【文章內(nèi)容簡介】 回路中發(fā)生各種短路時，其短路電流必須滿足用電設(shè)備可靠動作要求； 2）專用的電流互感器在各種短路情況下能輸出足夠功率想復(fù)式整流裝置供電。詳細接線方式如圖 22 所示。 圖 22 復(fù)式整流直流系統(tǒng)框圖 Figure 22 Double rectifier DC system block diagram 電源變換式直流操作電源 電源變換式直流操作電源時一種獨立式 直流操作電源，其框圖如圖 23 所示。電源變換式直流操作電源可由可控硅整流和整流裝置 U 48V 蓄電池 GB、逆變裝置 U2 和整流裝置 U3 組成。正常運行時， 220V 交流電源經(jīng)過可控硅整流裝置 U1 變換為 48V 的直流電源，作為全站的 48V 直流操作電源，并對 48V 蓄電池 GB 進行充電和浮充電；同時 48V 直流電源經(jīng)過逆變裝置 U2 變換為交流電源，在通過整流裝置 U3 變換為 220V 直流操作電源輸出。事故情況下，電源逆變裝置云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 U2 能利用蓄電池儲存的電能進行逆變，從而保證了重要直流負載連續(xù)供電，供電時間長短取決于 48V 蓄電池容量?？梢?，這種直流電源能提供兩個等級的操作電源，直流 220V 和 48V,為中小型變電站的弱電控制提供了方便。詳細接線方式如圖 23 所示。 圖 23 電源變換式直流操作電源框圖 Figure 23 Power transformation type DC operation power supply block diagram 本次設(shè)計的原始資料 本次設(shè)計是對 220kV 變電站的直流電源系統(tǒng)進行設(shè)計，該變電站擁有兩臺SFPSZ7— 120210/220/110/10 三繞組變壓器。 220kV 系統(tǒng)為 7 回出線，雙 母帶旁路接線； 110kV 系統(tǒng)為 10 回出線，雙母帶旁路接線且有獨立旁路斷路器； 10kV系統(tǒng)為 10 回出現(xiàn)，單母分段接線。 220kV 和 110kV 為 SF6 斷路器， 10kV 為真空斷路器；采用常規(guī)控制方式，紅綠燈監(jiān)視；集成電路型保護，常規(guī)光字牌信號燈；UPS 裝置一臺功率為 4kW，閃光裝置 2 套，接地檢測裝置 1 套，同期裝置 1 套，微機檢測裝置 1 套?，F(xiàn)場到變電站控制中心的距離為 50 米。該 220kV 變電站電氣主接線圖詳見附圖一，圖號： 202131123601。 本次設(shè)計主要針對某 220kV 變電站的直流系統(tǒng)進行設(shè)計，設(shè)計確定采用 蓄電池直流系統(tǒng)。 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 3 直流系統(tǒng)回路設(shè)計 直流系統(tǒng)的額定電壓 額定電壓就是電器所允許加的最大電壓值。 220— 500kV 變電站的強電直流電壓為 220V 或 110V,弱電直流電壓為 48V。強電直流電壓選 220V 還是 110V，應(yīng)根據(jù)變電站的具體情況及通過技術(shù)經(jīng)濟比較，找出影響直流系統(tǒng)額定電壓選擇的主要因素。 根據(jù)現(xiàn)在 220kV－ 500kV 變電站的發(fā)展及其特點，由于變電站占地面積大，被控對象遠，所需控制回路電纜長，所以滿足控制回路電壓降的要求以及降低控制電纜的投資問題成為決定 220kV 變電站直流系統(tǒng)工作電 壓的主要因素。在相同操作功率時， 220V 控制電纜中的電流比 110V 控制電纜中的電流要小一倍，降低了控制電纜中的電壓降，也將低了控制電纜方面的投資。且 220V 直流電源對變電所的事故照明比較有利，接線簡單，切換回路可以簡化，而用 110V 則要采用逆變電源裝置或其他方式解決事故照明的供電問題，較為困難。因此國內(nèi)的變電站強電直流電壓大多數(shù)采用 220V。 【 2】 本次設(shè)計，也將該 22kV 變電站的直流系統(tǒng)的額定電壓確定為 220V。 220kV 直流系統(tǒng)蓄電池的確定 蓄電池的分類 蓄電池是一種儲能裝置，它把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，又可把儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，這種可逆的轉(zhuǎn)換過程是通過充、放電循環(huán)來完成的，而且可以多次循環(huán)使用，使用方便且有較大的容量。目前，我國投入運行的變電站中，絕大多數(shù)都是采用鉛酸蓄電池，也有采用堿性蓄電池。 1）鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電鉛酸蓄電池是電力工程中廣泛采用的直流電源裝置。它具有適用溫度和電流范圍大，存儲性能好，化學(xué)能和電能轉(zhuǎn)換率高，充放電循環(huán)次數(shù)多，端電壓高，容量大，且節(jié)省鉛材料資源豐 富、造價較低等一系列優(yōu)點。 鉛酸蓄電池又分為防酸隔爆式、消氫式及閥控式密封鉛酸蓄電池三大類。閥控式密封鉛酸蓄電池與防酸隔爆式和消氫式鉛酸蓄電池相比較有很大的優(yōu)點：閥控式密封鉛酸蓄電池在正常充放電運行狀態(tài)下處于密封狀態(tài)，電解液不泄露，也不排放任何氣體，不需要定期的加水或加酸，維護工作也比較少；防酸隔爆式鉛云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 酸蓄電池是屬于半封閉型的，當在充電運行狀態(tài)下產(chǎn)生的氣體較多時，會使電池室中存在爆炸的危險，而且需要定期的往電池中加純水及維護；消氫式鉛酸蓄電池也需要定期進行維護與加水，相對比較麻煩。 2）堿性蓄電池 采用的堿性蓄電池主要是鎘鎳蓄電池。由于單個蓄電池在各種運行狀態(tài)下電壓變化的相對值大于直流母線電壓允許變化的相對值，才引起加裝端電池，用來調(diào)節(jié)母線電壓。然而，鎘鎳蓄電池充電末期電壓與放電末期電壓相差比較大，達到約 倍，為保持直流母線電壓不超過允許的變動范圍，鎘鎳蓄電池組必須采取調(diào)壓措施，如 。而鉛酸蓄電池的單個蓄電池在各種運行狀態(tài)下電壓變化的相對值小于或等于直流母線電壓允許變化的相對值，也就保持了直流母線電壓在允許的變化范圍之內(nèi)，故不需要加裝端電 池。由于鎘鎳蓄電池必須設(shè)置調(diào)壓措施，與無端電池的鉛酸蓄電池相比，增加了投資和運行維護的復(fù)雜性，特別是蓄電池組容量較大時更為突出。 因此，鎘鎳蓄電池與鉛酸蓄電池相比，在相同容量、相同額定電壓下，鎘鎳蓄電池投資較高，隨著容量的增大，投資的差額也增加。這就是影響鎘鎳蓄電池在工程上大量采用的主要原因。 綜合上述比較，因為本設(shè)計針對的 220kV 變電站是樞紐變電站，在電力系統(tǒng)中地位比重高，可靠性要求較高，因此選用鉛酸蓄電池中的閥控式密封鉛酸蓄電池。 蓄電池組的確定 蓄電池裝設(shè)的組數(shù)不但與變電 站的重要性和保護雙重化的要求有關(guān)，而且與控制方式以及自動化水平有關(guān)。故在具體工程中，如果采用一些新的控制方式和布置型式時蓄電池裝設(shè)的組數(shù)可根據(jù)實際情況和經(jīng)濟技術(shù)比較確定。 現(xiàn)在，國家對 220kV 變電站對直流電源可靠性要求進一步提高，考慮蓄電池運行維護的需要，并考慮 220kV 變電站直流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與蓄電池直流電源可靠性匹配要求， 220kV 變電站直流系統(tǒng)應(yīng)配置兩組蓄電池。雖在經(jīng)濟上多投入，但其運行可靠性卻得到了大幅度提高，且運行方式靈活，維護方便。 以下便是 220kV 變電站要求具備高可靠性直流電源的原因、目前單組蓄 電池運行、維護存在的主要問題和 220kV 變電站直流系統(tǒng)配置兩組蓄電池方案必要性及優(yōu)點。 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 一、 220kV 變電站要求具備高可靠性直流電源的原因 （ 1）現(xiàn)在大部分 220kV 變電站建設(shè)規(guī)模比較大，且為樞紐站。 （ 2） 220kV 變電站主保護亦實現(xiàn)雙重化，采用兩套不同原理、不同廠家裝置；斷路器跳閘回路雙重化；且均要求取自不同直流電源。 （ 3） 線路的兩套縱聯(lián)差動保護、主變壓器的主保護和后備保護均分別由獨立的直流熔斷器供電。 （ 4）所有獨立的保護裝置都必須設(shè)有直流電源故障的自動報警回路。 （ 5）變電站綜合自動化水平提高，監(jiān) 控系統(tǒng)高可靠運行要求。 二、 目前單組蓄電池運行、維護存在的主要問題 （ 1）事實證明要掌握蓄電池運行狀態(tài)，做到心中有底、運行可靠，必須進行全容量核對試驗，然而直流系統(tǒng)配置一組蓄電池，給運行維護造成了極大困難。 （ 2）就對各發(fā)供電單位已運行的各型式蓄電池統(tǒng)計表明，使用壽命一般為7 年到 10 年，且這期間尚需對個別落后電池維護處理才能夠保證整組蓄電池使用年限。對于僅一組蓄電池而言，整個更換期間同樣要承擔風險運行。 三、 220kV 變電站直流系統(tǒng)配置兩組電池的必要性及優(yōu)點 （ 1） 由于單組蓄電池不能很好的滿足 22kV 變 電站運行可靠性要求，且運行維護困難 ,故此 220kV 變電站直流系統(tǒng)配置兩組蓄電池是必要的。 （ 2） 220kV 變電站直流系統(tǒng)配置兩組蓄電池，完全滿足運行要求 ,采用該系統(tǒng)對增加控制保護設(shè)備運行的可靠性有較重要的意義。 （ 3） 220kV 變電站配置兩組蓄電池組后，從簡化母線結(jié)構(gòu)、減少設(shè)備造價、節(jié)約能源、避免降壓裝置故障開路造成母線失壓，減少了電網(wǎng)事故和更大設(shè)備事故的發(fā)生，使直流系統(tǒng)進一步簡化、可靠。 綜合上述分析，并依據(jù)《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》 條規(guī)定：220kV500kV 變電站應(yīng)裝設(shè)不少于 2 組蓄 電池。依據(jù)《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》 條規(guī)定：變電站采用兩組蓄電池且采用高頻開關(guān)充電裝置時，宜配置 2 套充電裝置，也可配置 3 套充電裝置。本次設(shè)計綜合考慮該變電站在電力系統(tǒng)中屬于樞紐變，供電范圍大，事故停電造成影響范圍較大，因此本次設(shè)計從經(jīng)濟性和可靠性出發(fā)最終決定采用 2 組蓄電池 2 套充電裝置。 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 直流系統(tǒng)基本接線方式 對直流系統(tǒng)基本接線方式的要求是安全可靠，接線方便，供電范圍明確，操作方便。直流母線的接線與蓄電池的組數(shù)、直流負荷的供電方式以及充電、浮充電設(shè)備的配置方式等因素有關(guān)。 直流系統(tǒng)基本 接線方式有單母線和單母線分段兩種。按照蓄電池是否帶端電池又可分為無端電池和帶有端電池接線；對于無端電池接線又可分為不帶降壓裝置和帶降壓裝置接線；根據(jù)端電池的投入方式又可分為帶端電池調(diào)節(jié)器接線和帶端電池自投裝置接線。端電池是指直流裝置的蓄電池分為兩部分，一部分是基本蓄電池組，供正常負荷時用，另一部分為參加調(diào)節(jié)的端電池，供事故時調(diào)節(jié)直流母線電壓用的，比如基本電池用得過多，造成直流母線的電壓下降過多時，通過調(diào)節(jié)裝置將端電池投上去，維持直流母線的電壓水平。采用端電池能維持母線電壓的穩(wěn)定但是接線以及投資就會大大增加， 因此目前應(yīng)用最廣泛的是不帶任何調(diào)壓裝置的無端電池接線。 單母接線方式 單母線接線方式是只有一組母線，直流電源全部接于這組母線上，全站整個直流用電負荷都必須通過這組母線供給，正常運行時整流裝置回路直接向母線輸送直流電，當交流停電或是充電回路發(fā)生故障、檢修時由蓄電池放電向母線輸送直流電。詳細接線方式如圖 31 所示。 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 圖 31 單母線接線 Figure 31 Single busbar connection 優(yōu)點：接線簡單、操作方便、設(shè)備少、經(jīng)濟性好；并且母線便于向兩端延伸，擴建方便。 缺點 :（ 1）可靠性差。出現(xiàn)回路的設(shè)備進行檢修或故障時，該回路要停電，直至修好，也可能是長期停電；母線檢修或故障時，所有回路都要停止工作，也就是造成全廠或全所整個直流系統(tǒng)長期停電。 （ 2）調(diào)度不方便，且線路側(cè)發(fā)生短路時，有較大的電流。 適用范圍：適用于設(shè)有一組蓄電池、兩套充電裝置的變電站和小型發(fā)電廠。 單母線分段接線方式 單母線分段接線是有兩組母線，直流電源分別接于兩組母線上，兩組母線都可以向全站的直流負荷提供直流電，正常運行時整流裝置回路直接向母線輸送直流電；當交流停電或是充電 回路發(fā)生故障、檢修時由蓄電池放電向母線輸送直流電。且對一些特殊故障或事故狀態(tài)時可達到一個可靠供電的目的。特殊故障：一組母線發(fā)生故障或檢修、交流斷電時一組蓄電池或蓄電池回路停止運行。 特殊故障時運行情況： 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 （ 1）一組母線發(fā)生故障或檢修，另一組母線可以向全站直流負荷輸送直流電，保證全站的直流負荷不斷電。 （ 2）交流斷電時一組蓄電池或蓄電池回路停止運行時，絕緣檢查裝置將作出監(jiān)測并且分段斷路器將閉合，接于另一組母線上的蓄電池組將向全站輸送直流電，保證全站的直流負荷不斷電。 詳細接線方案如圖 32 所示。 圖 32 單母線分段接線 WZJ— 直流絕緣監(jiān)察裝置 SGZ— 閃光裝置 Figure 32 Single bus section connection WZJ DC Insulation monitoring device SGZ Flash device 優(yōu)點：接線比較簡單，操作方便，可靠性有所提高；且調(diào)度方便，擴建也較方便；還有，如果出線回路較多，增加的投資比例不高。 缺點：投資和占地面積相對單母線接線有所增加。 特點：充電器和浮充電器分別接到兩段母線上，蓄電池 組接在每一段母線上，直流負荷雙回路電源分別接在不同的分段上，能方便的形成兩個互不聯(lián)系的直流系統(tǒng)，有益于提高直流系統(tǒng)的可靠性，投資大，接線較單母線接線復(fù)雜，但是靈活性好，可靠性高。 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 適用范圍：適用于設(shè)有一組蓄電池和兩套充電裝置的大型變電站或機組較多的小型發(fā)電廠。 根據(jù)《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》 條規(guī)定： 2 組蓄電池的直流系統(tǒng)應(yīng)采用單母線分段接線（二段單母線接線），蓄電池應(yīng)分別接于不同母線段，二段直流母線應(yīng)設(shè)聯(lián)絡(luò)電器，且應(yīng)