【正文】 ? 信號報警： 直流系統(tǒng)中各 設(shè)備產(chǎn)生的報警信號應(yīng)上傳到監(jiān)控單元，監(jiān)控裝置可實時地顯示當(dāng)前的告警內(nèi)容。 b) 直流系統(tǒng)微機監(jiān)控裝置應(yīng)具有下列基本功能： ? 參數(shù)顯示： 實時顯示各個下級設(shè)備的各種信息，包括采集數(shù)據(jù)、設(shè)置數(shù)據(jù)等。 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，應(yīng)發(fā)出報警信號到微機監(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，應(yīng)發(fā)出報警信號到微機電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計與設(shè)備選擇 XX電源 16 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，應(yīng)發(fā)出報警信號到微機監(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，應(yīng)發(fā)出報警信號到微機監(jiān)控單元。 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。 b) 直流屏柜上的測量表計宜采用四位半精度的數(shù)字式表計。 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： ? 充電裝置輸出回路和蓄電池組出口回路的直流電流表。 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。 c) 直流饋電回路裝設(shè)直流斷路器保護。 保護和監(jiān)控 保護 a) 充電裝置的交流輸入回路裝設(shè)交流斷路器保護，并裝設(shè)吸收浪涌電壓的 C 級和 D 級防雷器產(chǎn)品。試驗放電設(shè)備應(yīng)經(jīng)隔離和 保護電器直接與蓄電池組出口回路并聯(lián)。 電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計與設(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力母線之間。 b) 直流系統(tǒng)為二段單母線接線方式時，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，每組蓄電池及其整流器應(yīng)分別接入不同直流母線段。 a) 直流系統(tǒng)為單母線分段接線方式時，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，二者應(yīng)跨接在兩段直流母線上。兩段直流母線切換過程中允許兩組蓄電池短時并聯(lián)運行。 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。 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。 充電裝置 充電裝置型式：高頻開關(guān)整流器。 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。當(dāng)設(shè)有繼電保護裝置小室時，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。 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，應(yīng)獨立裝設(shè)不少于 2 組蓄電池對控制負(fù)荷和動力負(fù)荷供電。 e) 容量為 600MW 級機組的發(fā)電廠，每臺機組應(yīng)裝設(shè) 3 組蓄電池，其中 2 組對控制負(fù)荷供電，另 1 組對動力負(fù)荷供電。 c) 容量為 200MW 級機組的發(fā)電廠，且升高電壓為 220kV 及以下時，每臺機組可裝設(shè)1 組蓄電池 (控制負(fù)荷與動力負(fù)荷合并供電 )或 2 組蓄電池 (控制負(fù)荷與動力負(fù)荷分別供電 )。其它情況下可裝設(shè) 1 組蓄電池。 c) 閥控式鉛酸蓄電池的容量為 100Ah 以上時，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，可選用單 只電壓為 6V 或 12V 的產(chǎn)品。 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) 均衡充電運行情況下，控制母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 110％，動力母線電壓應(yīng)不高于直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的 115％。 c) 對控制負(fù)荷與動力負(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 ％。 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 ％。注：浮充運行的具體電壓值由工程確定的蓄電池類型和個數(shù)決定。 c) 對控制負(fù)荷與動力負(fù)荷合并供電的直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓宜采用 220V。 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。這一技術(shù)無需在直流母線上疊加任何信號，對直流系統(tǒng)不會產(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。當(dāng)然可以采用信號相位比較技術(shù)進行超前校正及跟蹤，消除支路分布電容對接地電阻測量精度的影響，同時克服母線上非同步交流信號的干擾，解決了因判斷數(shù)據(jù)不全引發(fā)的支路誤報和漏報現(xiàn)象。感應(yīng)電流信號經(jīng)過放大、相位比較、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換后，進行數(shù)據(jù)處 理并計算出相應(yīng)的接地電阻值，判斷出直流饋電支路的接地故障。 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，計算出饋電支路的正負(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，對接地故障點的查找只能采用逐路斷開各饋電支路，順著支路逐級查找儀確定接地故障點。 根據(jù)歐姆定律在開關(guān) S1 和 S2 分別閉合時得到方程式： U+1*(R+2Rz) U1*(R+Rf) S1 閉合， S2 斷開時： ＝ （方程一） R*Rz R*Rf U+2*(R+Rz) U2*(R+2Rf) S2 閉合， S1 斷開時： ＝ （方程二） +S2S1RRRRU+URzRf電力工程直流操作電源系統(tǒng)的原理、設(shè)計與設(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。因此直流系統(tǒng)對地應(yīng)有良好的絕緣，必須對其進行實時的在線監(jiān)測，當(dāng)某一點出現(xiàn)接地故障時，立即發(fā)出告警信號，提醒運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。 絕緣監(jiān)測裝置的工作原理 發(fā)電廠和變電站內(nèi)的直流操作電源系統(tǒng)，其直流供電網(wǎng)絡(luò)分布到電站的各個一次和二次設(shè)備處，支路縱橫交錯，發(fā)生接地的概率很高。 硅堆監(jiān)視電路與各級降壓硅堆相并聯(lián)，如果串入線路中的某個二極管出現(xiàn) PN 結(jié)開路的情況，監(jiān)視電路將自動使該 PN 結(jié)所在的這一節(jié)硅堆并聯(lián)的 繼電器器閉鎖，其常閉觸點閉合，使得該節(jié)硅堆被短接旁路，實現(xiàn)控制母線不間斷供電。 如圖所示，根據(jù)具體工程情況可將降壓硅堆分為 2～ 4 節(jié)串聯(lián)，在每節(jié)硅堆的兩端并接控制繼電器的常閉觸點，如果控 制繼電器動作，其常閉觸點斷開，使該節(jié)硅堆串入線路中降壓，直流輸出電壓降低；反過來，如果控制繼電器的常閉觸點閉合，使該節(jié)硅堆被短接旁路，直流輸出電壓升高。采用硅二極管降壓的優(yōu)點是： 大功率硅 二極管的 過載能力強、能短時耐受近 20 倍的沖擊電流。 硅堆降壓單元的原理框圖如圖 28 所示。 硅堆降壓裝置的工作原理 對于閥控式鉛酸蓄電池組的個數(shù)選擇大于 104 只 (110V 系統(tǒng)大于 52 只 )的直流系統(tǒng)，由于在對蓄電池進行均衡充電時，與蓄電池組并聯(lián)的直流母線電壓超出控制直流負(fù)荷電壓不大于＋ 10％的要求，因此需要這樣一個降壓裝置把直流母線的電壓調(diào)節(jié)到控制直流負(fù)荷要求的范圍內(nèi)。 許繼電源公司生產(chǎn)的 ZZG10 系列高頻開關(guān)整流器在綜合考慮各項指標(biāo)后，將 ZZG12系列模塊的開關(guān)頻率選定在 50K， ZZG13 系列模塊的開關(guān)頻率選定在 25K。 提高開關(guān)頻率，可以減小感性器件的體積，使整流模塊的體積更小、功率 密度更大，也可在一定程度上提高輸出穩(wěn)定精度。 輸出短路保護：采用逐周波峰值電流檢測的模式，檢測主回路開關(guān)器件的各個周期的電流值，使其參與控制環(huán)的調(diào)節(jié)，實行逐周波限流，實現(xiàn)短路保護。 輸出限流和短路保護 高頻開關(guān)整流模塊一般具有直流輸出限流和短路保護的功能： 輸出限流保護：通過采樣直流輸出電流值，把其同設(shè)定的最大輸出電流值（即限流值）進行比較。模塊上電開機后，軟啟控制信號從零開始按一定的斜率上升， 而反饋控制信號則從開機時的開環(huán)最大值，逐漸隨電壓反饋信號的上升而下降。此時輸入側(cè)的浪涌電流很大，同時在輸出側(cè)產(chǎn)生很高的沖擊電壓。為避免這些問題的發(fā)生，可采取在主回路的濾波電容前串入一個和繼電器觸點并聯(lián)的限流電阻電路，在上電的初始階段繼電器觸點斷開 ，經(jīng)過限流電阻給濾波電容充電直至接近到滿電壓值后，再控制繼電器觸點閉合，把限流電阻短接旁路，完成啟動輸入主回路過程。在高頻開關(guān)整流模塊中，常見的軟啟動有輸入軟啟動和輸出軟啟動之分。這樣可以避免當(dāng)主模塊出現(xiàn)故障時造成系統(tǒng)崩潰。 3﹪。每個模 塊（包括主模塊和從模塊）將自己的電流采樣電壓與基準(zhǔn)電壓 Vbus 比較，產(chǎn)生的誤差放大信號調(diào)節(jié)其脈沖寬度改變模塊的輸出電壓，使每個模塊的輸出電流采樣電壓趨向于相等，從而達到均流輸出的目的。多模塊并機時，各模塊的輸出電流采樣電壓通過并機均流總線 CS 連接在一起，進行比較后取并聯(lián)模塊的最大的采樣電壓作為并機均流總線的基準(zhǔn)電壓 Vbus。 硬開關(guān)模式：通態(tài)損耗小 固定頻率控制 開關(guān)損耗大 EMI 噪聲大 軟開關(guān)模式：通態(tài)損耗小 固定頻率控制 開關(guān)損耗小 EMI 噪聲小 圖 26 軟開關(guān)模式與硬開關(guān)模式的比較 并機均流技術(shù) 采用“低壓差無主自動均流技術(shù)”，實現(xiàn)多模塊并機的輸出電流自動平均分擔(dān)。 典型的軟開關(guān)技 術(shù)有零電壓開關(guān)技術(shù) ZVS（ Zero Voltage Switching： 在開關(guān)管承受電壓為零時控制開關(guān)管導(dǎo)通 ） 和零電流開關(guān)技術(shù) ZCS（ Zero Current Switching： 在流過開關(guān)管的電流為零時控制開關(guān)管關(guān)斷 ） 。 軟開關(guān)技術(shù)所采用的方法一般是在半導(dǎo)體開關(guān)器件的兩端通過輔助串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振回路使半導(dǎo)體開關(guān)器件在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換前，電壓或電流諧振到零，再進行開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程。在開關(guān)的過程中，半導(dǎo)體開關(guān)器件會呈現(xiàn)變阻抗的特性，同時開通和關(guān)斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)化 時是有持續(xù)的時間存在（如圖25 中的硬開關(guān)模式波形）。因此軟開關(guān)技術(shù)成了高頻整流模塊領(lǐng)域所研究的主要方向之一。 軟開關(guān)技術(shù) 對于高頻整流模塊，發(fā)展方向為高功率密度、高效率、小體積、高可靠性，同時要有很好的 EMC 措施。其波形變換過程如圖 24 所示。 脈寬調(diào)制（ PWM）控制 PWM（ Pulse Width Modulation） 控制是高頻開關(guān)電源普遍采用一種技術(shù)，由控制電路產(chǎn)生的控制脈沖驅(qū)動高頻逆變電路中的開關(guān)管周期導(dǎo)通，將直流電變換成寬度可調(diào)的高頻方波，再經(jīng)整流平滑為直流電輸出。其控制調(diào)節(jié)過程如下： 高頻逆變采用全橋串聯(lián)諧振軟開關(guān)技術(shù)，其控制方式為“逐周波峰值電流檢測模式”。 7） 輸出 LC 濾 波：采用無源的 LC 器件，將整流所得的 高頻脈動直流電 轉(zhuǎn)換成平滑的直流電輸出。由于采用了高頻交流脈沖傳輸技術(shù)，因此變壓器的體積較小、重量較輕。 4） 高頻逆變：采用 MOSFET 或 IGBT 開關(guān)器件， 將輸入直流電變換為脈沖寬度可調(diào)的高頻交流脈沖波。 2） 交流全橋整流：利用三相整流橋 直接將交流輸入電壓變換為脈動直流電。 3） 系統(tǒng)工作能量流向： 系統(tǒng)工作時的能量流向如圖 22 所示。監(jiān)控模塊時實監(jiān)測蓄電池的放電電壓和電流，當(dāng)蓄電池放電到設(shè)置的終止電壓時，監(jiān)控模塊告警。另外，監(jiān)控模塊通過對采集數(shù)據(jù)的分析和判斷，能自動完成對蓄電池組充電的均浮充轉(zhuǎn)換和溫度補償控制，以保證電池的正常充電，最大限度地延長電池的使用壽命。整流模塊、蓄電池組、交直流配電單元的運行參數(shù)分別由充電監(jiān)控電路和配電監(jiān)控電路采集處理，然后通過 RS485 通信口把處理后的信息上傳給監(jiān)控模塊，由監(jiān)控模塊統(tǒng)一處理后顯示在液晶屏幕上。 配電監(jiān)控單元：采集系統(tǒng)中交流配電、整流裝置、蓄電池組、直流母線和饋電回路的電壓、電流運行參數(shù)，以及狀態(tài)和告警接點信號，上傳到集中監(jiān)控模塊進行運行參數(shù)顯示和信號處理。當(dāng)集中監(jiān)控模塊交流輸入*)系統(tǒng) 不設(shè)置硅降壓裝置時，動力母線和控制母線合并。該裝置為電站的運行維護人員隨時了解蓄電池組的運行狀況提供了方便，但對于每個用戶來說并不是必需的。對于帶支路巡檢功能的絕緣監(jiān)測裝置，還可以確定接地故障點是發(fā)生在哪一條饋電回路中。當(dāng)提高蓄電池組的容量，減少單體串連的個數(shù)時，可以取消硅堆降壓單元，達到簡化系統(tǒng)接線、提高可靠性的目的。高頻整流模塊將交流電變換為直流電