【文章內(nèi)容簡介】 號(hào)裝置、控制回路和繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，甚至造 成直流正負(fù)極短路，從而引發(fā)嚴(yán)重的電力事故。因此直流系統(tǒng)對地應(yīng)有良好的絕緣，必須對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測，當(dāng)某一點(diǎn)出現(xiàn)接地故障時(shí)，立即發(fā)出告警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員查找并排除接地故障，從而杜絕直流系統(tǒng)接地可能引起的事故。 直流系統(tǒng)的絕緣檢測由母線絕緣檢測和支路絕緣檢測兩部分組成，分別說明如下： 母線絕緣檢測 圖 29 母線絕緣檢測原理圖 如圖 29 所示，采用不平衡電橋測量電路，由微處理器控制開關(guān) S1 和 S2 順序?qū)?，分別測得兩組直流母線正負(fù)極對地的電壓值數(shù)據(jù)，然后解方程求出直流母線正負(fù)極對地的絕緣電 阻值。 根據(jù)歐姆定律在開關(guān) S1 和 S2 分別閉合時(shí)得到方程式： U+1*(R+2Rz) U1*(R+Rf) S1 閉合， S2 斷開時(shí)： ＝ （方程一） R*Rz R*Rf U+2*(R+Rz) U2*(R+2Rf) S2 閉合， S1 斷開時(shí)： ＝ （方程二） +S2S1RRRRU+URzRf電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇 XX電源 12 R*Rz R*Rf 已知 U+ U U+ U2 和 R，解方程可以分別求出直流母線正極對地的絕緣電阻 Rz和負(fù)極對地的絕緣電阻 Rf 的值。 這種母線絕緣檢測技術(shù)可以準(zhǔn)確地測量出直流系統(tǒng)正負(fù)極對地總的絕緣電阻，但不能確定直流系統(tǒng)各供電支路（直流饋電輸出）的正負(fù)極對地的絕緣電阻值。因此，如果直流系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，對接地故障點(diǎn)的查找只能采用逐路斷開各饋電支路，順著支路逐級(jí)查找儀確定接地故障點(diǎn)。這種方法即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且斷開支路上的各 種裝置要暫時(shí)退出工作，存在引起電力事故的危險(xiǎn)。 支路絕緣監(jiān)測 對直流系統(tǒng)各饋電支路正負(fù)極對地的絕緣電阻的檢測，是在各饋電支路回路安裝電流互感器，采用低頻疊加或直流漏電流的原理，計(jì)算出饋電支路的正負(fù)極對地的絕緣電阻值。這兩種原理各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，分別說明如下： 1） 低頻疊加原理：由低頻信號(hào)源產(chǎn)生的超低頻信號(hào)由直流母線對地耦合到直流系統(tǒng)，采用無源交流微電流傳感器，感應(yīng)流過各饋電支路中接地電阻與接地電容的超低頻信號(hào)電流，其大小直接反映出支路接地電阻的變化。感應(yīng)電流信號(hào)經(jīng)過放大、相位比較、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理并計(jì)算出相應(yīng)的接地電阻值，判斷出直流饋電支路的接地故障。這一技術(shù)的電流傳感器不受一次側(cè)電流和溫度變化的影響，缺點(diǎn)是檢測精度受分布電容和低頻信號(hào)衰減的影響較大。當(dāng)然可以采用信號(hào)相位比較技術(shù)進(jìn)行超前校正及跟蹤，消除支路分布電容對接地電阻測量精度的影響，同時(shí)克服母線上非同步交流信號(hào)的干擾，解決了因判斷數(shù)據(jù)不全引發(fā)的支路誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象。 2） 直流漏電流原理：采用磁調(diào)制有源直流微電流傳感器，饋電支路正負(fù)極穿過傳感器的正常負(fù)荷電流大小相等、方向相反，在傳感器中的合成直流電磁場為零，其二次輸出也為零；當(dāng)支路回路的正負(fù)極存在 接地電阻時(shí)，就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生漏電流，并且在傳感器中合成漏電流磁場，其二次輸出就直接反映接地漏電流的大小，結(jié)合母線絕緣檢測不平衡電橋電路的對地電壓測量數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出支路對地的絕緣電阻值，從而判斷出直流饋電支路的接地故障。這一技術(shù)無需在直流母線上疊加任何信號(hào)，對直流系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生任何不良影響，檢測精度不受直流系統(tǒng)對地分布電容的影響，且靈敏度高，巡檢速度快。 缺點(diǎn)是有源直流傳感器 設(shè)計(jì)制造復(fù)雜 ， 對 溫度變化 對其精度有一定的影響 ，輸出 可能 產(chǎn)生漂移，影響測量精度。 需 采取校正技術(shù)消除磁偏和溫度的影響 3. 直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 系統(tǒng)電 壓 直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓按下列要求確定： a) 專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓宜采用 110V。 電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇 XX電源 13 b) 專供動(dòng)力負(fù)荷的直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓宜采用 220V。 c) 對控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓宜采用 220V。 直流系統(tǒng)在正常浮充運(yùn)行情況下，直流母線電壓應(yīng)為直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 105％。注：浮充運(yùn)行的具體電壓值由工程確定的蓄電池類型和個(gè)數(shù)決定。 直流系統(tǒng)在均衡充電運(yùn)行情況下，其直流母線電壓應(yīng)滿足如下要求： a) 專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 110％。 b) 專供動(dòng)力負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 ％。 c) 對控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)，應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 110％。 直流系統(tǒng)在事故放電情況下，其蓄電池組出口端電壓應(yīng)滿足如下要求： a) 專供控制負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不低于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 85％。 b) 專供動(dòng)力負(fù)荷的直流系統(tǒng)，應(yīng)不低于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 ％。 c) 對控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)，應(yīng)不低于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 ％。 對設(shè)置硅降壓裝置，控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷混合供電的直流系統(tǒng)： a) 正常浮充運(yùn)行情況下，控制母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 105％，動(dòng)力母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo) 稱電壓的 110％。 b) 均衡充電運(yùn)行情況下，控制母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 110％，動(dòng)力母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 115％。 c) 事故放電運(yùn)行情況下，其蓄電池組出口端電壓應(yīng)不低于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 %。 蓄電池組 蓄電池型式： a) 大型和中型發(fā)電廠、 220kV 及以上變電所和直流輸電換流站采用防酸式鉛酸蓄電池或閥控式鉛酸蓄電池。 b) 小型發(fā)電廠、 110kV 及以下變電所采用閥控式鉛酸蓄電池。 c) 閥控式鉛酸蓄電池的容量為 100Ah 以上時(shí)，宜選用單只電壓為 2V 的產(chǎn)品；蓄電池的容量為 100Ah 及以下時(shí)，可選用單 只電壓為 6V 或 12V 的產(chǎn)品。 蓄電池組數(shù)： a) 設(shè)有主控制室的發(fā)電廠，當(dāng)機(jī)組總?cè)萘繛?100MW 及以上時(shí)，應(yīng)裝設(shè) 2 組蓄電池。其它情況下可裝設(shè) 1 組蓄電池。 b) 容量為 200MW 以下機(jī)組的發(fā)電廠，當(dāng)采用單元控制室的控制方式時(shí)，每臺(tái)機(jī)組可裝設(shè) 1 組蓄電池 (控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電 )。 c) 容量為 200MW 級(jí)機(jī)組的發(fā)電廠，且升高電壓為 220kV 及以下時(shí)，每臺(tái)機(jī)組可裝設(shè)1 組蓄電池 (控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電 )或 2 組蓄電池 (控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷分別供電 )。 d) 容量為 300MW 級(jí)機(jī)組的發(fā)電廠，每臺(tái)機(jī)組宜裝設(shè) 3 組蓄電池，其中 2 組對控制負(fù)電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇 XX電源 14 荷供 電，另 1 組對動(dòng)力負(fù)荷供電，或裝設(shè) 2 組蓄電池 (控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷合并供電 )。 e) 容量為 600MW 級(jí)機(jī)組的發(fā)電廠，每臺(tái)機(jī)組應(yīng)裝設(shè) 3 組蓄電池，其中 2 組對控制負(fù)荷供電，另 1 組對動(dòng)力負(fù)荷供電。 f) 小型供熱發(fā)電廠、燃油發(fā)電廠、燃?xì)獍l(fā)電廠和垃圾發(fā)電廠，根據(jù)需要可裝設(shè) 1 組或2 組蓄電池。 g) 當(dāng)發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中包括有 220kV 及以上電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)獨(dú)立裝設(shè)不少于 2 組蓄電池對控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷供電。當(dāng)設(shè)有繼電保護(hù)裝置小室時(shí)，可將蓄電池組分散裝設(shè)。其它情況的網(wǎng)絡(luò)控制室可裝設(shè) 1 組蓄電池。 h) 220kV～ 750kV 的變電所，應(yīng)裝設(shè)不少于 2 組 蓄電池對控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷供電。當(dāng)設(shè)有繼電保護(hù)裝置小室時(shí)，可將蓄電池組分散裝設(shè)。 i) 直流輸電換流站，站用蓄電池可裝設(shè) 2 組，極用蓄電池每極可裝設(shè) 2 組。 j) 110kV 及以下變電所宜裝設(shè) 1 組蓄電池，對于重要的 110kV 變電所也可裝設(shè) 2 組蓄電池。 k) 控制和信號(hào)系統(tǒng)的直流電源電壓為 48V 及以下時(shí)，宜采用 DC/DC 變換器，或獨(dú)立裝設(shè) 2 組蓄電池。 充電裝置 充電裝置型式：高頻開關(guān)整流器。 整流器組數(shù)： a) 1 組蓄電池的直流系統(tǒng)，宜配置 1 組整流器，也可以配置 2 組相同容量的整流器。 b) 2 組蓄電池的直流系統(tǒng)，宜配置 2 組整流器，也可以配置 3 組相同容量的整流器。 接線方式 母線接線方式 a) 1 組蓄電池的直流系統(tǒng)，采用單母線接線或單母線分段接線方式。 b) 2 組蓄電池的直流系統(tǒng)，應(yīng)采用二段單母線接線方式，蓄電池組分別接于不同母線段上。二段直流母線之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)電器，且滿足在運(yùn)行中二段直流母線切換時(shí)不中斷供電的要求。兩段直流母線切換過程中允許兩組蓄電池短時(shí)并聯(lián)運(yùn)行。 蓄電池組和充電裝置均應(yīng)經(jīng)隔離和保護(hù)電器接入直流系統(tǒng)。 a) 直流系統(tǒng)為單母線分段接線方式時(shí)，蓄電池組和充電裝置的連接方式如下： ? 1 組蓄電池配置 1 組整流器時(shí)，二者應(yīng)跨接在兩段直流母線上。 ? 1 組蓄電池配 置 2 組整流器時(shí)，兩組整流器應(yīng)接入不同直流母線段，蓄電池組應(yīng)跨接在兩段直流母線上。 b) 直流系統(tǒng)為二段單母線接線方式時(shí)，蓄電池組和充電裝置的連接方式如下： ? 2 組蓄電池配置 2 組整流器時(shí)，每組蓄電池及其整流器應(yīng)分別接入不同直流母線段。 ? 2 組蓄電池配置 3 組整流器時(shí)，每組蓄電池及其整流器應(yīng)分別接入不同直流母線段，第 3 組公用整流器應(yīng)經(jīng)切換電器可對 2 組蓄電池進(jìn)行充電。 電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇 XX電源 15 設(shè)置硅降壓裝置，控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷混合供電的直流系統(tǒng)，其硅降壓裝置串接在控制母線與動(dòng)力母線之間。 每組蓄電池均應(yīng)設(shè)置專用的試驗(yàn)放電回路。試驗(yàn)放電設(shè)備應(yīng)經(jīng)隔離和 保護(hù)電器直接與蓄電池組出口回路并聯(lián)。對于小型發(fā)電廠和各電壓等級(jí)的變電站直流系統(tǒng)，試驗(yàn)放電裝置宜采用微機(jī)控制的電阻型產(chǎn)品；對于大、中型發(fā)電廠直流系統(tǒng)，試驗(yàn)放電裝置宜采用微機(jī)控制的有源逆變型產(chǎn)品。 保護(hù)和監(jiān)控 保護(hù) a) 充電裝置的交流輸入回路裝設(shè)交流斷路器保護(hù)，并裝設(shè)吸收浪涌電壓的 C 級(jí)和 D 級(jí)防雷器產(chǎn)品。 b) 充電裝置直流輸出回路、蓄電池組出口回路和蓄電池組試驗(yàn)放電回路，裝設(shè)熔斷器或直流斷路器保護(hù)。 c) 直流饋電回路裝設(shè)直流斷路器保護(hù)。 d) 二次控制和信號(hào)電源回路均裝設(shè)熔斷器保護(hù)。 e) 裝設(shè)硅降壓裝置的直流系統(tǒng)具有防止硅元件開路的應(yīng) 急措施。 f) 各級(jí)保護(hù)電器的配置，應(yīng)根據(jù)直流系統(tǒng)的短路電流計(jì)算結(jié)果，保證具有可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性。 測量 a) 直流系統(tǒng)在直流屏柜上應(yīng)裝設(shè)以下測量表計(jì)： ? 充電裝置輸出回路和蓄電池組出口回路的直流電流表。 ? 充電裝置輸出回路、蓄電池組出口回路和直流主母線的直流電壓表。 b) 直流屏柜上的測量表計(jì)宜采用四位半精度的數(shù)字式表計(jì)。 c) 直流主母線應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)測裝置，以在線監(jiān)視直流系統(tǒng)對地的絕緣狀況。 d) 蓄電池組可選擇裝設(shè)電壓巡檢裝置，以在線監(jiān)視電池組單體的電壓水平。 信號(hào) a) 充電裝置的交流輸入回路裝設(shè)電源監(jiān)視模塊，當(dāng)交流電源失壓或 缺相時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到微機(jī)監(jiān)控單元。 b) 充電裝置的交流輸入回路裝設(shè)防雷器監(jiān)視模塊，當(dāng)防雷器失效時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到微機(jī)監(jiān)控單元。 c) 充電裝置的整流模塊在交流輸入電壓過高或過低、直流輸出過壓或過流及溫度過高保護(hù)時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到微機(jī)監(jiān)控單元。 d) 充電裝置直流輸出回路和蓄電池組出口回路的熔斷器熔斷或斷路器跳閘時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到微機(jī)監(jiān)控單元。 e) 直流饋電回路的斷路器保護(hù)跳閘時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到微機(jī)監(jiān)控單元。 f) 對直流絕緣監(jiān)測裝置，當(dāng)直流母線對地的絕緣電阻過低時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到微機(jī)電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇 XX電源 16 監(jiān)控單元。 g) 對裝設(shè)硅降壓裝置的系統(tǒng)， 當(dāng)降壓硅堆故障時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到微機(jī)監(jiān)控單元。 h) 對裝設(shè)電池巡檢裝置的系統(tǒng)，當(dāng) 單體電池電壓 過高或過低 及蓄電池開路或短路時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到微機(jī)監(jiān)控單元。 自動(dòng)化要求 a) 直流系統(tǒng)宜按每組蓄電池組設(shè)置一套微機(jī)監(jiān)控裝置。 b) 直流系統(tǒng)微機(jī)監(jiān)控裝置應(yīng)具有下列基本功能： ? 參數(shù)顯示： 實(shí)時(shí)顯示各個(gè)下級(jí)設(shè)備的各種信息，包括采集數(shù)據(jù)、設(shè)置數(shù)據(jù)等。通過鍵盤和 LCD，可以隨時(shí)查看整個(gè)電源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，包括直流母線電壓、絕緣電阻；蓄電池組均∕浮充狀態(tài)、充電電壓和電流及環(huán)境溫度；充電裝置直流輸出電壓和電流。 ? 信號(hào)報(bào)警： 直流系統(tǒng)中各 設(shè)備產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)應(yīng)上傳到監(jiān)控單元，監(jiān)控裝置可實(shí)時(shí)地顯示當(dāng)前的告警內(nèi)容。監(jiān)控裝置也能根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)自行判斷，并產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信息。所有的這些報(bào)警信息應(yīng)具有對應(yīng)的繼電器觸點(diǎn)輸出 (無源干結(jié)點(diǎn) )。 ? 電池管理： 自動(dòng)控制調(diào)節(jié)蓄電池的充電電壓和電流，以蓄電池