发电厂直流系统 现代化机组的直流系统

现代化机组的直流系统

一、直流电源

发电厂和变电所中，为了供给动力、控制、信号、保护、自动装置、事故照明、事故油泵和UPS装置等用电，要求有可靠的直流电源。根据现代直流技术的发展，现在能提供直流电源的设备一般为阀控式密封铅酸蓄电池、相控整流装置、高频开关整流装置，现代化大电厂一般采用高频开关整流装置和阀控式密封铅酸蓄电池组成直流系统。

二、发电厂的直流系统

发电厂直流系统一般采用110V和220V两种电压，供给控制负荷专用的蓄电池组用110V，供给动力负荷和直流事故照明负荷专用的蓄电池组用220V，现在大型现代化电厂一般采用110V直流和220V直流分别组屏方案。其接线方式一般均采用两组蓄电池且单母线分段的接线方式，两组蓄电池间经联络开关进行连接，为防止两组蓄电池并列运行，联络开关与蓄电池电源开关之间设有机械闭锁装置，对两组蓄电池共用的高频开关整流装置接到母线的两组开关，同样设置机械闭锁装置，不允许这两组开关同时合闸于母线上。（直流系统单母线分段典型图见附图一）

为了简化接线，提高直流系统的运行可靠性，蓄电池组不设端电池，目前看来，阀控式密封铅酸蓄电池逐渐取代了以往的铅酸蓄电池，也不设置端电池，采用无端蓄电池的直流系统，除了要考虑蓄电池容量与个数应满足各种工况和事故放电末期的母线电压最低允许值的要求外，，在直流系统接线和蓄电池充放电也应采取相应措施，比如在接线上，对于有110V两组蓄电池的直流系统可以相互切换，至于220V直流系统，在大容量发电厂，一般每台机组各设一组蓄电池组，两机组的直流系统通过电缆用开关连接，当一组蓄电池进行充放电试验时可退出，由另一组蓄电池短时保证全部直流系统的正常运行。其中110V蓄电池容量一般为600Ah，蓄电池个数可取52-54个，220V蓄电池容量一般为1600Ah，蓄电池个数可取104-108个，蓄电池容量与个数还要根据工程具体情况通过计算确定。

蓄电池组经常按浮充电方式运行，但蓄电池组运行一段时间后充电方式则不尽相同，目前来看用的较多的是核对性充放电、均衡充电两种方式，无论采取哪种方式，均必须采用恒压限流法进行充放电。

三、直流屏

发电厂直流系统组屏方案一般设置三台充电柜、一台母联柜、根据工程需要设置n台直流馈线屏，或为了简化供电网络，减少馈线电缆数量，在靠近配电装置处设置直流分屏，每一分屏由两组蓄电池各用一条馈线供电，直流馈线开关均为直流型自动空气开关。

单段母线各设一台微机主控单元对本段母线所带的蓄电池组、充电装置、馈线及其智能监控设备（包括蓄电池巡检仪、充电模块、微机直流接地检测装置、馈线状态监视模块）进行监控管理，直流馈线采用辐射供电方式。

1、 高频整流开关（充电单元）

充电单元由高频开关电源模块组成，正常情况下，由充电单元向蓄电池组进行均/浮充电的同时，向经常性负荷供电；采用N+1热备份。正常情况下，由充电单元向蓄电池组进行均/浮充电的同时，向经常性负荷供电；当控制负荷或动力负荷有较大冲击电流时，由蓄电池组及充电单元共同供电；当市电中断的情况下，由蓄电池组单独供电。交流输入单元为充电单元提供交流输入电源，由微机监控器监测交流输入电源各状态，当发生缺相或失压等故障时，可点亮光字牌进行报警，同时可送往后台和远方遥信装置；并具有自动恢复功能，可实现市电恢复后自动开机。

2、 集中监控器（监控单元）

监控器是直流屏的核心控制部件，是完成系统的控制、保护、通讯等工作的主要功能单元，通过监控模块实现对直流系统全方位监控及管理，包括蓄电池自动管理及保护，实时自动监测对蓄电池的端电压，充、放电电流，并控制蓄电池的均浮充转换，设有电池过/欠压和充电过流声光告警。交流中断、恢复送电实现蓄电池工作模式和状态参数的自动控制，具有RS232、RS485、MODEM、光端机等多种接口，支持任意通讯规约，更加方便与远程监控系统（DCS或FCS）通讯实现“四遥”功能，实现真正的无人值守。

3、绝缘检测装置（检测单元）

绝缘监测用来监测直流系统电压，在直流系统绝缘下降或接地时发出信号并提供接地报警。当接地电阻通常为小于10-20K（定值可设，各厂家设备设定值不同）时认为可危及到直流系统安全的作为接地报警同时装置自动报出接地线路号，而将接地电阻在大于该设定值通常小于60K-80K（定值可设，各厂家设备设定值不同）的作为绝缘下降报警，同时装置亦会自动找寻接地线路。

4基本工作原理

a. 交流输入正常时

系统交流正常输入时，两路交流输入经交流切换控制电路选择其中一路输入，给各个充电模块供电，再由充电模块将三相交流电转换为220V 或110V 的直流，经隔离二极管隔离后输出，一方面给电池充电，另一方面给负载提供。监控部分采用集散方式对系统进行监控，充电柜、馈电柜的运行参数、充电模块运行参数分别由配电监控电路和模块监控电路采集处理，然后通过串行通讯口把处理后的信息上报给监控模块，由监控模块统一处理后，显示在液晶屏上。同时可通过人机交互操作方式对系统进行设置和控制，另外还可接入远程监控。监控模块还能对每个充电模块进行均/浮充控制，限流控制等，以保证电池的正常充电，延长电池寿命。

b. 交流输入停电或异常时

交流输入停电或异常时，充电模块停止工作，由电池给负载供电。监控模块监测电池电压、放电时间，当电池放电到设置的欠压值时，监控模块发出告警。交流输入恢复正常以后，充电模块对电池充电。系统工作时的能量流如附图2 所示。

系统能量流动图（附图二）

四、直流系统接地查找

发电厂的直流系统是蓄电池组与浮充电装置并联供给直流负荷的运行系统。正常情况下，直流电源的正、负母线对地是绝缘的，当回路发生一点接地时，在一般情况下并不影响直流系统的运行。但当回路发生两点或多点接地时，就会造成正负级短路，开关与保护误动或拒动。此外，在特殊情况下，一点接地也可能造成保护误动作

4.1 利用绝缘监察装置判断

装有微机直流系统绝缘在线监测装置，直流系统正常工作时，装置数字显示母线电压，监测直流系统正、负母线绝缘状况，当直流系统发生接地时，装置自动启动报警之后产生低频信号，由正负直流母线平衡对地注入直流系统，再通过安装于每一支路上的传感器接收这一低频交流信号，CPU对各条线路所采集信号电流进行分析，判断出故障线路号及接地电阻值，完成自动选接地线的功能。

4.2 利用拉路法判断

根据负荷的重要性，依次短时拉开直流屏所供直流负荷各回路。当切除某一回路时故障消失，则说明故障就在该回路之内。继续运用拉路法，就可以进一步确定故障在此回路的哪一支路当中。例如，断开直流屏主控控制回路熔断器，绝缘监察装置”接地”信号消失，说明故障在此回路中。

4.3 直流接地查找注意事项

查找接地故障前，应充分了解情况，如运行有无异常现象、回路有无工作、天气情况等。具体查找时，以先信号和照明部分后操作部分，先室外部分后室内部分为原则。在切断各专用直流回路时，切断时间不得超3s，不论回路接地与否均应合上。若直流失电可能引起保护及自动装置误动，在切断前应采取必要的安全措施。当发现某一专用直流回路有接地时，应及时找出接地点，尽快消除。当直流发生接地时，禁止在二次回路上工作。查找和处理必须由两人同时进行，处理时不得造成直流短路和另一点接地。

交流输入

充电模块

馈电输出

电池

交流正常时

交流停电或异常时