电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择培训讲稿(编辑修改稿)

电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择培训讲稿(编辑修改稿)内容摘要：

号装置、控制回路和继电保护装置误动作，甚至造 成直流正负极短路，从而引发严重的电力事故。 因此直流系统对地应有良好的绝缘，必须对其进行实时的在线监测，当某一点出现接地故障时，立即发出告警信号，提醒运行人员查找并排除接地故障，从而杜绝直流系统接地可能引起的事故。 直流系统的绝缘检测由母线绝缘检测和支路绝缘检测两部分组成，分别说明如下： 母线绝缘检测 图 29 母线绝缘检测原理图 如图 29 所示，采用不平衡电桥测量电路，由微处理器控制开关 S1 和 S2 顺序导通，分别测得两组直流母线正负极对地的电压值数据，然后解方程求出直流母线正负极对地的绝缘电 阻值。 根据欧姆定律在开关 S1 和 S2 分别闭合时得到方程式： U+1*(R+2Rz) U1*(R+Rf) S1 闭合， S2 断开时： ＝ （方程一） R*Rz R*Rf U+2*(R+Rz) U2*(R+2Rf) S2 闭合， S1 断开时： ＝ （方程二） +S2S1RRRRU+URzRf电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择 XX电源 12 R*Rz R*Rf 已知 U+ U U+ U2 和 R，解方程可以分别求出直流母线正极对地的绝缘电阻 Rz和负极对地的绝缘电阻 Rf 的值。 这种母线绝缘检测技术可以准确地测量出直流系统正负极对地总的绝缘电阻，但不能确定直流系统各供电支路（直流馈电输出）的正负极对地的绝缘电阻值。 因此，如果直流系统出现接地故障时，对接地故障点的查找只能采用逐路断开各馈电支路，顺着支路逐级查找仪确定接地故障点。 这种方法即费时又费力，而且断开支路上的各 种装置要暂时退出工作，存在引起电力事故的危险。 支路绝缘监测 对直流系统各馈电支路正负极对地的绝缘电阻的检测，是在各馈电支路回路安装电流互感器，采用低频叠加或直流漏电流的原理，计算出馈电支路的正负极对地的绝缘电阻值。 这两种原理各有自己的优缺点，分别说明如下： 1） 低频叠加原理：由低频信号源产生的超低频信号由直流母线对地耦合到直流系统，采用无源交流微电流传感器，感应流过各馈电支路中接地电阻与接地电容的超低频信号电流，其大小直接反映出支路接地电阻的变化。 感应电流信号经过放大、相位比较、滤波、 A/D 转换后，进行数据处 理并计算出相应的接地电阻值，判断出直流馈电支路的接地故障。 这一技术的电流传感器不受一次侧电流和温度变化的影响，缺点是检测精度受分布电容和低频信号衰减的影响较大。 当然可以采用信号相位比较技术进行超前校正及跟踪，消除支路分布电容对接地电阻测量精度的影响，同时克服母线上非同步交流信号的干扰，解决了因判断数据不全引发的支路误报和漏报现象。 2） 直流漏电流原理：采用磁调制有源直流微电流传感器，馈电支路正负极穿过传感器的正常负荷电流大小相等、方向相反，在传感器中的合成直流电磁场为零，其二次输出也为零；当支路回路的正负极存在 接地电阻时，就会感应产生漏电流，并且在传感器中合成漏电流磁场，其二次输出就直接反映接地漏电流的大小，结合母线绝缘检测不平衡电桥电路的对地电压测量数据，可以计算出支路对地的绝缘电阻值，从而判断出直流馈电支路的接地故障。 这一技术无需在直流母线上叠加任何信号，对直流系统不会产生任何不良影响，检测精度不受直流系统对地分布电容的影响，且灵敏度高，巡检速度快。 缺点是有源直流传感器 设计制造复杂 ， 对 温度变化 对其精度有一定的影响 ，输出 可能 产生漂移，影响测量精度。 需 采取校正技术消除磁偏和温度的影响 3. 直流系统的设计原则 系统电 压 直流系统标称电压按下列要求确定： a) 专供控制负荷的直流系统标称电压宜采用 110V。 电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择 XX电源 13 b) 专供动力负荷的直流系统标称电压宜采用 220V。 c) 对控制负荷与动力负荷合并供电的直流系统标称电压宜采用 220V。 直流系统在正常浮充运行情况下，直流母线电压应为直流系统标称电压的 105％。 注：浮充运行的具体电压值由工程确定的蓄电池类型和个数决定。 直流系统在均衡充电运行情况下，其直流母线电压应满足如下要求： a) 专供控制负荷的直流系统，应不高于直流系统标称电压的 110％。 b) 专供动力负荷的直流系统，应不高于直流系统标称电压的 ％。 c) 对控制负荷与动力负荷合并供电的直流系统，应不高于直流系统标称电压的 110％。 直流系统在事故放电情况下，其蓄电池组出口端电压应满足如下要求： a) 专供控制负荷的直流系统，应不低于直流系统标称电压的 85％。 b) 专供动力负荷的直流系统，应不低于直流系统标称电压的 ％。 c) 对控制负荷与动力负荷合并供电的直流系统，应不低于直流系统标称电压的 ％。 对设置硅降压装置，控制负荷与动力负荷混合供电的直流系统： a) 正常浮充运行情况下，控制母线电压应不高于直流系统标称电压的 105％，动力母线电压应不高于直流系统标 称电压的 110％。 b) 均衡充电运行情况下，控制母线电压应不高于直流系统标称电压的 110％，动力母线电压应不高于直流系统标称电压的 115％。 c) 事故放电运行情况下，其蓄电池组出口端电压应不低于直流系统标称电压的 %。 蓄电池组 蓄电池型式： a) 大型和中型发电厂、 220kV 及以上变电所和直流输电换流站采用防酸式铅酸蓄电池或阀控式铅酸蓄电池。 b) 小型发电厂、 110kV 及以下变电所采用阀控式铅酸蓄电池。 c) 阀控式铅酸蓄电池的容量为 100Ah 以上时，宜选用单只电压为 2V 的产品；蓄电池的容量为 100Ah 及以下时，可选用单 只电压为 6V 或 12V 的产品。 蓄电池组数： a) 设有主控制室的发电厂，当机组总容量为 100MW 及以上时，应装设 2 组蓄电池。 其它情况下可装设 1 组蓄电池。 b) 容量为 200MW 以下机组的发电厂，当采用单元控制室的控制方式时，每台机组可装设 1 组蓄电池 (控制负荷与动力负荷合并供电 )。 c) 容量为 200MW 级机组的发电厂，且升高电压为 220kV 及以下时，每台机组可装设1 组蓄电池 (控制负荷与动力负荷合并供电 )或 2 组蓄电池 (控制负荷与动力负荷分别供电 )。 d) 容量为 300MW 级机组的发电厂，每台机组宜装设 3 组蓄电池，其中 2 组对控制负电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择 XX电源 14 荷供 电，另 1 组对动力负荷供电，或装设 2 组蓄电池 (控制负荷与动力负荷合并供电 )。 e) 容量为 600MW 级机组的发电厂，每台机组应装设 3 组蓄电池，其中 2 组对控制负荷供电，另 1 组对动力负荷供电。 f) 小型供热发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂和垃圾发电厂，根据需要可装设 1 组或2 组蓄电池。 g) 当发电厂网络控制系统中包括有 220kV 及以上电气设备时，应独立装设不少于 2 组蓄电池对控制负荷和动力负荷供电。 当设有继电保护装置小室时，可将蓄电池组分散装设。 其它情况的网络控制室可装设 1 组蓄电池。 h) 220kV～ 750kV 的变电所，应装设不少于 2 组 蓄电池对控制负荷和动力负荷供电。 当设有继电保护装置小室时，可将蓄电池组分散装设。 i) 直流输电换流站，站用蓄电池可装设 2 组，极用蓄电池每极可装设 2 组。 j) 110kV 及以下变电所宜装设 1 组蓄电池，对于重要的 110kV 变电所也可装设 2 组蓄电池。 k) 控制和信号系统的直流电源电压为 48V 及以下时，宜采用 DC/DC 变换器，或独立装设 2 组蓄电池。 充电装置 充电装置型式：高频开关整流器。 整流器组数： a) 1 组蓄电池的直流系统，宜配置 1 组整流器，也可以配置 2 组相同容量的整流器。 b) 2 组蓄电池的直流系统，宜配置 2 组整流器，也可以配置 3 组相同容量的整流器。 接线方式 母线接线方式 a) 1 组蓄电池的直流系统，采用单母线接线或单母线分段接线方式。 b) 2 组蓄电池的直流系统，应采用二段单母线接线方式，蓄电池组分别接于不同母线段上。 二段直流母线之间设置联络开关电器，且满足在运行中二段直流母线切换时不中断供电的要求。 两段直流母线切换过程中允许两组蓄电池短时并联运行。 蓄电池组和充电装置均应经隔离和保护电器接入直流系统。 a) 直流系统为单母线分段接线方式时，蓄电池组和充电装置的连接方式如下：  1 组蓄电池配置 1 组整流器时，二者应跨接在两段直流母线上。  1 组蓄电池配 置 2 组整流器时，两组整流器应接入不同直流母线段，蓄电池组应跨接在两段直流母线上。 b) 直流系统为二段单母线接线方式时，蓄电池组和充电装置的连接方式如下：  2 组蓄电池配置 2 组整流器时，每组蓄电池及其整流器应分别接入不同直流母线段。  2 组蓄电池配置 3 组整流器时，每组蓄电池及其整流器应分别接入不同直流母线段，第 3 组公用整流器应经切换电器可对 2 组蓄电池进行充电。 电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择 XX电源 15 设置硅降压装置，控制负荷与动力负荷混合供电的直流系统，其硅降压装置串接在控制母线与动力母线之间。 每组蓄电池均应设置专用的试验放电回路。 试验放电设备应经隔离和 保护电器直接与蓄电池组出口回路并联。 对于小型发电厂和各电压等级的变电站直流系统，试验放电装置宜采用微机控制的电阻型产品；对于大、中型发电厂直流系统，试验放电装置宜采用微机控制的有源逆变型产品。 保护和监控 保护 a) 充电装置的交流输入回路装设交流断路器保护，并装设吸收浪涌电压的 C 级和 D 级防雷器产品。 b) 充电装置直流输出回路、蓄电池组出口回路和蓄电池组试验放电回路，装设熔断器或直流断路器保护。 c) 直流馈电回路装设直流断路器保护。 d) 二次控制和信号电源回路均装设熔断器保护。 e) 装设硅降压装置的直流系统具有防止硅元件开路的应 急措施。 f) 各级保护电器的配置，应根据直流系统的短路电流计算结果，保证具有可靠性、选择性、灵敏性和速动性。 测量 a) 直流系统在直流屏柜上应装设以下测量表计：  充电装置输出回路和蓄电池组出口回路的直流电流表。  充电装置输出回路、蓄电池组出口回路和直流主母线的直流电压表。 b) 直流屏柜上的测量表计宜采用四位半精度的数字式表计。 c) 直流主母线应装设绝缘监测装置，以在线监视直流系统对地的绝缘状况。 d) 蓄电池组可选择装设电压巡检装置，以在线监视电池组单体的电压水平。 信号 a) 充电装置的交流输入回路装设电源监视模块，当交流电源失压或 缺相时，应发出报警信号到微机监控单元。 b) 充电装置的交流输入回路装设防雷器监视模块，当防雷器失效时，应发出报警信号到微机监控单元。 c) 充电装置的整流模块在交流输入电压过高或过低、直流输出过压或过流及温度过高保护时，应发出报警信号到微机监控单元。 d) 充电装置直流输出回路和蓄电池组出口回路的熔断器熔断或断路器跳闸时，应发出报警信号到微机监控单元。 e) 直流馈电回路的断路器保护跳闸时，应发出报警信号到微机监控单元。 f) 对直流绝缘监测装置，当直流母线对地的绝缘电阻过低时，应发出报警信号到微机电力工程直流操作电源系统的原理、设计与设备选择 XX电源 16 监控单元。 g) 对装设硅降压装置的系统， 当降压硅堆故障时，应发出报警信号到微机监控单元。 h) 对装设电池巡检装置的系统，当 单体电池电压 过高或过低 及蓄电池开路或短路时，应发出报警信号到微机监控单元。 自动化要求 a) 直流系统宜按每组蓄电池组设置一套微机监控装置。 b) 直流系统微机监控装置应具有下列基本功能：  参数显示： 实时显示各个下级设备的各种信息，包括采集数据、设置数据等。 通过键盘和 LCD，可以随时查看整个电源系统的运行状态和参数，包括直流母线电压、绝缘电阻；蓄电池组均∕浮充状态、充电电压和电流及环境温度；充电装置直流输出电压和电流。  信号报警： 直流系统中各 设备产生的报警信号应上传到监控单元，监控装置可实时地显示当前的告警内容。 监控装置也能根据所采集的数据自行判断，并产生相应的报警信息。 所有的这些报警信息应具有对应的继电器触点输出 (无源干结点 )。  电池管理： 自动控制调节蓄电池的充电电压和电流，以蓄电池。