電氣二次回路的基本知識(shí)

電氣二次回路的基本知識(shí)一、二次回路及其作用發(fā)電廠和變電所的電氣設(shè)備可分為一次設(shè)備、二次設(shè)備。（經(jīng)常還將遠(yuǎn)動(dòng)或測(cè)控設(shè)備稱(chēng)為三次設(shè)備，通訊設(shè)備稱(chēng)為四次設(shè)備）一次設(shè)備：也稱(chēng)主設(shè)備，是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體。它是直接生產(chǎn)、輸送與分配電能的設(shè)備，包括如：發(fā)電機(jī)、電力變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線、電力電纜與輸電線路等。二次設(shè)備：是對(duì)一次設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)和監(jiān)測(cè)的設(shè)備。它包括：控制設(shè)備、繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置、測(cè)量?jī)x表、信號(hào)設(shè)備等。二次回路：二次設(shè)備按照一定規(guī)則連接起來(lái)以實(shí)現(xiàn)某種技術(shù)要求的電氣回路。二、二次回路的范圍控制回路：由控制開(kāi)關(guān)與控制對(duì)象（如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)）的傳遞機(jī)構(gòu)、執(zhí)行（或操作）機(jī)構(gòu)組成。其作用是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行“合”、“分”操作。調(diào)節(jié)回路：是指調(diào)節(jié)型自動(dòng)裝置。如由VQC系統(tǒng)對(duì)主變進(jìn)行有載調(diào)壓、對(duì)電容器進(jìn)行投切的裝置，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。它是由測(cè)量機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其作用是根據(jù)一次設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的變化，實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)一次設(shè)備的工作狀態(tài)，以滿足運(yùn)行要求。繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置回路：是由測(cè)量回路、比較部分、邏輯部分和執(zhí)行部分等組成。其作用是根據(jù)一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，判斷其發(fā)生故障或異常時(shí)，自動(dòng)發(fā)出跳閘命令有選擇性地切除故障，并發(fā)出相應(yīng)地信號(hào)，當(dāng)故障或異常消失后，快速投入有關(guān)斷路器（重合閘及備用電源自動(dòng)投入裝置），恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。以上主要是指常規(guī)的電磁型繼電器等構(gòu)成的保護(hù)與自動(dòng)裝置測(cè)量回路：由各種測(cè)量?jī)x表及其相關(guān)回路組成。其作用是指示或記錄一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，以便運(yùn)行人員掌握一次系統(tǒng)的運(yùn)行情況，同時(shí)也是分析電能質(zhì)量、計(jì)算經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、了解系統(tǒng)潮流和主設(shè)備運(yùn)行工況的主要依據(jù)。綜合自動(dòng)化已使該回路與三次回路的分界點(diǎn)越來(lái)越模糊信號(hào)回路：由信號(hào)發(fā)送機(jī)構(gòu)和信號(hào)繼電器等構(gòu)成。其作用是反映一、二次設(shè)備的工作狀態(tài)。操作電源系統(tǒng)：由電源設(shè)備和供電網(wǎng)絡(luò)組成，它常包括直流電源系統(tǒng)和交流電源系統(tǒng)。其作用主要是給控制、保護(hù)、信號(hào)等設(shè)備提供工作電源與操作電源，供結(jié)主變冷卻、結(jié)水與結(jié)煤等動(dòng)力設(shè)備，確保發(fā)電廠與變電所所有設(shè)備正常工作。部頒《繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置運(yùn)行管理規(guī)程》中連接保護(hù)裝置的二次回路（繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)管理）：1） 從電流互感器、電壓互感器二次側(cè)端子開(kāi)始到有關(guān)繼電保護(hù)裝置的二次回路（對(duì)多油斷路器或變壓器等套管互感器，自端子箱開(kāi)始。2） 從繼電保護(hù)直流分路熔絲開(kāi)始到有關(guān)保護(hù)裝置的二次回路。3） 從保護(hù)裝置到控制屏和中央信號(hào)屏間的直流回路。4） 繼電保護(hù)裝置出口端子排到斷路器操作箱端子排的跳、合閘回路。高頻通道：以結(jié)合濾波器的初級(jí)、次級(jí)為分界點(diǎn)。三、二次回路的圖紙二次圖紙：通常分為“原理接線圖”和“安裝接線圖”。原理接線圖：通常又分為“歸總式原理接線圖”和“展開(kāi)式原理接線圖”。1）歸總式原理接線圖：簡(jiǎn)稱(chēng)原理圖，它以整體的形式表示各二次設(shè)備之間的電氣聯(lián)接，一般與一次回路的有關(guān)部分畫(huà)在一起，設(shè)備的接點(diǎn)與線圈是集中畫(huà)在一起的，能綜合出交流電壓、電流回路和直流回路間的聯(lián)系，使讀圖者對(duì)二次回路的構(gòu)成及動(dòng)作過(guò)程有一個(gè)明確的整體概念（例圖P4圖1—110kV線路過(guò)流保護(hù)原理圖，缺點(diǎn)？）2）展開(kāi)式原理接線圖：以分散的形式表示二次設(shè)備之間的連接。展開(kāi)圖中二次設(shè)備的接點(diǎn)與線圈分散布置，交流電壓、交流電流、直流回路分別繪制。這種繪制方式容易跟蹤回路的動(dòng)作順序，便于二次回路的設(shè)計(jì)，也容易在讀圖時(shí)發(fā)現(xiàn)回路中的錯(cuò)誤。安裝接線圖：包括屏面布置圖、屏后接線圖、端子排圖等。屏面布置圖：表示二次設(shè)備在屏面（及屏后、屏頂）的安裝位置，一般按實(shí)際尺寸的一定比例繪制。（例圖10kV線路保護(hù)屏屏面布置圖）屏后接線圖：表示屏內(nèi)二次設(shè)備間的電氣連接關(guān)系。（例圖10kV線路保護(hù)屏背面接線圖）端子排圖：表示屏端子排與屏內(nèi)二次設(shè)備及屏外電纜間的連接關(guān)系。（例圖10kV線路保護(hù)屏端子排圖）四、 二次回路的讀圖二次回路圖的邏輯性強(qiáng)，在繪制時(shí)遵循一定的規(guī)律，讀圖時(shí)應(yīng)按一定順序進(jìn)行才容易看懂。一般讀圖的規(guī)律為：（例圖35kV線路二次回路展開(kāi)圖）1） 先交流、后直流；2） 交流看電源、直流找線圈；3） 先找線圈、再找接點(diǎn)，每個(gè)接點(diǎn)都查清；4） 先上后下、先左后右，屏外設(shè)備不能掉；5） 安裝圖紙要結(jié)合展開(kāi)圖。五、 二次回路的編號(hào)原則二次回路常采用回路編號(hào)法、相對(duì)編號(hào)法兩種?；芈肪幪?hào)法：按“等電位”原則標(biāo)注，在電氣回路中相同電位的回路采用同一編號(hào)。如跳閘回路的7、分閘回路的37,電流回路的A411等。這一編號(hào)方法便于讀圖時(shí)了解回路的作用，在原理圖中運(yùn)用最多。相對(duì)編號(hào)法：按接線對(duì)側(cè)的設(shè)備名稱(chēng)編號(hào)，如TWJ-1為位置繼電器的1腳，13-7為第一安裝單元第三個(gè)元件的7腳。這種編號(hào)法便于查找該連線的趨向，常用于安裝圖中?；芈肪幪?hào)用3位或3位以下數(shù)字組成，需要標(biāo)明回路的相別或某些主要特征時(shí)，可在數(shù)字標(biāo)號(hào)的前面（或后面）增注文字符號(hào)。如1、37a、A630等。交流回路的文字標(biāo)號(hào)數(shù)字編號(hào)的分配（具體見(jiàn)規(guī)程P82）回路編號(hào)應(yīng)用遵循一定的規(guī)則，主要為：1） 對(duì)不同用途的直流回路，使用不同的數(shù)字范圍，如控制與保護(hù)回路用1?399（400?599），勵(lì)磁回路用600?699。2） 保護(hù)與控制回路使用的數(shù)字按熔斷器（或小開(kāi)關(guān)）分組，每一百為一組，如101?199，301?399等，其中正極性回路編為單數(shù)，由小至大，負(fù)極性回路編為雙數(shù)，由大至小。3） 信號(hào)回路的數(shù)字編號(hào)，按事故、位置、預(yù)告、指揮信號(hào)進(jìn)行分組，按數(shù)字大小進(jìn)行排列。4） 開(kāi)關(guān)設(shè)備、控制回路的數(shù)字編號(hào)組，應(yīng)按開(kāi)關(guān)設(shè)備的數(shù)字序號(hào)選取。如1KK所在的回路選101?199,3KK所在的回路選301?399。5） 對(duì)接點(diǎn)、開(kāi)關(guān)、按鈕等兩側(cè)，雖然閉合時(shí)為等電位，應(yīng)不同編號(hào)，但只改變編號(hào)大小而不改變單、雙數(shù)（極性）。經(jīng)過(guò)回路中主要降壓元件（如線圈、電阻等）后改變其單、雙數(shù)（極性）。某些回路形成了特定編號(hào)，不能隨意挪作它用。如：正負(fù)電源的101、102，紅綠燈回路的135、105等。六、 二次回路導(dǎo)線的選擇按機(jī)械強(qiáng)度要求選擇：（電纜與絕緣導(dǎo)線）1）連接強(qiáng)電：截面不小于1.5mm2。2）連接弱電：截面不小于0.5mm2。按電氣性能要求選擇：1）保護(hù)和測(cè)量的電流回路截面不小于2.5mm2。2）在保護(hù)的電流回路所選導(dǎo)線（截面）要經(jīng)電流互感器10％誤差缺陷校核。3）在電壓回路的導(dǎo)線（截面）要滿足計(jì)費(fèi)電能表不大于0.5％壓降，保護(hù)與測(cè)量不大于3％壓降。4）在操作回路中，所選導(dǎo)線（截面）應(yīng)滿足最大壓降（含回路中電流線圈阻抗）不大于10％額定電源電壓。七、電纜截面的計(jì)算電流回路所選電纜要滿足互感器10％誤差曲線要求。導(dǎo)線面積計(jì)算公式S=K1L/y（Z1-K2Z2-Z3）其中：Y電導(dǎo)系數(shù)，銅取57m/Qmm2Z1――按10%誤差曲線查出的允許阻抗Z2――繼電器阻抗，QZ3——接觸電阻，一般取0.05?0.1QL 電纜長(zhǎng)度，mK1――連接導(dǎo)線的阻抗換算系數(shù)K2――繼電器的阻抗換算系數(shù)電壓回路所選電纜要滿足允許壓降要求。導(dǎo)線面積計(jì)算公式S= KPL/yULAU其中：Y 電導(dǎo)系數(shù)，銅取57m/Qmm2L 電纜長(zhǎng)度，mk――連接導(dǎo)線的阻抗換算系數(shù)au—允許電纜壓降，VP 電壓互感器每一相負(fù)載，VAUL――電壓互感器二次線電壓，V控制及信號(hào)回路所選電纜要滿足總壓降不大于10%額定電源電壓的要求。導(dǎo)線允許長(zhǎng)度L=AU（%）UNSY/2X100XImax其中：AU（%）――控制回路正常工作時(shí)允許壓降，取10UN——直流額定電壓，VImax 流過(guò)回路的最大電流，AS 電纜截面，mm2Y 電導(dǎo)系數(shù)，銅取57m/Qmm2直流系統(tǒng)一、概述（1）在發(fā)電廠及變電站中，各種控制及保護(hù)系統(tǒng)極為復(fù)雜，對(duì)其可靠性要求也非常高，但控制及保護(hù)系統(tǒng)再完善，如果沒(méi)有一個(gè)可靠的工作電源是不行的，所以在發(fā)電廠及大中型變電所中，一般都設(shè)有直流電源系統(tǒng)。交流電源一般取自系統(tǒng)，它無(wú)法貯存，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)造成發(fā)電廠與變電所交流電全停，這樣我們的控制系統(tǒng)及保護(hù)裝置將無(wú)法工作，這是不能允許的。直流電源系統(tǒng)一般配有一定容量的蓄電池，平時(shí)由交流電通過(guò)充電機(jī)對(duì)蓄電池充電，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障使交流電失去時(shí)，蓄電池能繼續(xù)為控制系統(tǒng)與保護(hù)裝置提供電源，確保發(fā)電廠與變電所的正常運(yùn)行與事故除了。二、對(duì)直流系統(tǒng)的基本要求（1）對(duì)直流系統(tǒng)可靠性的要求很高，為使其滿足這樣要求，必須做到以下幾點(diǎn)：1） 必須合理選擇直流系統(tǒng)的額定電壓。按規(guī)程規(guī)定，直流系統(tǒng)的標(biāo)稱(chēng)電壓一般有220V、110V及48V三種，但實(shí)際工程中以220V、110V應(yīng)用較多，不同的電壓各有優(yōu)劣，要已具體工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較而定。2） 選擇的蓄電池容量必須滿足要求，只有蓄電池容量足夠時(shí)，才能保證在交流電源失去時(shí)直流電源有足夠的承載負(fù)荷的能力，確保交流失電時(shí)變電所的控制系統(tǒng)及保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。3） 充電設(shè)備穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)功能與技術(shù)指標(biāo)滿足要求，其容量既能能滿足供給正常負(fù)荷電流及蓄電池浮充電需要，也能滿足均沖及核對(duì)性充放電需要，并保留一定的冗余度。4） 有合理的直流系統(tǒng)接線，該接線要方便于運(yùn)行與維修，最主要是對(duì)整個(gè)直流系統(tǒng)與控制系統(tǒng)及保護(hù)裝置的運(yùn)行最為可靠。5） 直流系統(tǒng)對(duì)蓄電池、充電機(jī)及系統(tǒng)的運(yùn)行情況要有完善的檢測(cè)功能，當(dāng)任何一部分發(fā)生異常時(shí)要發(fā)出就地告警信號(hào)及通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)向遠(yuǎn)方的集控中心發(fā)出告警信息。三、直流系統(tǒng)的基本組成（1）直流系統(tǒng)主要有充電設(shè)備、蓄電池、輸出饋線及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等部分組成。圖18－1是使用高頻開(kāi)關(guān)電源模塊作為充電設(shè)備的典型接線圖。一、充電設(shè)備充電設(shè)備是直流系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的設(shè)備，它的技術(shù)指標(biāo)高低與運(yùn)行穩(wěn)定與否就直接絕對(duì)直流系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)及運(yùn)行穩(wěn)定性。其一般應(yīng)滿足以下要求：1） 充電裝置的輸出電壓、電流的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)滿足蓄電池組在充電、浮充電、均衡充電等運(yùn)行狀態(tài)下的要求。2） 充電裝置應(yīng)具有恒定電流、恒定電壓功能，能以自動(dòng)浮充電、自動(dòng)均衡充電、手動(dòng)充電三種運(yùn)行方式。3） 波紋系數(shù)要小，按繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程要求，在充電、浮充裝置不與蓄電池并聯(lián)時(shí)，其波紋系數(shù)應(yīng)不大于5％，直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程要求不大于2％。波紋系數(shù)是充電和浮充電裝置的一個(gè)主要參數(shù)。尤其對(duì)浮充電裝置更為重要，波紋系數(shù)大，意味著直流系統(tǒng)中的交流分量大，容易引起保護(hù)裝置的不正確動(dòng)作，也容易造成蓄電池的脈動(dòng)充放電，影響蓄電池的壽命，特別是對(duì)鎘鎳蓄電池影響更大。4） 對(duì)充電裝置的穩(wěn)壓精度也有一定要求。要求充電、浮充裝置有較高的穩(wěn)壓精度，才能保證蓄電池的正常運(yùn)行，保證控制母線的電壓穩(wěn)定在額定值。提出穩(wěn)壓精度要求，一方面是由于交流電源有可能出現(xiàn)±10％的電壓變化。4）另一方面是蓄電池本身對(duì)充電、浮充電電壓的變化范圍有要求。例如，要求普通鉛酸蓄電池的浮充電電壓在2.15?2.17V,中倍率鎘鎳蓄電池浮充電電壓為1.42?1.45V，閥控式鉛酸蓄電池浮充電電壓為2.25?2.28V。4）當(dāng)浮充電電壓不穩(wěn)，過(guò)高或過(guò)低都容易引起普通鉛酸蓄電池的極板硫化，降低壽命。閥控式鉛酸蓄電池對(duì)充電和浮充電裝置的穩(wěn)壓精度要求更為嚴(yán)格，其均衡充電電壓為2.35?2.4V。當(dāng)電壓超過(guò)2.4V時(shí)，將產(chǎn)生過(guò)充電，電解液損失加大，使蓄電池壽命降低。4） 直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定要求，浮充電時(shí)穩(wěn)壓精度應(yīng)不大于±2％，充電時(shí)應(yīng)不大于±5％。一般認(rèn)為閥控式鉛酸蓄電池的充電和浮充電裝置在各種情況下穩(wěn)壓精度不應(yīng)大于±1％。5） 充電裝置內(nèi)應(yīng)有限流功能，使其特性曲線的斜率較大，在與蓄電池組并聯(lián)，負(fù)荷中出現(xiàn)沖擊電流時(shí)，大部分電流應(yīng)由蓄電池組承擔(dān)，以防止充電裝置出現(xiàn)過(guò)電流跳閘。此外，充電、浮充電整流器還應(yīng)設(shè)短路保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)和故障信號(hào)。6）由于直流系統(tǒng)的功率較大，也為了降低紋波系數(shù)，減小濾波電容值，充電裝置的交流輸入宜為三相制，額定電壓為380V,并且應(yīng)允許在±10%額定電壓范圍內(nèi)波動(dòng)而不影響其正常工作，額定頻率為50Hz。目前，常用的充電設(shè)備有相控型與高頻開(kāi)關(guān)型兩種。由于其原理不同，在組成系統(tǒng)時(shí)其配置也有差別。相控型充電裝置是由可控硅元件來(lái)將交流電源整流為直流電源的，通過(guò)自動(dòng)控制電路改變可控硅的整流角來(lái)跳整其充電電壓或充電電流，并保證其恒定。為了保證充電裝置具有一定的冗余度，相控型充電裝置一般設(shè)一套浮充電源、一套均充電源，常用接線如圖18－2。圖中浮充機(jī)接I段合閘母線，均充機(jī)接于II段合閘母線。正常運(yùn)行時(shí)母線不分段，由浮充機(jī)供電，當(dāng)需要均充時(shí)或浮充機(jī)出現(xiàn)故障退出時(shí)，投入均充機(jī)。由上述運(yùn)行方式可以知道，兩臺(tái)充電機(jī)的額定電流可以一大一小。均充機(jī)的容量除了滿足蓄電池組的初充電，事故放電后的充電，核對(duì)性充放電外，還應(yīng)滿足浮充電及均衡充電的要求，以及作為充電整流器的備用。蓄電池的初充電和核對(duì)性充放電，都是按蓄電池制造廠提供的充電曲線進(jìn)行的。常用的充電方式有兩種。1） 一階段的定電流充電方式，即從開(kāi)始直到充電結(jié)束，以一個(gè)固定的電流進(jìn)行充電，充電終期每個(gè)電池的電壓，普通鉛酸蓄電池為2.7?2.75V,高倍率鎘鎳蓄電池為1.6?1.75V。2） 兩階段的定電流恒電壓充電方式，即開(kāi)始階段蓄電池以固定電流充電到端電壓為2.25?2.3V。第二階段恒定電壓充電，充電電流逐漸減小，達(dá)到最低值時(shí)保持2h，即為充電結(jié)束。采用這種充電方式要求充電裝置具有自動(dòng)穩(wěn)壓和自動(dòng)穩(wěn)流的功能。實(shí)踐證明，第二種充電方式好，主要優(yōu)點(diǎn)是充電效率高，充電末期蓄電池組端電壓較低，可不與直流母線斷開(kāi)。均充機(jī)的額定電流應(yīng)滿足以下兩種情況的要求計(jì)算：1）滿足事故核對(duì)后的補(bǔ)充充電要求，額定電流按下式計(jì)算：le=1.1Qeg/T+ljc2）滿足核對(duì)性充放電要求，額定電流按下式計(jì)算：le=（0.1?0.125）Q10其中：le 充電設(shè)備的額定電流，A；Qeg——蓄電池的事故放電容量，Ah；T—一蓄電池組的最長(zhǎng)充電時(shí)間，可取8?12h；Ijc——直流系統(tǒng)的經(jīng)常負(fù)荷電流，A；Q10——蓄電池的10h放電容量，Aho三、直流系統(tǒng)的基本組成（22）按兩式計(jì)算后，取結(jié)果較大者作為均充機(jī)的額定電流。均充機(jī)的電壓調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)滿足蓄電池在各種充電情況下所需的最高和最低電壓的要求。一般對(duì)220V普通鉛酸蓄電池組,充電設(shè)備的電壓調(diào)節(jié)范圍為200?330V；110V時(shí)為100?160V。浮充機(jī)的輸出直流應(yīng)能承擔(dān)直流母線的最大負(fù)荷電流和蓄電池的自放電電流。浮充機(jī)的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，一般和充電設(shè)備的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍取得一致，以便作為充電整流器的備用。蓄電池組的浮充電運(yùn)行，實(shí)際上是在給定值下的恒電壓充電。浮充電電流的大小和浮充電電壓及蓄電池的特性有關(guān)。例如，GGF型蓄電池的浮充電電壓一般取2.15V。此時(shí)浮充電電流lf可按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算lf=0.0042Qe如按制造廠建議，閥控型鉛酸蓄電池浮充電電流約2mA/Ah。浮充電整流器的最大輸出電流Ife為lfe=lf+ljc隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)電源越來(lái)越趨于完善，高頻開(kāi)關(guān)型充電機(jī)在直流系統(tǒng)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。高頻開(kāi)關(guān)充電機(jī)是將三相交流電經(jīng)直流后轉(zhuǎn)換成高壓直流，再經(jīng)全橋PWM電路轉(zhuǎn)換為高頻交流電，其轉(zhuǎn)換頻率大約在20?200kHz之間，再經(jīng)高頻變壓器隔離降壓后進(jìn)行整流輸出。由于其頻率高，高頻變壓器的體積很小，轉(zhuǎn)換效率很高。圖18－3是高頻開(kāi)關(guān)電源原理框圖。高頻開(kāi)關(guān)電源一般做成模塊化結(jié)構(gòu)，一套直流電源有若干個(gè)模塊并聯(lián)而成，模塊間設(shè)有均流功能，即負(fù)載電流有各模塊平均分?jǐn)?。?dāng)其中一個(gè)模塊故障時(shí)，該模塊自動(dòng)退出運(yùn)行不會(huì)影響其它模塊的正常工作，其輸出電流由其它模塊分擔(dān)，故障模塊可以在運(yùn)行中拔出維修，稱(chēng)作熱插拔。鑒于以上特點(diǎn)，采用高頻開(kāi)關(guān)電源的充電機(jī)一般不設(shè)置兩臺(tái)充電機(jī)互為備用，而是采用模塊N+1的方式進(jìn)行熱備用，即上式計(jì)算出均充機(jī)額定電流，用該電流除模塊的額定電流得出模塊數(shù)，考慮一只模塊損壞后輸出電流仍然滿足要求，所以實(shí)際配置的模塊數(shù)應(yīng)是計(jì)算出的模塊數(shù)加1,稱(chēng)為N+1。如計(jì)算的充電機(jī)需要輸出的最大電流為18A，使用10A的模塊，按負(fù)載需要配置模塊2只，加一只備用，實(shí)際配置3只模塊。使用高頻開(kāi)關(guān)模塊的直流電源原理圖見(jiàn)圖18－1。使用高頻開(kāi)關(guān)電源不但使配置簡(jiǎn)化，可維護(hù)性好，而且使直流電源的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)大大提高。如交流輸入的電壓變化允許更大，一般波動(dòng)達(dá)到±15％額定電壓，允許輸入交流的頻率可達(dá)±10％額定頻率或更高，有的設(shè)置可以交直流兼用。穩(wěn)壓穩(wěn)流精度達(dá)到0.5%，紋波系數(shù)不大于0.1％。與相控型充電機(jī)相比均有了很大的提高。二、蓄電池在變電所中，常用的蓄電池一般有鎘鎳電池、敞開(kāi)式鉛酸電池和閥控式鉛酸電池等。敞開(kāi)式蓄電池應(yīng)用最早，由于該電池存放硫酸溶液的缸體不密封，充放電過(guò)程中產(chǎn)生的酸氣對(duì)環(huán)境污染很大。硫酸溶液中的水份揮發(fā)后還會(huì)造成電解液的比重變化，影響電池容量，縮短電池壽命。所以這種電池需要經(jīng)常測(cè)量端電壓與內(nèi)阻，還要測(cè)量電解液的比重，必要時(shí)需要補(bǔ)充蒸餾水。隨著蓄電池制造技術(shù)的不斷發(fā)展，新型防酸隔爆型蓄電池已經(jīng)代替了敞開(kāi)式的蓄電池。新型蓄電池不僅維護(hù)方便，壽命也長(zhǎng)。近年來(lái)，也有的變電所采用了鎘鎳蓄電池、密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。下面對(duì)鎘鎳蓄電池和閥控型鉛酸蓄電池的特性作簡(jiǎn)要介紹。鎘鎳蓄電池是目前國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)并可在工程上采用的堿性蓄電池。其正極板采用氧化鎳，負(fù)極板為鎘－鐵；電解液為氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液中加入適量的氫氧化鋰組成；外殼為封閉型。按放電流1(A)與蓄電池的額定容量C5(Ah)的關(guān)系分類(lèi)，可分為四種，即IV0.5C5(A)，為低倍率型；I=(0.5?3.5)C5(A)，為中倍率型；I=(3.5?7)C5(A)，為高倍率型；I>7C5(A)，為超高倍率型，我們常用的為中倍率型和高倍率型。鎘鎳蓄電池的主要電氣特性如下：額定電壓1.25V/只;充電特性：鎘鎳蓄電池的充電狀態(tài)有正常充電、浮充電、三種。正常充電：一般以0.2C5(A)來(lái)充電，充電時(shí)間為6?8h,終止電壓為1.6?1.8V/只。浮充電：浮充電電流為0.5?3mA/Ah。浮充電壓，中倍率型為1.42?1.45V/只，高倍率性為1.36?1.40V/只。3)均衡充電：充電電壓，中倍率型為1.52?1.55V/只，高倍率型為1.47?1.48V/只。充電時(shí)間，中倍率型為12h，高倍率型為8h。放電特性：鎘鎳蓄電池是以5h率放電、終止電壓為1.0V所放出的容量為額定容量。以其它放電率放電時(shí)，終止電壓不同，放出容量也不同。制造廠可提供各種放電率放電時(shí)的放電特性曲線。對(duì)于變電所使用的鎘鎳蓄電池，使用者所關(guān)心的是事故放電1h后，再?zèng)_擊放電，放電電流和端電壓值?，F(xiàn)在制造廠也能提供這種工況下的放電特性。實(shí)際上鎘鎳蓄電池的沖擊放電特性比鉛酸蓄電池好。例如，中倍率鎘鎳蓄電池以0.67C5(A)持續(xù)放電1h后,還可以按3C5(A)沖擊電流放電，端電壓不低于1.0V/只。高倍率型沖擊放電電流更大。短路電流水平：短路電流大小與蓄電池內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)，外電路電阻有關(guān)。蓄電池內(nèi)阻又與溫度、蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)外電路電阻為零時(shí)，鎘鎳蓄電池可供的最大短路電流，中倍率型為15.34A/Ah；高倍率型為58A/Aho蓄電池的內(nèi)阻由制造廠提供。采用鎘鎳蓄電池應(yīng)注意如下問(wèn)題。由于鎘鎳蓄電池充電末期電壓與放電末期電壓相差較大，約為1.8?1.9倍，為保持直流母線電壓不超過(guò)允許的變動(dòng)范圍，采用鎘鎳蓄電池組的直流電源應(yīng)有較大的調(diào)壓范圍。對(duì)充電裝置的穩(wěn)壓精確度要求很高(一般不超過(guò)1％)，對(duì)紋波系數(shù)要求低，要求紋波系數(shù)不超過(guò)1％o對(duì)穩(wěn)壓精確度要求高主要是鎘鎳蓄電池的浮充電壓相對(duì)較高，如浮充電源電壓不足，容易產(chǎn)生落后電池。在浮充電因負(fù)荷電流的變化，也能引起浮充電壓的變化，如不及時(shí)調(diào)整也會(huì)影響浮充電壓的穩(wěn)定。對(duì)紋波系數(shù)要求低是因鎘鎳蓄電池的起始放電特性較軟，當(dāng)與浮充電源并聯(lián)時(shí)，如交流分量大，可能造成在浮充電時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的瞬時(shí)放電電流，影響蓄電池組的壽命。閥控型鉛酸蓄電池是80年代末期從國(guó)外引進(jìn)的一種新型鉛酸蓄電池。它的工作原理、特性曲線、運(yùn)行方式與敞開(kāi)式鉛酸蓄電池基本相同。不同之處主要有以下幾點(diǎn)：閥控型鉛酸蓄電池的電解液有膠體與液體兩種，液體的一般吸附在極板間由超細(xì)玻璃纖維制成的隔膜中，吸附比約為90％。閥控型蓄電池存儲(chǔ)電解液的缸體是密封的，在缸體上裝有一個(gè)安全排氣閥，當(dāng)內(nèi)部氣體壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)排氣，直到壓力恢復(fù)正常自動(dòng)關(guān)閉。無(wú)論電池立放或臥放，電解液都不會(huì)溢出。所以它不需要添加電解液，維護(hù)工作量小。閥控型鉛酸蓄電池的電解液比重比普通鉛酸蓄電池高，因而其開(kāi)路電壓、浮充電電壓、均衡充電電壓均比普通鉛酸蓄電池高。在相同直流母線電壓情況下，所需的蓄電池個(gè)數(shù)也較少。因該電池沒(méi)有酸氣溢出，所以對(duì)環(huán)境污染很小，不需要專(zhuān)門(mén)的電池室。一般鉛酸蓄電池的電解液可以隨時(shí)補(bǔ)充、更換，蓄電池的壽命主要取決于極板的壽命。閥控型鉛酸蓄電池的極板經(jīng)特性處理，比較牢固，少有有效物脫落問(wèn)題，其壽命主要取決于電解液。因電解液是一次性沖充入，在使用過(guò)程中不能補(bǔ)充，電解液耗盡了，蓄電池的壽命也就終結(jié)了。蓄電池設(shè)計(jì)盡管采取了措施，但要在電池絕對(duì)損失電解液是辦不到的。選擇蓄電池容量的大小主要取決于負(fù)載的大小與性質(zhì)，一般要考慮。滿足全所事故停電時(shí)的放電容量；在有沖擊負(fù)荷時(shí)，應(yīng)滿足事故放電末期的最大沖擊負(fù)荷所需的容量；按最嚴(yán)重的事故放電方式，校驗(yàn)蓄電池的容量，應(yīng)能滿足直流母線電壓最低允許值的要求。對(duì)于控制負(fù)荷，直流母線電壓在直流系統(tǒng)額定電壓的85%-110%范圍內(nèi)。動(dòng)力負(fù)荷直流母線電壓在直流母線電壓在直流系統(tǒng)額定電壓的87.5%-112.5%范圍內(nèi)。在計(jì)算蓄電池容量時(shí)，全部事故持續(xù)的停電時(shí)間按1h計(jì)算，無(wú)人值班變電所按2h計(jì)算。對(duì)直流負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)有一定的計(jì)算方法，過(guò)程較為繁復(fù)，這里不作詳細(xì)介紹，需要時(shí)可以參照規(guī)程DL/T5120-2000《小型電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程》，DL/T5044-1995《火力發(fā)電廠變電所直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，實(shí)際應(yīng)用中要考慮負(fù)載的增長(zhǎng)并留有一定余量。三、降壓穩(wěn)壓裝置在直流電源系統(tǒng)中，為了兼顧蓄電池充電電壓的變化與控制母線輸出電壓的恒定，一般在充電機(jī)出口設(shè)置合閘電壓小母線，蓄電池就接在該母線上，當(dāng)有電磁型操作機(jī)構(gòu)時(shí)，合閘電源一般從該母線上引出，所以稱(chēng)為合閘小母線。在沒(méi)有電磁型操作機(jī)構(gòu)的變電所，該母線上不接其它負(fù)載。該母線由于接在蓄電池端口，母線電壓將隨著蓄電池充電方式的不同而變化。合閘母線通過(guò)一個(gè)降壓穩(wěn)壓裝置與控制母線連接。由于所有的保護(hù)裝置與控制回路均接于該母線，要求該母線的電壓保持相對(duì)的穩(wěn)定，該電壓的穩(wěn)定由降壓穩(wěn)壓裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。降壓穩(wěn)壓裝置可以有多種方法實(shí)現(xiàn)，但常用的有硅鏈降壓、斬波穩(wěn)壓與高頻開(kāi)關(guān)模塊直供控制母線穩(wěn)壓三種。使用硅鏈降壓最為簡(jiǎn)單、可靠，它通過(guò)在合閘母線與控制母線間串聯(lián)硅二極管組來(lái)起到降壓作用的，串連二極管的多少可以通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式調(diào)整，改變控制母線的電壓，所以也能起到一定的穩(wěn)壓作用。其原理接線如圖18—4(a),通過(guò)調(diào)節(jié)SA開(kāi)關(guān)可以調(diào)整接入的硅二極管數(shù)量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)控制母線電壓的目的。如果用自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的繼電器接點(diǎn)來(lái)代替開(kāi)關(guān)SA,就能起到自動(dòng)調(diào)節(jié)的效果。但是硅鏈降壓穩(wěn)壓有其不足的一面，一是因?yàn)楣桄溄祲河幸欢ǚ?，其調(diào)壓不能做到很細(xì)；二是不同負(fù)荷電流在硅鏈上的壓降有變化，當(dāng)負(fù)載電流突然變化時(shí)，控制母線的電壓有波動(dòng)。在選擇硅鏈的容量時(shí)，其調(diào)節(jié)電壓要能滿足調(diào)壓范圍需要，其電流要能承受最大負(fù)荷電流的需要，包括短時(shí)沖擊性負(fù)載。需要控制母線的電壓有較高的穩(wěn)定性，可以采用斬波穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，其接線如圖18—4(b)。斬波穩(wěn)壓是應(yīng)用高頻斬波原理來(lái)調(diào)節(jié)、穩(wěn)定輸出電壓的，其穩(wěn)壓精度可以達(dá)到0.5%。但是斬波穩(wěn)壓器有額定輸出電流的限制，一般配置的容量盡供正常負(fù)荷電流，過(guò)載能力差，當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)其額定電流時(shí)，其內(nèi)部保護(hù)動(dòng)作，輸出電壓會(huì)迅速下降，所以斬波常常配置硅鏈作為備用。硅鏈的降壓值調(diào)整為比斬波穩(wěn)壓器略大，所以正常運(yùn)行時(shí)硅鏈無(wú)電流通過(guò)，盡作為熱備用，當(dāng)負(fù)載電流增大超過(guò)斬波穩(wěn)壓器或斬波穩(wěn)壓器故障使控制母線下降時(shí)，硅鏈作為備用通道供給控制母線電源。提高控制母線電壓穩(wěn)定性的另外一個(gè)方案是將其中一只或數(shù)只高頻開(kāi)關(guān)電源模塊直接供控制母線，如圖18—4(c)。由于高頻開(kāi)關(guān)電源有很好的穩(wěn)壓性能，所以能保證控制母線電壓穩(wěn)定，其作用原理類(lèi)同與斬波穩(wěn)壓器，由于有容量限制，一般也要用硅鏈作為備用。還有一種是設(shè)置端電池，通過(guò)改變蓄電池?cái)?shù)量的方法來(lái)進(jìn)行調(diào)壓，該調(diào)壓方法現(xiàn)場(chǎng)操作繁瑣，端電池維護(hù)困難，現(xiàn)在已不常用，不再介紹。三、 直流系統(tǒng)的基本組成(59)四、 監(jiān)控裝置目前直流系統(tǒng)的功能越來(lái)越完善，為了完成各項(xiàng)功能，滿足其測(cè)量、監(jiān)視、調(diào)整、發(fā)送各類(lèi)告警信號(hào)及上遠(yuǎn)方發(fā)送信號(hào)等通訊需要，要求安裝一套監(jiān)控系統(tǒng)，特別是使用高頻開(kāi)關(guān)電源的直流系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)一般微機(jī)型裝置，主要完成以下工作。采用液晶屏幕顯示有關(guān)充電電流、電壓等數(shù)據(jù)。該裝置能設(shè)置充電的電壓、電流曲線，并對(duì)蓄電池的充電電壓進(jìn)行自動(dòng)溫度補(bǔ)償。（3）監(jiān)測(cè)高頻開(kāi)關(guān)模塊工作情況，當(dāng)某個(gè)模塊故障時(shí)發(fā)出告警型號(hào)；監(jiān)控模塊故障時(shí)，不影響高頻開(kāi)關(guān)模塊應(yīng)能正常工作。（4）具有對(duì)蓄電池的容量考核及內(nèi)阻檢測(cè)手段，并能自動(dòng)生成蓄電池的充放電曲線。提供必要的電池自動(dòng)（或手動(dòng)）檢測(cè)和控制功能，包括在線電池活化控制和內(nèi)阻測(cè)量等功能。（5）應(yīng)具有對(duì)交流輸入電源的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。（6）與變電所監(jiān)控系統(tǒng)通訊，將直流系統(tǒng)的各遙測(cè)量、遙信量發(fā)給變電所監(jiān)控系統(tǒng)。五、其它裝置為使直流系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)方便、可靠，還需要一些輔助設(shè)備，如在十七章《信號(hào)系統(tǒng)》中介紹的閃光裝置，對(duì)直流系統(tǒng)絕緣的監(jiān)測(cè)裝置。直流系統(tǒng)的輸入一般為三相交流電源，由變電所的所用電系統(tǒng)供電。變電所的所用電電源一般有兩個(gè)或以上，為在一個(gè)所用電電源故障或檢修時(shí)不影響直流充電機(jī)的正常運(yùn)行，對(duì)有兩臺(tái)充電機(jī)的直流系統(tǒng)，兩臺(tái)充電機(jī)要求接不同的所用電，也可以與高頻開(kāi)關(guān)電源等只有一臺(tái)充電機(jī)的直流系統(tǒng)一樣，在兩路所用電源間設(shè)切換裝置，如圖18－1所示。在直流電源柜上，一般還安裝有蓄電池的放電電阻，用來(lái)為蓄電池核對(duì)性充放電時(shí)提供負(fù)載，一方面使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)時(shí)減少工作量，對(duì)于具有微機(jī)監(jiān)控的直流系統(tǒng)，可以通過(guò)整定定期對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電工作。由于充放電時(shí)要將大量電能通過(guò)放電電阻轉(zhuǎn)化為熱能釋放，所以放電電阻在該過(guò)程中溫度很高，所以一般將該電阻安裝在屏柜的頂部，與其它元件保持足夠的距離，并有隔熱措施及通風(fēng)措施。當(dāng)然，現(xiàn)在也有通過(guò)逆變將蓄電池中的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鼽c(diǎn)在輸入電源的裝置，由于該裝置造價(jià)較高，技術(shù)較為復(fù)雜，所以一般的系統(tǒng)中較少應(yīng)用。四、直流系統(tǒng)的接線蓄電池的組數(shù)主要取決于直流負(fù)荷的性質(zhì)和對(duì)負(fù)荷的供電方式。選用一組還是兩組蓄電池，在變電所的設(shè)計(jì)規(guī)程中有所規(guī)定，對(duì)220kV以上變電所的直流負(fù)荷均為一類(lèi)負(fù)荷，均應(yīng)設(shè)置兩組蓄電池。對(duì)220kV變電所一般只設(shè)置一組蓄電池，當(dāng)該220kV變電所為無(wú)人值班或樞紐變時(shí)，一般也要求設(shè)置兩組蓄電池。對(duì)110kV及以下的變電所，只設(shè)置一組蓄電池。當(dāng)變電所設(shè)置一組蓄電池時(shí)，如使用相控式充電機(jī)，則一般設(shè)均充機(jī)和浮充機(jī)兩套，互為備用。當(dāng)使用高頻開(kāi)關(guān)電源充電機(jī)時(shí)，一般設(shè)一臺(tái)充電機(jī)，只在模塊容量上考慮備用。對(duì)于兩組蓄電池的直流系統(tǒng)，相控式充電機(jī)仍然是設(shè)均充機(jī)和浮充機(jī)兩套，高頻開(kāi)關(guān)電源的充電機(jī)也設(shè)相同的兩套，分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)蓄電池組。對(duì)于重要的500kV變電所，也可以設(shè)置三臺(tái)充電機(jī)，其中一臺(tái)作為備用。直流系統(tǒng)中的主要電源是蓄電池組，其次是充電和浮充電設(shè)備。220?500kV變電所蓄電池正常情況下以浮充電方式運(yùn)行。直流負(fù)荷實(shí)際上由浮充電設(shè)備供電，蓄電池處于浮充電狀態(tài)。合理地配置蓄電池及充電浮充電設(shè)備有利于提高直流系統(tǒng)的供電可靠性。在只有一組蓄電池時(shí)，蓄電池組因故退出運(yùn)行，臨時(shí)可由充電或浮充電設(shè)備供電。為提高可靠性，充電和浮充電設(shè)備應(yīng)分別接在兩段直流母線上。當(dāng)交流所用電系統(tǒng)有雙電源時(shí)，充電和浮充電設(shè)備應(yīng)接在不同的交流電源回路。當(dāng)有兩組蓄電池時(shí)，每段直流母線接一組蓄電池和一套浮充電設(shè)備。充電設(shè)備兩組蓄電池共用。兩套浮充電設(shè)備應(yīng)接在不同的交流電源回路。直流母線的接線方式與蓄電池的組數(shù)、直流負(fù)荷的供電方式以及充電、浮充電設(shè)備的配置方式等因素有關(guān)。110kV以下變電所一般采用單母線接線，220?500kV變電所常用的直流母線接線方式有單母線分段和雙母線兩種。單母線分段接線的特點(diǎn)：（1） 每回路只需一組母線開(kāi)關(guān)，設(shè)備少，接線簡(jiǎn)單、清晰，直流屏內(nèi)布線方便；（2） 能方便的形成兩個(gè)互不聯(lián)系的直流，有益于提高直流系統(tǒng)接的可靠性；（3） 查找直流接地方便。雙母線接線的特點(diǎn)：（1）每回路設(shè)有兩組母線開(kāi)關(guān)（或一組切換式刀開(kāi)關(guān)），可任意接到一組母線上；（2）可在不間斷對(duì)負(fù)荷供電的情況下，查找直流系統(tǒng)接地。雙母線接線比單母線分段接線，母線刀開(kāi)關(guān)用量大，直流屏內(nèi)設(shè)備擁擠，布線困難，檢修、維護(hù)也不方便。目前220kV及以上變電所一般采用單母線分段接線。當(dāng)只有一組蓄電池而采用單母線分段接線時(shí)，蓄電池經(jīng)兩組開(kāi)關(guān)可隨意接在任一段母線上，該同時(shí)開(kāi)關(guān)也用作母線分段開(kāi)關(guān)。充電和浮充電設(shè)備分別接在兩段母線上，直流負(fù)荷也平均地分配在兩段母線上。正常情況下，兩段母線通過(guò)分段開(kāi)關(guān)并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)查找接地或需停電檢查某段母線時(shí)，分段開(kāi)關(guān)才斷開(kāi)。對(duì)于直流饋線，220kV及以上變電所考慮到保護(hù)裝置的雙重化及控制回路的雙重化，一是要求保護(hù)電源與控制電源分開(kāi)，分別由不同的小開(kāi)關(guān)供電或供不同的小母線；二是要求雙重化的兩組電源由直流系統(tǒng)不同的母線供電。事故照明宜分為兩個(gè)回路，分別接在兩段母線上。在有直流動(dòng)力合閘和大容量直流電動(dòng)機(jī)的情況下，這些動(dòng)力負(fù)荷應(yīng)按其額定容量，平均分配在兩組蓄電池上。其他直流負(fù)荷，如試驗(yàn)電源，交流不間斷電源設(shè)備，常明燈，遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置的備用電源等應(yīng)按其容量平均接在直流母線上。特別要提出的是，500kV變電所在正常運(yùn)行時(shí)，一定要保持兩組蓄電池系統(tǒng)的獨(dú)立性，即電氣上不相連接。這不僅有助于提高直流系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也能有效地減小直流系統(tǒng)的對(duì)地電容，減小直流接地時(shí)產(chǎn)生的電容電流。對(duì)直流系統(tǒng)的空氣開(kāi)關(guān)或熔斷器，其容量不但要滿足在最大動(dòng)態(tài)工作電流的1.5倍，還一定要考慮上下級(jí)的配合，上級(jí)開(kāi)關(guān)或熔斷器的容量不能低于下級(jí)總的最大動(dòng)態(tài)工作電流的1.5倍。由于使用對(duì)于保護(hù)裝置及控制回路，宜用空氣開(kāi)關(guān)取代熔斷器，但考慮到上下級(jí)都是空氣開(kāi)關(guān)時(shí)很南配合，所以保護(hù)裝置或控制回路空氣開(kāi)關(guān)的上級(jí)宜采用熔斷器。五、直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察與電壓監(jiān)視直流系統(tǒng)的正常與否，直接影響到變電所繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行，可以說(shuō)，直流系統(tǒng)如果發(fā)生故障不能提供正常的直流電壓，整個(gè)變電所都將被迫停運(yùn)。所以提高直流系統(tǒng)的可靠性，加強(qiáng)對(duì)直流系統(tǒng)的監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并予以消除非常重要。從直流