS電源交流輸出電壓的連續(xù)性。在一般情況下，微機(jī)用戶在遇到市電供電中斷時(shí)，需要在蓄電池允許的放電時(shí)間（一般是15-30分鐘）進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等應(yīng)急操作。一臺設(shè)計(jì)良好的UPS包括以下幾部分 （1）交流輸濾波回路及整流回路 （2）蓄電池及充電回路 （3

17、）PWM脈沖寬度調(diào)制型濾波器 （4）各種保護(hù)（過流、過壓、空載保護(hù)，電池電壓過低，電池極性和交流極性檢測）線路及相關(guān)指示燈和喇叭； （5）交流市電供電與UPS逆變供電的自動切換裝置 （6）控制回路UPS常見故障分析 UPS不間斷電源若發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)首先觀察控制面板上各工作狀態(tài)指示燈的工作情況，大概判斷故障是在電源逆變器供電部分還是在市電供電部分。若故障來源于逆變器工作部分，則應(yīng)首先檢查蓄電池電壓是否在規(guī)定的正常值（22-24V）范圍內(nèi)。故障現(xiàn)象：故障現(xiàn)象：1、有市電時(shí)、有市電時(shí)UPS輸出正常，而無市電時(shí)蜂鳴器長鳴，無輸出正常，而無市電時(shí)蜂鳴器長鳴，無輸出。輸出。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池和

18、逆變器部分故障，可按以下程序檢查： 檢查蓄電池電壓，看蓄電池是否充電不足，若蓄電池充電不足，則要檢查是蓄電池本身的故障還是充電電路故障。 若蓄電池工作電壓正常，檢查逆變器驅(qū)動電路工作是否正常，若驅(qū)動電路輸出正常，說明逆變器損壞。 若逆變器驅(qū)動電路工作不正常，則檢查波形產(chǎn)生電路有無PWM控制信號輸出，若有控制信號輸出，說明故障在逆變器驅(qū)動電路。 若波形產(chǎn)生電路無PWM控制信號輸出，則檢查其輸出是否因保護(hù)電路工作而封鎖，若有則查明保護(hù)原因； 若保護(hù)電路沒有工作且工作電壓正常，而波形產(chǎn)生電路無PWM波形輸出則說明波形產(chǎn)生電路損壞。 上述排故順序也可倒過來進(jìn)行，有時(shí)能更快發(fā)現(xiàn)故障。故障現(xiàn)象：故障現(xiàn)象：

19、1、有市電時(shí)、有市電時(shí)UPS輸出正常，而無市電時(shí)蜂鳴器長輸出正常，而無市電時(shí)蜂鳴器長鳴，無輸出。鳴，無輸出。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池和逆變器部分故障，可按以下程序檢查： 檢查蓄電池電壓，看蓄電池是否充電不足，若蓄電池充電不足，則要檢查是蓄電池本身的故障還是充電電路故障。 若蓄電池工作電壓正常，檢查逆變器驅(qū)動電路工作是否正常，若驅(qū)動電路輸出正常，說明逆變器損壞。 若逆變器驅(qū)動電路工作不正常，則檢查波形產(chǎn)生電路有無PWM控制信號輸出，若有控制信號輸出，說明故障在逆變器驅(qū)動電路。 若波形產(chǎn)生電路無PWM控制信號輸出，則檢查其輸出是否因保護(hù)電路工作而封鎖，若有則查明保護(hù)原因； 若保護(hù)電路沒有工作且工作電壓正常，而波形產(chǎn)生電路無PWM波形輸出則說明波形產(chǎn)生電路損壞。 上述排故順序也可倒過來進(jìn)行，有時(shí)能更快發(fā)現(xiàn)故障。 故障現(xiàn)象：2、蓄電池電壓偏低，但開機(jī)充電十多小時(shí)，蓄電池電壓仍充不上去。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池或充電電路故障，可按以下步驟檢查： 檢查充電電路輸入輸出電壓是否正常； 若充電電路輸入正常，輸出不正常，斷開蓄電池 再測，若仍不正常則為充電電路故障； 若斷開蓄電池后充電電路輸入、輸出均正常，則說明蓄電池已因長期未充電、過放或已到壽命期等原因而損壞。 故障現(xiàn)象：3、逆變器功率級一對功放晶體管損壞，更換同型號晶體管后，運(yùn)行一段時(shí)間又燒壞的原因是電流過大，而引起電流