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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(hào)、保護(hù)、自動(dòng)裝置以及某些執(zhí)行機(jī)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(gè)蓄電池組故障的可能性極小。因?yàn)樾铍姵亟M的故障，總是首先在個(gè)別電池中發(fā)生，而且其發(fā)展過(guò)程緩慢，易於即時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除，以延長(zhǎng)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(lái)的鉛酸蓄電池，因具有密封結(jié)構(gòu)，無(wú)酸霧排出，運(yùn)行維護(hù)工作量小，克服了防酸式鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)，具有單節(jié)電壓高、成本低、壽命長(zhǎng)、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(jiǎn)單和占地面積小凳優(yōu)點(diǎn)，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(zhǎng)，這類電池運(yùn)行中可以加液，便於監(jiān)視、壽命較長(zhǎng)、價(jià)格較低，但體積大，運(yùn)行中產(chǎn)生氫氣，且伴隨著酸霧，對(duì)環(huán)境污染較大，維護(hù)複雜。在大、中型發(fā)電廠，220kV及以上變電站和直流輸電換流站中，一般採(cǎi)用有人值班方式，容許合理的安排場(chǎng)地，所以推薦採(cǎi)用防酸式鉛酸蓄電池。

在80年代初開(kāi)始廣泛應(yīng)用高倍率鎘鎳鹼性蓄電池，由於單節(jié)電池電壓1.2V，構(gòu)成直流系統(tǒng)時(shí)需電池?cái)?shù)量較多，維護(hù)相對(duì)複雜。同時(shí)，其具有放電特性陡、降幅大、終止電壓低、成本較高、存在較強(qiáng)的記憶效應(yīng)和熱降容效應(yīng)等缺點(diǎn)。

鎘鎳鹼性蓄電池的優(yōu)勢(shì)在於瞬間大電流放電性能，例如高倍率電池，要保持1.1V/個(gè)的終止電壓，初始以300ms放電時(shí)電流可達(dá)10C5～12C5 。對(duì)於110kV及以下的小型變電所的直流電源由於經(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衝擊電流，則選擇小容量鎘鎳鹼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(jí)以上變電所和直流輸電換流站宜採(cǎi)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變電所宜採(cǎi)用閥控式密封鉛酸蓄電池、防酸式鉛酸蓄電池或，也可採(cǎi)用中倍率鎘鎳鹼性蓄電池。

35kV及以下變電所和發(fā)電廠輔助車間宜採(cǎi)用閥控式密封鉛酸蓄電池，也可採(cǎi)用高倍率鎘鎳鹼性蓄電池。

蓄電池的組數(shù)

對(duì)於發(fā)電廠，當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)為三臺(tái)及以上，且總?cè)萘繛?00MW及以上時(shí)，宜裝設(shè)兩組蓄電池；其他情況下可裝設(shè)一組蓄電池。

對(duì)於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(yàn)時(shí)，另一組蓄電池投入運(yùn)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(hào)裝置和繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置以及儀器儀錶等小容量負(fù)荷，在變電站中數(shù)量多、範(fàn)圍廣，但容量小。

動(dòng)力負(fù)荷：包括直流潤(rùn)滑油泵電動(dòng)機(jī)、氫密封油泵電動(dòng)機(jī)、電磁操作的斷路器合閘機(jī)構(gòu)、交流不間斷電源裝置、遠(yuǎn)動(dòng)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(duì)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(jī)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(hào)燈、位置指示器及直流長(zhǎng)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(shí)間內(nèi)可靠供電的負(fù)荷，並應(yīng)按事故初期負(fù)荷和事故持續(xù)負(fù)荷以及隨機(jī)負(fù)荷分類。主要包括事故照明負(fù)荷、直流油泵電動(dòng)機(jī)、不間斷電源、遠(yuǎn)動(dòng)、通信備用電源、信號(hào)和機(jī)電保護(hù)裝置等。

衝擊負(fù)荷：指極短的時(shí)間內(nèi)施加的很大的負(fù)荷電流，出現(xiàn)在事故初期（1min）稱為初期衝擊負(fù)荷，此後稱為隨機(jī)符合。主要包括直流油泵的啟動(dòng)電流和斷路器的合閘電流等。

系統(tǒng)電壓等級(jí)

專供動(dòng)力負(fù)荷的直流系統(tǒng)宜採(cǎi)用220V。

專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)宜採(cǎi)用110V。

控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷聯(lián)合供電的直流系統(tǒng)採(cǎi)用220V或110V。

當(dāng)採(cǎi)用弱電控制或弱電信號(hào)接線時(shí)，採(cǎi)用48V及以下的電壓。

採(cǎi)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(hào)用的直流操作電源電壓，也可以採(cǎi)用110V系統(tǒng)。採(cǎi)用110V優(yōu)點(diǎn)是可以減小蓄電池個(gè)數(shù)和蓄電池室面積，從而簡(jiǎn)化安裝和維護(hù)工作，還可以降低直流系統(tǒng)絕緣水準(zhǔn)，減小中間繼電器斷線和接地故障幾率，對(duì)二次設(shè)備的安全運(yùn)行有利。但是由於電壓降低，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(kāi)關(guān)型充電裝置和晶閘管型充電裝置兩種類型。高頻開(kāi)關(guān)型充電裝置，單塊額定電流通常為5～40A，該裝置體積小，品質(zhì)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(dòng)化水準(zhǔn)高，因此應(yīng)用廣泛。晶閘管型充電裝置接線簡(jiǎn)單，輸出功率較大，價(jià)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(guò)程中產(chǎn)生密度、端電壓等不均衡現(xiàn)象，出現(xiàn)落後電池甚至反極性電池而進(jìn)行的過(guò)充電措施。一般採(cǎi)用先恒流限壓，再恒壓限流的充電方式。

對(duì)於長(zhǎng)期處?kù)陡〕溥\(yùn)行的蓄電池通常一個(gè)季度需進(jìn)行一次均衡充電，對(duì)於經(jīng)過(guò)事故放電後的電池也將進(jìn)行均衡充電。

浮充充電時(shí)，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(bǔ)充電，以彌補(bǔ)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(duì)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(bǔ)償可有效抑制閥控密封式鉛酸電池的“熱失控”效應(yīng)。

對(duì)於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(huì)附帶一份電池初充電的設(shè)定值，充電方式仍然是採(cǎi)用均衡充電的先恒流限壓，後恒壓限流的方式，只是整定值不同。我司會(huì)派遣專業(yè)調(diào)試人員到現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)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，通常初充電後需要進(jìn)行深度放電，並可能伴隨多個(gè)充放電的迴圈操作。

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(guò)程中任何兩個(gè)電池之間端電壓差小於規(guī)定值。對(duì)於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於50mV。對(duì)於12V單節(jié)電池，則為300mV，依此類推。

母線電壓允許變動(dòng)範(fàn)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(dòng)範(fàn)圍為：

專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)：（85%～110%）Un。

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

動(dòng)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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