第三章直流系统

第三章 直流系统 一、直流电源供电系统变电所及发电厂的蓄电池组是作为控制、信号、继电保护及自动装置的直流电源，经电缆送到主控制室直流屏顶上的直流母线，再由直流母线分别弓I 出作为控制电源、信号电源及合闸电源，见图5—29。

正常运行时蓄电池组处于浮充电状态，刀闸6G 闭合、4G 合于上触头。

浮充电电源一方面向蓄电池组供浮充电电流，另方面供负载电流。

充电时，刀闸3G 和5G 都合于下触头，充电电源一方面向蓄电池组供充电电流，另一方面供负载电流。

刀闸7G 和8G 从直流母线取得电压加到合闸母线±HM ，再由合闸母线用电缆引到各断路器操作机构箱作为合闸电源。

刀闸llG 和12G 从直流母线和闪光小母线取得电压，经电缆送到控制屏顶作为信号及闪光电源。

刀闸9G 和10G 从直流母线取得电压，经电缆送到控制屏顶作为控制电源。

合闸网络如图5-30所示，图中画出110kV 户外断路器的合闸电源电路。

断路器操作机构箱X —1和X —7分别从两根电缆取得电源，再从X —1和X —7分别送到其他断路器操作机构箱。

操作机构箱X —4中的刀闸平常断开，若一侧失去电源时将此刀闸合上。

控制和信号电源网络如图5-31所示，屏顶小母线分为主段，每段都能从两个方向取得电源。

在图5-29中，直流屏上每+段直流母线都装有闪光装置、电压监视装置以及绝缘监视装置。

图5-29 直流供电系统闪光装置电路如图5-32所示，它的作用是当断路器事故跳闸时使绿灯闪光。

按下按钮YA ，则负取经白灯BD 到闪光小母线①SM ，再经闪光继电器SGJ 到正极，该回路接通。

电容器C 充电，加衅电器线圈上电压逐渐升高，升高到二定数值，继电器动作，常闭触点断开。

断开后，电容器经线甲放电，电压逐渐下降。

降到千定数值，常闭触点又闭合，电器又充电。

如此反复充电和放电，使得常闭触点时断时合，因而使接到闪光小母线与负极之间的灯BD 闪光。

电压监视装置如图5-33所示。

正常时直流母线电压是230V 。

1YJ 是低电压继电器，当直流母线电压降低到185V 时其触点闭合。

2YJ 是过电压继电器，当直流母线电压升高到275V 时其触点闭合。

触点闭合后，接通光字牌1GP 和2GP ，发出声光信号，指示直流电源发生不正常的电压降低和升高。

图5-30 合闸网络图5-31 控制信号小母线供电电路二、直流系统的绝缘监察直流供电网络一般分布较广，尤其变电所规模较大时，其控制回路分布范围更广，系统复杂，外露部分多，容易受到外界环境因素的侵蚀，使得直流网络绝缘水平降低，甚至可能发生绝缘损坏而接地。

如果是正、负两极都接地，此时故障回路的熔断器熔丝熔断使相应部分的直流系统停电。

如果是一极接地，直流网络仍可继续运行，但这是危险的不正常情况。

如断路器跳闸线圈或继电保护装置出口继电器接地，再伴随有其他一点接地时，则断路器将会发生误跳闸。

由于上述原因为了防止两点接地可能发生的误跳闸，对变电所及发电厂的直流系统必须装设足够灵敏度的绝缘状态监察装置。

当直流系统(一般为220V)中任何一极的绝缘下降到15～20kΩ时，绝缘监察装置应发出灯光和音响信号。

如图5-34是最简单的绝缘监察装置，将电压表接在直流系统的主母线上，图a用一个电压表，正常时转动切换开关CK至“+”或“—”时电压表五指示。

若“—”极发生接地，则CK转至位置2（“—”极）电压表无指示，转动到位置1（“十”极）电压表有指示。

图b用两块电压表。

在正常时两块电压表指示值是一样的，各是直流回路电压的一半。

若“—”极接地时，则电压表V2指示数值下降，电压表Vl指示数值增高。

当某极完全接地时，其中一块表指示值升至全电压，另一块表电压指示值为零。

图c使用一块电压表，转换开关CK具有三个位置。

手柄在中央时1—2及5—8接通，此时电压表V测量直流母线电压。

手柄向左时1—4及5—8接通，电压表V测量负极对地电压。

手柄向右时1—2及5—6接通，电压表V测量正极对地电压。

而直流系统接地程度，只能根据电压表的指示值进行粗略估计。

在操作电源规模较大的直流系统中，常用的典型绝缘监察装置如图5-35以及图5-36所示。

电压表V2平时用作测量母线电压，CKl—2和CK5—8触点接通。

同时也可用以粗略的估计正极和负极的相对绝缘电阻。

电压表V1用作测量系统总的绝缘电阻。

正常时转换开关1XK的触点5—7和9—11以及CK的触点9—11都接通，V1指示为零。

当正极或负极接地（或绝缘降低到一定值时），对地绝缘电阻失去平衡，电流继电器动作发出信号。

此时，可先借V2判断是正极还是负极绝缘降低，再将转换开关1XK投入到工或Ⅱ。

当1XK处于位置工时，其触点1—3和13—14接通；当1XK处于位置Ⅱ时，触点2--4和14—15接通。

然后调节电位器3R，使V1指示为零。

再将1XK投到与前一操作相反的位置Ⅱ或工上，此时V2指示即为直流系统总的对地绝缘电阻R ID。

为了知道每极的对地电阻，需进行如下换算：当1XK 处于位置工时（正极绝缘降低）有：当1XK 处于位置Ⅱ时（负极绝缘降）有：式中X ——电位器读数的百分值；R 1、R 2——直流系统正负极对地绝缘电阻值。

电压表V1应为电压和电阻的双刻度。

电阻的刻度应与系统的额定电压相对应，即电阻表尺的零刻度应位于电压表尺二分之一直流系统额定电压处。

信号继电器XJJ 或1XJJ 的参数应满足下列条件：(1)系统中任一极对地绝缘电阻小于系统中最灵敏的中间继电器内阻（对220V 系统为20k Ω，110V 为6k Ω）时，信号继电器应可靠动作。

(2)信号继电器的内阻应保证系统中最灵敏的中间继电器不动作。

必须指出，这种接线的缺点是两极绝缘均同等下降时，不能发出信号。

绝缘监察装置为两段母线共用一套，而信号部分则为各自分开。

三、直流系统的电压监察直流系统中除了要对绝缘进行严格的监视外，对其母线电压亦需进行准确监视，以防直流电压偏离要求，从而造成继电保护和断路器拒动或误动。

典型的直流电压监察装置接线如图5-37所示。

它是由一只低电压继电器KVl 和一只过电压继电器KV2组成的。

当直流母线电压高于或低于额定值时，过电压或低电压，继电器动作，发出预告信号。

一般过电压继电器动作值选为1.25U N ，低电压继电器返回值选为0.75U N 。

XR R X R R IDID 2;2221=-=XR R X R R IDID +=-=12;1221第三节变配电所的直流电源一、铅酸蓄电池直流电源(一)铅酸蓄电池的构造及工作原理蓄电池能把电能转变为化学能储存起来，使用时再由化学能转变为电能释放出来。

其变换就电能作用来说，过程是可逆的。

当蓄电池完全放电或部分放电后，两电极表面形成了新的化合物，这时如果用适当的反向电流通人蓄电池，可以使已形成的新化合物还原成原来的活性物质，又可供下次放电之用。

这种用反向电流通人蓄电池的作法，叫作充电。

电池供出电流给外电路使用，叫做放电。

换句话说，放电就是将化学能转变为电能，供外电路使用；充电就是将电能转变为化学能储存起来。

蓄电池的充电放电过程，可以重复循环。

放电时电流所流出的电极称为正极或阳极，以“+”号表示。

电流经过外电路之后，返回电池的电极称为负极或阴极，以“—”号表示。

根据电极和电解液所用物质的不同，蓄电池一般分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。

酸性蓄电池的电解液是浓度为27％～37％的硫酸(H2S04)水溶液，即稀硫酸。

硫酸是酸性化合物。

酸性蓄电池正极板的活性物质是二氧化铅(Pb02)，负极板的活性物质是绒状铅（Pb）所以酸性蓄电池又叫铅蓄电池。

碱性蓄电池的电解液是浓度为20％的氢氧化钾(KOH)水溶液。

氢氧化钾是碱性化合物。

在碱性蓄电池中，用氢氧化镍[Ni(ON)3]作正极板，用铁(h)作负极板，叫作铁镍蓄电池。

如用隔(Cd)作负极板的叫作镉镍蓄电池。

用银(A8)作正极板，用锌(Zn)作负极板的叫作锌银蓄电池。

很多年来，电力系统所采用的蓄电池原多为铅蓄电池。

铅蓄电池的两组极板插入稀硫酸溶液里发生化学变化就产生电势，极板是在板栅上涂上以氧化铅为主的粉膏，然后再焊接成组，通人直流电充电。

在正极板栅上的氧化铅就变成了棕褐色的二氧化铅(Pb02也叫过氧化铅)，在负极板上的氧化铅就变成灰色的绒状铅，(也叫海绵状铅)。

铅蓄电池放电时正负极板上的活性物质都吸收硫酸起了化学变化，逐渐变成硫酸铅(PbS04)，当两种极板上大部分活性物质都变成了同样的硫酸铅后，蓄电池的电压就下降到不能再放电了。

蓄电池放完了电，就要对它马上充电，使之恢复到原来的二氧化铅和绒状铅状况，这样蓄电池就又可以继续放电。

铅蓄电池这种充电和放电过程中的可逆电化程序的理论叫“双硫酸化理论”。

总的化学反应过程是可逆的，见表5-5。

必须注意，正常使用情况下，蓄电池不宜过度放电。

否则将使同活性物质混在一起的细小硫酸铅结晶，结成较大的结晶，增大了极板电阻，在充电时就很难使它还原，因而妨碍充电过程的进行。

要想使蓄电池在放电终了后，正负极板上的生成物质恢复为原来的活性物质，就必需利用直流电源（如整流器或直流发电机）进行充电。

充电的过程与放电时正好相反，蓄电池内部电流方向是从正极流向负极。

从表5-5可以看出，当电池充电后，两极活性物质被恢复为原来的状态，而且电解液中硫酸的成分增加，水分减少。

铅蓄电池充电终期可由电解液的比重高低来判断。

充电终期时由于正极板上的硫酸铅（PbS04）已大部分转变为二氧化铅（Pb02）和绒状铅（Pb），倘再继续充电，充电电流只能起分解水（H20）的作用，结果在负极板便有氢气（H2↑）逸出，在正极板有氧气（O2↑）逸出，造成强烈的冒气现象。

(二)蓄电池组的直流电源接线铅酸蓄电池组恒定浮充电的原理接线见图5-38。

图中有一组浮充电硅整流装置以及一组充电硅整流装置。

在运行中蓄电池组与浮充电硅整流装置并联工作，浮充电硅整流装置供给经常接在直流母线上的直流负载，并不断用小电流使蓄电池组浮充电，补偿蓄电池组的自放电，使蓄电池总是处在完全充电的状况下，在事故情况下，其容量可以被充分利用。

装置中所发生的短时高峰负载如高压断路器合闸操作，主要由蓄电池组承担。

这是因为蓄电池组的伏安特性U=f（I）比浮充电机组的伏安特性平坦。

蓄电池组是经过双柄电池开关与直流母线、浮充硅整流装置及充电硅整流装置相连接。

双柄电池开关含有一排金属片和两个手柄（充电柄和放电柄），金属片与蓄电池连接。

电池开关的作用是当每只蓄电池电压下降时移动电池开关可投入更多只数的蓄电池来保持直流母线电压的不变。

为了使电池开关的手柄从一片金属片移到另一片时不致造成蓄电池短路和断路，将每一手柄分成相互绝缘的两部分，它们之间经过电阻R连接。

蓄电池组中有一部分作为调节电压用的蓄电池，总有一些没有经过电池开关的放电柄接到直流母线上，因此得不到浮充电，它们的自放电未被补偿，这部分蓄电池硫化严重，很容易损坏。