发电厂及变电站二次回路第4章操作

第4章操作电源

教学目的：掌握操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电容储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系统的绝缘监察与电压监察装置

复习旧课：电流互感器、电压互感器的结构原理、特点、接线方式及准确级；

重点：掌握操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电容储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系统的绝缘监察与电压监察装置；

难点：掌握操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电容储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系统的绝缘监察与电压监察装置；

引入新课：

第一节概述

发电厂及变电所中各种电气设备的操作、控制、保护、信号及自动装置，都需要有可靠的供电电源，由于这种电源特别重要，所以一般都专门设置，通常又称其为操作电源。大中型发电厂及变电所主要采用直流操作电源。

一、对操作电源的基本要求

对操作电源的基本要求是：

（1）应保证供电的可靠性：最好装设独立的直流操作电源，以免交流系统故障而影响操作电源的正常供电。

（2）具备足够的容量：满足全厂（所）事故停电时，直流电源负荷、最大冲击负荷及1h事故照明等用电需要；且能保证直流母线电压在规定的额定值（正常运行时，操作电源母线电压波动范围小于5％额定值；事故时操作电源母线电压不低于90％额定值；失去浮充电源后，在最大负载下的直流电压不低于80％额定值），波纹系数小于5％。

（3）满足经济和实用的要求：要求其使用寿命长、维护工作量小、投资省、占地面积小、噪声干扰小等。

二、操作电源的种类

直流操作电源（以下简称直流电源）又分为独立电源和非独立电源两种。所谓独立电源是指不受外界影响的固定电源，如蓄电池组直流电源；非独立电源有复式整流和硅整流电容储能直流操作电源等。其电压等级分为220V、110V、48V、24V等。

1．蓄电池直流电源系统

蓄电池是一种可多次充电使用的化学电源，由多节蓄电池组成一定电压的蓄电池组，作为与电力系统运行状态无关的独立可靠的直流操作电源，即使发电厂或变电所交流系统全部停电，仍能在一段时间内可靠地给部分重要设备供电，是最稳定、最可靠的直流电源。

2．电源变换式直流电源系统

电源变换式直流电源系统，是由220V交流电源经可控整流变为48V直流电源，供全厂48V操作用电并对蓄电池进行浮充电；同时可经逆变装置将直流电源变为交流电源，再整流为220V直流电源的多功能新型独立电源，在中、小型变电所中得到广泛应用。

3．复式整流直流电源系统

在正常运行状态下，由厂用变压器经整流取得直流220V电源；在事故状态下，由电流互感器的二次短路电流，通过铁磁谐振稳压器变为交流电压，、经整流作为事故电源，供保护装置、断路器跳闸等重要负荷在紧急状况下使用。复式整流直流电源依靠系统的交流电源，属非独立的直流电源。

4．硅整流电容储能直流电源系统

硅整流电容储能直流电源由硅整流设备和电容器组组成。在正常运行时，厂用交流电源经硅整流设备变为直流电源，作为全厂的操作电源并向电容器充电。在事故情况下，将电容器储存的电能向重要负荷（继电保护、自动装置和断路器跳闸回路）放（供）电，以确保继电保护及断路器可靠动作。

三、直流负载的分类

发电厂及变电站的直流负载，按其用电特性的不同分为经常负载、事故负载和冲击负载三类。

1．经常负载

经常负载指在所有运行状态下由直流电源不间断供电的负载。它包括：

（1）经常带电的直流继电器、信号灯、位置指示器；

（2）经常点亮的直流照明灯；

（3）经常投入运行的逆变电源等。

一般来说，经常负载在总的直流负载中所占的比重是比较小的。

2．事故负载

事故负载指正常运行由交流电源供电，当厂（站）自用交流电源消失后由直流电源供电的负载。它一般包括有：事故照明、汽机润滑油泵、发电机氢冷密封油泵及载波通讯备用电源等。

3．冲击负载

冲击负载是指直流电源承受的短时最大电流，它包括断路器合闸时的冲击电流和当时所承受的其它负载电流（经常负载与事故负载）。

上述三种负载是选择直流电源的主要依据。

第二节蓄电池组直流电源系统

蓄电池组直流电源系统是电力系统首选的独立操作电源系统，它电压平稳、容量大、供电可靠，适用于各种直流负荷。虽然蓄电池还具有价格贵等缺点，但目前大中型发电厂中仍广泛采用蓄电池组直流电源系统。

一、蓄电池概述

1．蓄电池的分类

按电极材料和电解液的不同，蓄电池可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两种。

（1）酸性蓄电池。传统的老式蓄电池都是酸性蓄电池，其电解液是27％～37％的硫酸水溶液，电极是以二氧化铅（P b O2）为正极板和铅（P b）为负极板的特制绒状铅板，所以又

称为铅酸蓄电池。此种蓄电池容量大、冲击放电电流大、端电压也相对较高（2.15V）；但其寿命较短（一般为8～10年）、占地面积大、充电时会逸出有害的硫酸气体、维护工作量大。

近几年，一种新型免维护的铅酸蓄电池开始用于发电厂。这种新型铅酸蓄电池保留了原有铅酸蓄电池容量大的优点，其放电过程的化学反应也不变（充电后期正极板析出氧气，负极板析出氢气）。由于其中采用了无锑合金，提高了负极析氢过电位，抑制了氢气的析出；采用特制安全阀，使电池保持一定内压；采用超细玻璃纤维隔板，并在隔板中预留气体通道，使正极产生的氧气沿气道传递至负极，在负极析氢前发生化学反应生成水，实现氧氢循环复合，达到氢体内部自我吸收，可以实现蓄电池密封，不需维护。因此，这种新型蓄电池在电力系统中正逐步扩大其应用范围。

（2）碱性蓄电池。镉镍碱性蓄电池是近20年发展起来的高可靠、免维护型新产品。其电解液是20％的氢氧化钾（KOH）水溶液，电极用氢氧化镍［Ni（0H）3］作正极，用镉（Cd）作负极时叫镉镍蓄电池，用铁（Fe）作负极时叫铁镍蓄电池。此种蓄电池体积小、容量大、使用寿命长（可达20年左右），端电压为1.35V，无有害气体污染。在发电厂和变电所中已有广泛应用。

2．蓄电池的容量及放电率

蓄电池的容量（Q）)是蓄电池蓄电能力的重要标志。容量Q是指定的放电条件（温度放电电流、终止电压）下所放出的电量称为蓄电池的容量，单位用A•h（安培小时）表示。

蓄电池放电至终止电压的时间称放电率，单位为h（小时）率。

蓄电池的容量一般分为额定容量和实际容量两种。

额定容量是指充足电的蓄电池在25℃时，以10h放电率放出的电能。

Q N=I N·t N

式中Q N蓄电池的额定容量，A·h；

I N额定放电电流，即10小时率的放电电流，A；

t N放电至终止电压的时间，一般为10h。

蓄电池的实际容量与极板的面积、电解液的密度、放电电流的大小、充电程度及环境温度等有关，因此实际容量为

Q=I·t

式中Q蓄电池的容量，A·h；

I非10小时率的放电电流，A；

t放电时间，h。

若电池的放电率是指放电至终止电压的快慢。采用不同的放电率，其蓄电池的容量是不同的，铅酸蓄电池规定以10h放电率为标准放电率。当以10h放电率放电到终止电压的容量约是以1h放电率放电到终止电压时容量的2倍。

例如：额定容量为216A·h的蓄电池，若用电流表示放电率，则为21.6A率，若用时间