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直流不停電電源原理

概述

發(fā)電站和變電所中，為控制、信號、保護(hù)、自動裝置以及某些執(zhí)行機構(gòu)宮殿的直流電源系統(tǒng)，要求可靠，即在正常情況下和事故情況下應(yīng)保證直流電源不間斷供電。

蓄電池

蓄電池組構(gòu)成的直流不停電電源，具有很高的可靠性，整個蓄電池組故障的可能性極小。因為蓄電池組的故障，總是首先在個別電池中發(fā)生，而且其發(fā)展過程緩慢，易于即時發(fā)現(xiàn)和消除，以延長蓄電池組整體壽命。

目前在變電所中所使用的蓄電池種類很多，常用鉛酸閥控式密封電池或防酸式鉛酸蓄電池和高倍率鎘鎳電池。

閥控式密封鉛酸蓄電池：90年代發(fā)展起來的鉛酸蓄電池，因具有密封結(jié)構(gòu)，無酸霧排出，運行維護(hù)工作量小，克服了防酸式鉛酸蓄電池的缺點，具有單節(jié)電壓高、成本低、壽命長、放電特性好、技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)、安裝方便、安全可靠、維護(hù)簡單和占地面積小凳優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

防酸式鉛酸蓄電池使用歷史較長，這類電池運行中可以加液，便于監(jiān)視、壽命較長、價格較低，但體積大，運行中產(chǎn)生氫氣，且伴隨著酸霧，對環(huán)境污染較大，維護(hù)復(fù)雜。在大、中型發(fā)電廠，220kV及以上變電站和直流輸電換流站中，一般采用有人值班方式，容許合理的安排場地，所以推薦采用防酸式鉛酸蓄電池。

在80年代初開始廣泛應(yīng)用高倍率鎘鎳堿性蓄電池，由于單節(jié)電池電壓1.2V，構(gòu)成直流系統(tǒng)時需電池數(shù)量較多，維護(hù)相對復(fù)雜。同時，其具有放電特性陡、降幅大、終止電壓低、成本較高、存在較強的記憶效應(yīng)和熱降容效應(yīng)等缺點。

鎘鎳堿性蓄電池的優(yōu)勢在于瞬間大電流放電性能，例如高倍率電池，要保持1.1V/個的終止電壓，初始以300ms放電時電流可達(dá)10C5～12C5 。對于110kV及以下的小型變電所的直流電源由于經(jīng)常負(fù)荷和事故持續(xù)放電電流均較小，若具有電磁合閘線圈需要承受較大的沖擊電流，則選擇小容量鎘鎳堿性電池即可滿足上述要求。

蓄電池的選取

大型和中型發(fā)電廠、220kV級以上變電所和直流輸電換流站宜采用防酸式鉛酸蓄電池或閥控式密封鉛酸蓄電池。

小型發(fā)電廠及110kV變電所宜采用閥控式密封鉛酸蓄電池、防酸式鉛酸蓄電池或，也可采用中倍率鎘鎳堿性蓄電池。

35kV及以下變電所和發(fā)電廠輔助車間宜采用閥控式密封鉛酸蓄電池，也可采用高倍率鎘鎳堿性蓄電池。

蓄電池的組數(shù)

對于發(fā)電廠，當(dāng)機組臺數(shù)為三臺及以上，且總?cè)萘繛?00MW及以上時，宜裝設(shè)兩組蓄電池；其他情況下可裝設(shè)一組蓄電池。

對于110kV及以下變電所宜裝設(shè)一組蓄電池，重要的110kV變電所也可裝設(shè)兩組蓄電池，當(dāng)一組蓄電池進(jìn)行充放電試驗時，另一組蓄電池投入運行，以保證直流系統(tǒng)不間斷供電。

負(fù)荷的分類

按功能分類

控制負(fù)荷：包括電氣和熱工的控制、信號裝置和繼電保護(hù)、自動裝置以及儀器儀表等小容量負(fù)荷，在變電站中數(shù)量多、范圍廣，但容量小。

動力負(fù)荷：包括直流潤滑油泵電動機、氫密封油泵電動機、電磁操作的斷路器合閘機構(gòu)、交流不間斷電源裝置、遠(yuǎn)動和通信裝置電源、直流照明等大功率的負(fù)荷。其容量較大，對蓄電池容量及設(shè)備選擇起著決定作用。變電站中，主要是電磁操作機構(gòu)和直流照明電源。

按性質(zhì)分類

經(jīng)常負(fù)荷：要求直流電源在各種工況下均應(yīng)可靠供電的負(fù)荷。主要包括經(jīng)常帶電的繼電器、信號燈、位置指示器及直流長明燈或其他常接入直流系統(tǒng)中的用電設(shè)備，一般可取1～2kW。

事故負(fù)荷：要求直流電源在交流電源事故停電時間內(nèi)可靠供電的負(fù)荷，并應(yīng)按事故初期負(fù)荷和事故持續(xù)負(fù)荷以及隨機負(fù)荷分類。主要包括事故照明負(fù)荷、直流油泵電動機、不間斷電源、遠(yuǎn)動、通信備用電源、信號和機電保護(hù)裝置等。

沖擊負(fù)荷：指極短的時間內(nèi)施加的很大的負(fù)荷電流，出現(xiàn)在事故初期（1min）稱為初期沖擊負(fù)荷，此后稱為隨機符合。主要包括直流油泵的啟動電流和斷路器的合閘電流等。

系統(tǒng)電壓等級

專供動力負(fù)荷的直流系統(tǒng)宜采用220V。

專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)宜采用110V。

控制負(fù)荷和動力負(fù)荷聯(lián)合供電的直流系統(tǒng)采用220V或110V。

當(dāng)采用弱電控制或弱電信號接線時，采用48V及以下的電壓。

采用220V系統(tǒng)，可以減小電纜、導(dǎo)線的截面積，節(jié)省有色金屬。僅作控制、保護(hù)、信號用的直流操作電源電壓，也可以采用110V系統(tǒng)。采用110V優(yōu)點是可以減小蓄電池個數(shù)和蓄電池室面積，從而簡化安裝和維護(hù)工作，還可以降低直流系統(tǒng)絕緣水平，減小中間繼電器斷線和接地故障幾率，對二次設(shè)備的安全運行有利。但是由于電壓降低，電纜截面積需要增加大約4倍，提高了初期投資的規(guī)模。

充電裝置

目前充電裝置主要有高頻開關(guān)型充電裝置和晶閘管型充電裝置兩種類型。高頻開關(guān)型充電裝置，單塊額定電流通常為5～40A，該裝置體積小，質(zhì)量輕，效率高，使用維護(hù)方便，可靠性高，技術(shù)性能指標(biāo)先進(jìn)，自動化水平高，因此應(yīng)用廣泛。晶閘管型充電裝置接線簡單，輸出功率較大，價格較便宜，技術(shù)性能滿足直流系統(tǒng)要求，應(yīng)用也較普遍。

充電方式

均衡充電是為了消除各蓄電池在使用過程中產(chǎn)生密度、端電壓等不均衡現(xiàn)象，出現(xiàn)落后電池甚至反極性電池而進(jìn)行的過充電措施。一般采用先恒流限壓，再恒壓限流的充電方式。

對于長期處于浮充運行的蓄電池通常一個季度需進(jìn)行一次均衡充電，對于經(jīng)過事故放電后的電池也將進(jìn)行均衡充電。

浮充充電時，充電電源一方面向直流負(fù)荷供電，一方面向蓄電池進(jìn)行小電流補充電，以彌補電池自放電損耗。閥控密封式鉛酸電池的浮充電流極小，大概為1%I10。

對閥控密封式鉛酸電池需進(jìn)行以25℃為基礎(chǔ)，每2V電池-3mV/℃的浮充電壓溫度補償可有效抑制閥控密封式鉛酸電池的“熱失控”效應(yīng)。

對于閥控式密封電池以外的新出廠的電池，均需要進(jìn)行初充電，以保證電池的電解密度和活性物質(zhì)充分轉(zhuǎn)化。電池廠家會附帶一份電池初充電的設(shè)定值，充電方式仍然是采用均衡充電的先恒流限壓，后恒壓限流的方式，只是整定值不同。我司會派遣專業(yè)調(diào)試人員到現(xiàn)場針對防酸式鉛酸蓄電池及鎘鎳蓄電池進(jìn)行調(diào)配電解液及初充電操作，通常初充電后需要進(jìn)行深度放電，并可能伴隨多個充放電的循環(huán)操作。

另外，為了避免“熱失控”效應(yīng)，也要關(guān)注電池電壓的分散性，一組電池在充電過程中任何兩個電池之間端電壓差小于規(guī)定值。對于2V單節(jié)的鉛酸閥控式密封電池，在2.25V的浮充電壓下，端電壓中最大與最小的差值需小于50mV。對于12V單節(jié)電池，則為300mV，依此類推。

母線電壓允許變動范圍

為了保證電力系統(tǒng)安全和可靠，直流系統(tǒng)在任何情況下，直流母線允許的電壓變動范圍為：

專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)：（85%～110%）Un。

專供動力負(fù)荷的直流系統(tǒng)：（87.5%～112.5%）Un。

動力、控制負(fù)荷聯(lián)合供電的直流系統(tǒng)：（87.5%～110%）Un。

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