直流电源系统的运行及维护ppt课件

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3) 变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展, 将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合, 出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世, 导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管 (IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。
b. 均充过于频繁,蓄电池过充电。当蓄电池过充时,电池内部生 成气体的速率将超过电池吸收气体的速率,电池内气压将提高, 气体从安全阀排出,造成电解液减少或干枯,水分的过量损耗, 将使蓄电池的使用寿命提前终止。
c. 阀控密封铅酸蓄电池的最佳运行环境温度为25℃ ,有的蓄电 池室的温度没有装设空调,将会直接影响蓄电池的使用寿命。 环境温度一旦超过25℃ ,只要温度每升高10 ℃,蓄电池的使 用寿命就会减少一半。
b. 110V控制回路电缆截面较220V大。特别在大型发电厂的 变电站,超高压配电装置面积大,距离控制室又远,采 用110V直流时控制电缆截面大约是220V的4倍,往往还不 能满足要求。这使得选择8mm2 以下控制电缆较困难,有 时要选用多根电缆芯并联,给回路监视带来困难,同时 还要增加控制电缆投资。因此,宜采用220V系统。
二、直流电源设备的选择及配置
变电站直流电源系统的安全运行,离不开运行及检修人员 平时对直流设备的巡视检查、运行维护、缺陷及异常处理等日 常工作。但首先取决于前期的方案设计、设备选型、设备配置、 方案优化等工作。下面介绍几个关键点:
1. 直流系统电压等级的选择:
国内发电厂及变电站较广泛采用220V和110V两种电压等 级。大中型变电站采用220V或110V,而小型无人值守变电站 多采用110V。 220V和110V在技术、经济上各有优劣,应根据 具体情况通过比较确定。
b. 变电站直流设备长期带电运行,操作少,致使部分工作人 员在故障处理、运行操作等方面显得技术生疏、不能得心 应手。
c. 城、农网改造后,新产品、新设备、新技术在电力系统直 流设备得到广泛应用,但相应培训工作没跟上,人员的专 业素质还跟不上技术发展的步伐。
d. 对直流设备的运行维护存在认识上的误区,认为充电设备 是全自动的、阀控式密封铅酸蓄电池是免维护的,所以就 不加维护。直流设备长期没人检查、没人维护,对直流设 备存在的缺陷没有及时发现,从而给整个系统的安全运行 留下了隐患。
参考国家电网公司2002~2004年间收集的14各省、市电力公司提 供的直流设备调查资料,可以看出现阶段直流电源设备的运 行情况还是存在不少问题。出现故障主要是充电设备及蓄电 池方面,分别占64.3%和35.7%。
1)直流设备运行维护中存在的主要问题:
a. 生产厂家多、型号杂、产品质量参差不齐,检修维护技术 不易掌握。
5) 注:由于现在220kV及以上变电站的继电保护等大部分都实 行双重化配置。因此,蓄电池也应设置2组,分别对2套保 护及跳闸回路供电,以利安全运行。
6) 此外,蓄电池装设的组数,不但与变电站的重要性及保护 双重化的要求有关,而且与控制方式及自动化水平有关, 故在具体工程中,如果采用一些新的控制方式和布置型式 时(如分级、分区控制,就地布置保护装置等),蓄电池 装设的组数可根据实际情况和技术经济比较确定。
c. 蓄电池容量估算:
C10 = 经常负荷电流 *事故停电时间(1~2h)/20% *Kk(1.4~2)
【经常负荷电流 X( 15~20)】
3)各类变电工程直流负荷及蓄电池容量范围
序 电压等级 事故放电 直流系统 经常负荷 蓄 电 池 容 备注
号 (KV) 时 间 ( h 电 压 ( V 电流(A 量范围(A



h)
1
10~35
1.0
220(110) 3~5
50
2
110
1.0
2.0
220(110) 220(110)
5~10 5~10
50~100 100(200)
用于无人值班
3
220
1. 0 2.0
4
330~500 1.0
220(110) 15~30 220(110) 15~30 220(110) 30~50
高频开关直流电源系统 运行及维护
2009-8-04
山东鲁能智能技术有限公司
SHANDONG LUNENG INTELLIGENCE TECHNOLOGY CO.,LTD.
一、直流电源系统概述
1、直流电源系统的重要作用:
1) 直流电源设备是电力系统发电厂、变(配)电站重要的控制、 信号、动力电源,它在电力系统的安全运行中起着重要的作用。
1) 硅整流时代:
在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发 与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了一股各地大办 硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的 半导体厂家就是那时的产物。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2) 逆变器时代 :
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节 能效果显著而迅速发展。在七十年代到八十年代,随着变频调 速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR) 和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。
3. 蓄电池组数及容量的选择:
蓄电池组数的选择: 1) 发电厂(装机容量在100MW及以上)、220kV及以上变电站应
满足2组蓄电池、2套高频开关电源或3套相控充电装置的配置 要求。 2) 110(66)kV变电站应满足1组蓄电池、1套高频开关电源或2 套相控充电装置的配置要求;部分重要的110kV变电站可配置 2组蓄电池、2套高频开关电源或3套相控充电装置。 3) 35kV及以下电压等级的变电站原则上可采用1组蓄电池组供电。 4) 用户单位配电所一般装设1组蓄电池。
②降压硅链继电器能够实现自动投切。
i. 在交流断电由蓄电池供电时出现降压硅链断路现象;
ii. 或者交流供电正常,但供电模块与降压硅链同时故障的极端 情况下,出现降压硅链断路现象;
上述两种情况发生时,控制母线会失去电压。我公司直流监控单 元IDC-200A在监测到UKM电压为零时,会自动陆续切除降压 硅链,通过降压硅链继电器的闭合将合闸母线与控制母线连 接,保证控制母线获得直流电压。(见下图)
f. 我们经常会碰到蓄电池组中一只或几只蓄电池损坏情况,这时 我们可以将损坏蓄电池摘除(在保证总电压的前提下),系统 仍可以正常运行。但有时我们往往忽略了需要同时降低蓄电池 的相应均浮充电压设置参数,长期运行容易造成蓄电池过充。
式中 N——模块个数 Ie——模块额定电流(220V:5~40A;110V:10~80A ) Ijc—— 最大经常性负载 Kk——可靠系数,应考虑温度补偿、均充性能及设计裕度等因素。
【 Kk=Kt × Kd × Ka :
式中:
Kt ——温度补偿系数,取1.10;
Kd ——设计裕度系数,取1.15;
MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电源向现代电力电 子转化的标志。
据统计,到1995年底,功率MOSFET和GTR在功率半导体 器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力 电子领域巳成定论。
新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频 率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频 化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电 一体化和智能化提供了重要的技术基础。
d. 当蓄电池组在运行中发生一只或几只蓄电池损坏时,有将不同 容量、不同厂家或同一厂家容量相同但批次不同的蓄电池替换 上串接使用的情况,这样就造成了同一组蓄电池中两种性能不 同的蓄电池互为影响,更加速了蓄电池的老化,影响使用性能。
e. 新阀控密封铅酸蓄电池组购买后,因种种原因未能及时安装使 用,超过存放期限又没有按要求进行及时补充电,造成蓄电池 组在投运后,轻者在浮充运行时,会出现电压偏差较大(超过 平均值±0.05V)的故障;重者存放时间过长,蓄电池极板硫 化严重或完全失效,造成蓄电池组的寿命提前终止。
注:国家电网公司规定:合闸母线与控制母线之间设有降压装置 的系统,必须防止降压装置开路造成控制母线失压。
我公司的直流系统现有及将来的改进设计方案能够很好的解 决这个问题:
①专门为控制母线供电的供电模块。当交流电源正常时,降压硅 链断路,控制母线电压可以由供电模块提供。但此时正常运 行中无法看出降压硅链是否断路损坏;
Ka——老化系数,取1.10;
Kk=1.10 ×1.15 ×1.10=1.39,取1.40.】
举例: 220V直流,蓄电池300AH,最大经常性负载20A,选用20A模 块。 模块的配置个数: N =1.40 ×[1.0 × 30+20]/20=3.5,4台20A模块即可满足要求, 考虑加一个备用模块,模块总数为5个。
2) 随着变电站自动化程度的不断提高,许多重要的数据都要求即 时安全可靠的处理和存储;各种用电设备(包括继电保护及自 动装置、断路器分合闸、载波通信、事故照明等)的工作都离 不开可靠的直流电源。在系统发生故障,站用电中断的情况下, 如果直流电源系统不能可靠的为工作设备提供直流工作电源, 将会产生不可估计的损失。因此,有人把直流设备比喻为变电 站的心脏。
2) 蓄电池容量的计算:
a. 直流负荷的分类。按用电性质分为二类:一是经常性负荷,约占直流 总负荷的5%;二是事故负荷,约占直流总负荷的95%。在蓄电池容量 计算中,事故负荷起决定作用。
b. 在事故负荷中,可分为事故初期负荷和事故持续负荷。事故初期负荷 通常指交流电源消失后蓄电池开始放电的最初1min内的全部负荷;事 故持续负荷指各事故放电阶段由蓄电池持续提供的负荷。事故负荷的 持续时间,国家规定为1h。
蓄电池容量的选择:
1) 蓄电池容量选择的基本要求包括以下两点:
a. 变电站站用电事故停电时间一般按1h计算,对于远离市区的 系统终端无人值守变电站宜按2h计算。
b. 蓄电池容量选择计算的条件,应满足变电站事故停电时间内 的放电容量要求,应计及事故初期直流电动机起动电流和其 它冲击负荷电流,并应计及蓄电池组持续放电时间内的随机 负荷电流。
2、我国电源技术的发展
我国电源技术的发展起始于五十年代末六十年代初的硅整 流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变 频器时代。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以 功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一 身的功率半导体复合器件,表明传统电源技术已经进入现 代电力电子时代。
3) 48V系统:
弱电控制和弱电信号接线系统,如微机监控系统、载波 通信等,一般都是功率小,电流也小,所以,宜采用48V 及以下电压。
2. 高频开关整流模块的配置:
通常我们所说的充电机是由若干个充电模块并联组成,一般都为N+1 ( N ≤6)或N+2( N >6 )备份冗余方式。为了提高充电装置的运行 可靠性,模块总数宜不小于3块。模块配置的原则可按如下公式选择: N × Ie≥ Kk[(1.0~1.25)I10+Ijc]
按上式计算,220V直流系统选用103~104只蓄电池;110V直流系统选用 51~52只蓄电池。
三、直流电源系统的运行及维护
1、直流系统运行现状分析: 90年代发展起来的阀控密封铅酸蓄电池直流系统,由于
安装方便、维护工作量小、不污染环境、可靠性高等一系列 优点,近年来在变电站中得到了广泛的应用。但由于该系统 在电力系统推广使用的时间较短,没有得到充分重视。不少 变电站直流设备检修、运行、安装调试的一线人员对其工作 原理、检修维护方法还没有完全掌握,还存在检修维护不到 位而造成直流设备不能可靠运行的情况。
2)蓄电池运行维护中存在的主要问题: a. 阀控密封铅酸蓄电池正常运行时,浮充电压过高或过低。浮充
电压设置过低,会造成蓄电池充电不足,使电池极板硫化而缩 短电池寿命。浮充电压设置过高,电池将长期处于过充电状态, 是电池的隔板、极板等由于电解氧化而遭破坏,造成电池板栅 腐蚀加速,活性物质松动,而使电池失效。
200~300 (300~400)
300~400 (400~500)
300~500 (400~600)
用于无人值班
注:括号内蓄电池容量表示110V直流系统 。
蓄电池组个数的选择:
浮充运行时,按直流母线电压1.05UN来确定蓄电池个数。即:
n= 1.05UN/Uf
式中:Uf——单个蓄电池的浮充电压。阀控蓄电池通常为:2.23~2.27V, 一般 取2.25V。
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