发电厂变电站直流电源系统优化设计要点

2006年3月第1期 赵东宇:发电厂、变电站直流电源系统优化设计

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发电厂、变电站直流电源系统优化设计

赵东宇

(阿城继电器股份有限公司黑龙江阿城150302)

摘要:讨论了直流电源的充电系统、蓄电池系统、绝缘监测系统、事故照明系统、电力UPS、通讯用直流电源诸多方面,提出了电力系统直流电源设计方案的选择原则。关键词:直流电源;系统;优化设计

0前言

直流电源是电力系统中非常重要的一种二次设备,它的主要任务就是给继电保护、开关合分及控制提供可靠的不间断直流操作电源,其性能和质量的好坏直接关系到电网的稳定运行和设备安全。随着电力电子技术的迅速发展,直流电源制造技术也取得了飞跃发展,直流系统由过去的分立元件和集成电路控制发展为微机控制,使直流电源具有智能化、网络化,能够和变电站综合自动化网络连接,

具有四遥功能,具有直流系统操作简单、维护简单、高可靠、组态升级容易、网络化等特点。近年

来,高频开关电源、电池在线监测、绝缘在线监测在发电厂、变电站中获得了广泛应用。本文从直流电源的充电系统、蓄电池系统和直流绝缘监测等几个方面讨论电力系统中直流电源设计方案的选择原则。

1双充电机双电池直流系统简介

双充电机双电池直流系统原理图如图1

所示。

图1双充电机双电池直流系统原理图

此直流系统原理是采用双充电机双电池构成的22系统,因为采用的是双机备份,所以一般用在重要不能长时间停电的变电站中。此系统由两套充电机、两组蓄电池、两套电池巡检装置、一套微机

绝缘装置、两段母线及开关构成。为防止两组蓄电池并列运行,造成两组蓄电池之间环流,安装了四只隔离二极管(1D1、1D2、2D1、2D2)。这里需要指

出的是尽量不采用两套微机绝缘装置分挂两段母

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电站设备自动化 2006年3月第1期

装置、高压开关均有控制和操作电源。111微机控制的可控硅整流器

微机控制的可控硅整流器主回路采用三相全控桥,将交流整流形成脉动直流,再通

过电抗器,电容滤波器形成纹波小于2%的直流。采样用传感器,控制回路以TC787为核心,采用双环反馈,控制移相触发器,来实现稳流和稳压。全自动兼容手动功能,从开机到主充、均充、浮充,全自动化切换。整机按编制好的主充电、均充电、浮充电、正常运行、电网解列、恢复送电等程序,实行自控制、自诊断、自报警,无

需人员干预。带有谣信、遥测、遥控、遥调接口,与调度中心联网,受调度中心控

制和操作,全面实现了直流电源的无人值班。按键和显示面板直观显示,可设定电压、电流值,可随时修改充电装置工作参数。

112高频开关电源模块(充电模块)与监控装置

充电模块具有体积小,重量轻,容量大等特点,采用N+1备份,经济性好,可靠性高等

特点。充电模块工作原理如图2

所示。

线上,而采用两段母线共用一套微机绝缘装置,这是因为有些微机绝缘装置工作原

理是检查接地时对地注入信号,当任何一套充电设备故障时,合上Q5母连开关,两

段母线合为一段,当有接地故障时,两套绝缘装置都对接地点注入信号,将互相干扰,严重影响接地点的正确查找。

11充电系统

过去,应用较多的充电机为磁放大型整流器和由分立元件或集成电路控制的可控硅型充电机。目前,普遍采用的充电机为由微机控制的可控硅型整流器和高频开关模块型整流器,直流电源具有智能化、网络化,能够和变电站综合自动化网络连接,具有遥测、遥信、遥控、遥调四遥功能。

充电装置一般采用两台相同的充电、浮充电装置,一台工作,另一台备用,每台均能进行充电、浮充电和均衡充电,做到一机多功能,两台充电装置互为备用。充电过程既恒流充电-均衡充电-浮充电,全由自动装置或微机控制来处理。在任何情况下,当电网解列或交流电源失电时,蓄电池组都能无间断地向控制母线供电,确保继电保护、自动

图2充电模块原理图

三相交流电源经过EMI滤波器输入到整流电路,将交流整流为脉动的直流输出,通过无功率因素校正(PFC)电路,将脉动的直流转换为平直的直流电源,DC AC高频逆变器将直流转换为高频交流电源,通过高频整流电路将高频的AC转换为高频脉动的直流,此直流通过高频滤波输出。其中DC AC(M)通过调整变换电路的脉冲宽度,以实现电压调整(包括稳压和电压整定)。整个充电模块在微机系统的监控下工作,包括模块的保护、电压调整等,同

时微机实现将充电模块的运行数据上报到监控模块和接受监控模块的控制命令。充电模块的主要功能是实现AC DC变换。充电模块可以在自动()()

2006年3月第1期 赵东宇:发电厂、变电站直流电源系统优化设计

下工作。高频开关电源模块的通用技术指标如表

项目

输入电压输入电流交流输入频率功率因数效率

323V~475V(三相三线制)110V20A8A220V10A8A50Hz!10% 0.92 94%

110V10A4A220V05A4A

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1~3所示。

指标

表1充电模块输入特性表

表2充电模块输出特性表

项目

输出电压范围输出电流电压上升时间输出恒流范围稳流精度

负载电压纹波系数稳压精度温度系数(1∀)

0.03%

!0.5%0.2#

198~286V(220V系列)220V10A:额定输出10A220V05A:额定输出5A

指标

99~143V(110V系列)110V20A:额定输出20A110V10A:额定输出10A3~8秒10%~100%!1%

0.05%

最大输出为额定值的105%~110%软启动时间

备注

表3充电模块保护特性表

项目

输出短路回缩输出过压保护输出欠压告警输入过压保护点输入欠压保护点缺相保护过温保护

指标

回缩电流∃40%额定电流,可恢复220V系列:291!4VDC220V系列:194!4VDC

480!5VAC,可恢复,回差5~15V318!5VAC,可恢复,回差10~20V可恢复

过温保护点:90∀,降温后恢复

精度:!5∀

110V系列:146!2VDC110V系列:!2VDC

可由监控模块设置

备注

监控装置配有标准RS-485或RS-232接口,微机监控接口能和发电厂、变电站综合自动化连接,使直流电源的运行状况及时方便的传输到集控

中心,具有遥测、遥信、遥控和遥调功能。具体指标

如表4所示。

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电站设备自动化 2006年3月第1期

表4监控功能说明

项目遥信遥测遥控遥调

根据监控单元的命令,在10%~100%范围内调节充电模块的输出电流限流点。

指标

监控模块的保护信号(交流过、欠压,缺相,输出过、欠压,模块过温等信号)和故障信号。

测量充电模块的输出电压、电流。

根据监控单元的命令,控制充电模块的开关机,均浮充转换。根据监控单元的命令,调节模块的输出电压。

同时具备手动控制,可以屏蔽监控单元的控制。

备注