直流系统

第一节 概述

一、直流系统的作用、特点和电压等级

1、作用：直流系统是给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。

2、特点：直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源—蓄电池继续提供直流电源的重要设备。

例如龙滩电站设有：

3套机组220V 直流控制电源系统：

每套机组直流控制电源系统配置两组蓄电池，每组蓄电池容量为200Ah ； 1套厂内公用220V 直流控制电源系统：

厂内公用直流控制电源系统配置两组蓄电池，每组蓄电池容量为1200Ah ； 1套坝顶220V 直流控制电源系统：

中控楼及开关站直流控制电源系统配置两组蓄电池，每组蓄电池容量为420Ah ； 1套开关站及中控楼220V 直流控制电源系统：

坝顶直流电源系统配置两组蓄电池，每组蓄电池容量为200Ah 。 3、电压等级

二、蓄电池直流系统的组成原理

组成

绝缘监测

蓄电池组交流配电单元充电模块

监控模块配电监控

降压硅链（降压单元）

直流馈电单元（包括合

闸分路、控制分路）

图1-2 蓄电池直流系统的组成原理

按电压等级

220V

110V

48V 24V

用于强电回路

用于弱电回路

图1-3

(1) 充电模块：完成AC/DC变换，实现系统最为基本的功能。

(2) 交流配电单元：将交流电源引入分配给各个充电模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换。

(3) 直流馈电：将直流输出电源分配到每一路输出。

(4) 配电监控：将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供声光告警。

(5)监控模块：进行系统管理，主要为电池管理和后台远程监控；对下级智能设备实施数据采集并加以显示。

(6)绝缘监测：实现系统母线和支路的绝缘状况监测，产生告警信号并上报数据到监控模块，在监控模块显示故障详细情况。

(7)电池组：它既能够把电能转换为化学能储能起来，又能把化学能转变为电能供给负载。

(8)配电监控：对交流配电单元和直流馈电单元进行监控。

(9)电池监测仪：支持单体电池电压监测和告警；对电池端电压，充放电电流，电池房温度及其他参数做实时在线监测。

三、直流电源系统的设备举例

图1-4 开关屏

各屏的名称及内容：

1、1#馈电屏：

微机直流接地监测装置+闪光装置+馈电回路

2、1#充电屏

逆变模块+6个整流模块+其它

3、监控屏

仪表+触摸屏+其它

4、2#充电屏

逆变模块+6个整流模块+其它

5、2#馈电屏

微机直流接地监测装置+闪光装置+馈电回路

该装置的特点：

主要适用于35KV及以上蓄电池容量较大的重要发电厂或大型变电站。单母线分段，双蓄电池组，双充电整流模块。

蓄电池组容量选用2×(500Ah-1000Ah)，单节电池为2V，用2×103只构成220V系统。

采用2×(3-8)只YT240D20（DC220V 20A）电力高频开关整流模块，一只YT400A触模屏监控装置，两套WZJ-1微机直流接地监测装置，两套电池巡检装置，两套YTD-2KW逆变模块。

四、直流电源系统的主要运行方式

充放电运行：

将已充好电的蓄电池接带全部直流负荷，正常运行处于放电状态，当蓄电池放电到一定

程度时，应及时充电。

浮充电运行：

将已充好电的蓄电池与浮充电整流器U2并联运行，即U2接带经常性负荷，同时向蓄电池浮充电，使蓄电池经常处于充满电状态，以承担短时冲击负荷。浮充电可补充平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢复电池容量。

第二节 主要单元工作原理

一、蓄电池 二、充电整流模块 三、监控模块

四、微机直流绝缘监测系统 五、微机免维护蓄电池监测仪 六、降压硅链回路

七、UPS 不间断电源及逆变器

一、蓄电池

1、工作原理

当前主要用的是免维护铅酸蓄电池，其主要的工作原理是：

电能

化学能

充电

放电

224424

22PbO H SO Pb

PbSO H O PbSO ++++放电

充电

正极

电解液 负极 正极

水

负极

充电后期在正极板产生氧气，在负极板产生氢气。

正极：2

21222

H O O H e -

→+= 负极：222H e H -+→

图1-5 充电示意图

正极板的活性物质——二氧化铅(PbO2)

负极板的活性物质——绒状铅(Pb)

2、结构

图1-6 蓄电池结构

可为单体式（2V）结构

200Ah及以下容量的电池可以组合成6V（3个2V单体电池组成）和12V（6个2V单体电池组成）。

部件结构材料功能

正极板负极板涂浆式极板,把活性物质涂在特制

铅钙合金骨架上。

保持足够的容量

维持容量长期使用性用（长寿）

减低自身放电量。

提高释放气体电极电位。

隔板

高强度耐热氧化性极佳的优质超

细玻璃纤维毡。

防止正、负极板之间短路。 吸附储备电解液，无流动电解液。 紧压极板表面，防止活性物质脱落。 电解液

分析纯硫酸配以高纯水和特定的

添加剂。

正负极活性物质间产生电化学反应。

导电作用。

外壳和盖

丙烯腈（A

）—丁二（B

）—苯乙烯（S ）共聚物合成树脂。 容纳由正负极板和隔板组成的极群。保

持足够的机械强度，可抵受蓄电池内的

压力。

安全阀

用无双键、耐酸性极好、品质稳定

而耐用的合成橡胶制成。 采用帽形或柱形。 内装陶瓷过滤器。

如果蓄电池内气压高于正常值时，便放

出气体，使内压正常化。 防止氧进入和酸雾放出。

端子

用铅合金制成，与接线柱一起整体模制。

非焊接及截面积大的接线端子提高放电

倍率和可靠性。容易连接。

极柱密封

封口剂的颜色：正极为红色，负极为蓝色。特种密封胶，专用密封圈。

内外多层密封，防止爬酸渗液。

3、蓄电池的额定容量

电池的容量：充足电的蓄电池，放电到规定终止电压（低于该电压放电将影响电池的寿命）时，其所放出的总电量，称为电池的容量。

若蓄电池以恒定放电电流I 放电，放电到容许的终止电压的时间为t ，则对应容量C 为

()C It Ah

注意：蓄电池的实际容量并不是一个固定不变的常数，影响因素如下：

影响蓄电池容量的因素

放电率

电解液

比重

电解液温度电解液比重大，容量就也大电解液温度高，容量就大

放电电流大，放电时间就短，放出电量少，故电池容量减小

图1-7 蓄电池的影响因素

例如：某一铅酸蓄电池,当以10A 率（10h 率）进行放电时，到达终止电压1.8V 所放出