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电力gong程直流电源ke靠性研究
发biao日qi:2016-12-13

摘要:电力gong程直流电源的ke靠衴uan员heng电力系统的正常运行和事箂hi韏u有重要作用。wen章从设计xuan型角度指出了蓄电池xuan择、充放电设备xuan择、监控装置设置、系统接线和cao作保护设备xuan择等在直流电源ke靠性fang面存在的wen题以ji解决fang法。
  guan键词: 直流电源;ke靠性;设计xuan型
  0 概shu
   电力gong程包括各zhonglei型的发电厂和500kVji以下变电所,gong业企业和楼yu的10kV变电所。为了shi其正常运行和进行事箂hi恚琸e靠的直流电源是必不ke缺shao祄o谡T诵兄械牡缌ι璞柑峁┛刂啤⒈;ぁ⑿藕诺缭矗遹a断luqi才ke以正常cao作,you其是当电力系统事故交流电源ting电时,geng需要一套安全ke靠的直流电源,它除了给shangshu负荷供电wai,籫ua绷鞯缍痡i、事故照mingjiUPS等负荷供电,才能保zheng电力系统的事箂hi砗tu指垂┑纭
   多nian以lai,人men在直流电源ke靠性fang面zuo了大量的理论研究和实jiangong作,废除了一些落后设备和元qi件,改善了系统接线,提高了讁uan痵huiping,yong有了xian进的技术指标,以ji长寿命和shao维护的原则,ke靠性已大大提高。目前,电力系统广泛采用了fa控式mifeng铅酸蓄电池、高频开guan整流qi或weiji型jing闸guan整流qi、直流断luqi、直流电源监控装置等。
   但是在蓄电池xuan择、充放电设备xuan择、监控装置设置、系统接线和cao作保护设备xuan择祋ue矫嫒詒an存在一些影xiang直流电源ke靠性的wen题。除了设备技术质量fang面的wen题zhiwai,本wen将从设计xuan型fang面对直流电源ke靠性fang面提出一些wen题和解决ban法。
  1 蓄电池
   近十nianlaifa控式mifeng铅酸蓄电池得dao了广泛的应用。它在shi用中ju有无需添jia酸液,不漏液,无酸雾,自放电电流小,内zu小,寿命长,安装fang便shao维护等you点。但是它对温秖ue从α槊簦蚨猿涞绲缭匆猶iu较严格,不允许严重的过充或欠充。
   因此,在设计xuan型fang面应注意以下wen题。
  1.1  蓄电池zu数的xuan择
   《直流设计规程》已经对各zhonglei型的电力gong程有了mingque的规定,其原则是从直流负荷供电ke靠性的观点出发祄o⒌绯вΠ吹ピ猨izu和动力、控制负荷分设独立直流电源系统,网络控制部分独立设置,yuan离主厂fang的辅助车间单独设置,尽量shi每zu蓄电池直流系统的供电范wei减小和保zheng功能的独立性。110kV重要变电所和220kVji以shang的变电所是从重要衴uan吐慵痰绫;ぁ⒍蟣uqitiao闸ji构双重化的供电需qiu出发,规定装设2zu蓄电池。因此,蓄电池zu数应从供电负荷的需要和ke靠性出发,尽ke能的减shao供电范wei和从gong程的重要性考虑pei謒en榭觥
  1.2  蓄电池个数的xuan择
   无端电池和不设降ya装置的直流系统,它简化了直流系统的接线,避免了端电池的硫化和硅降ya设备的麻烦wen题,因而提高了ke靠性。但是要qiu蓄电池zu的运行必须满足其正常运行时母线电ya为标称电ya的105%,在线均衡充电电ya时母线电ya不应超过标称电ya的110%,事故放电末qi的母线电ya为其标称电ya的85%,即标称电ya为220V的直流系统的母线电ya允许在187~242Vzhi间波动。这样浮充电ya为2.23V,均充电yake以xuan在2.28~2.33Vzhi间,事故放电末qi电yaxuan择在1.8V以shang,完全满足了直流母线电ya在允许范wei内波动。根ju计算,220V蓄电池zu的个数秡a诘i2V的蓄电池只能xuan择在103或104个。但是大多数小型电力gong程的220V直流系统的蓄电池均xuan用200Ah以下蓄电池,大多xuan用12V或6Vzu合ti蓄电池,秡a?2Vzu合ti经常xuan用18只,这相当于单ti2V蓄电池108个,这样正常运行时直流母线电ya偏高,降低浮充电ya则对蓄电池寿命有影xiang,由于运行中均衡充电时直流母线电yageng高,因而geng习惯采用硅降ya装置diaoya,zengjia了复za性,降低了ke靠性。在直流负荷较小、蓄电池rong量有保zheng的情况下,ke以提高事故放电末qi电ya大于1.83V,xuan择单ti2V 102个蓄电池或17只12Vzu合ti,34只6Vzu合ti的蓄电池。目前一些蓄电池厂ke以生产带一假ti的zu合ti电池,即生产10Vzu合ti或4Vzu合ti的蓄电池,若xuan择14×12V+4×10V或34×6V+1×4V也相当于单ti2V的104个蓄电池zu。总zhi应严格控制蓄电池zu的个数,实现简化直流系统接线的目的。
  1.3  试验放电设备的xuan择
   DL/T 5044—2004《电力gong程直流系蚦heng杓萍际豕娉獭饭娑ā笆匝榉诺缱爸靡shun捎玫缛萹i件或有源ni变放电装置。”DL/T 724—2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行yu维护技术规程》襜u娑诵畹绯氐暮硕孕苑诺鏵ang法和放电周qi。
   长nian运行在浮充电fang式下的蓄电池的事故放电rong量究竟是多shao,若仅依靠一般的rong量检测fang法其ke信度不高。蓄电池端电ya的高低不是rong量后的指标。惟一的fang法是定qi进行核对性充放电对蓄电池活化和对rong量进行核对,que保蓄电池始终能运行在90%以shang的rong量。满足当交流事故ting电时,发电厂事故tingji和变电所的事箂hi硎敝绷鞲汉傻男枰U庖彩侵绷鞯缭磌e靠性的重要籪ang凇
   由于放电设备装备shuiping的落后,放电设备xuan择bi较kunnan而没有很好的xuan择,给蓄电池的运行维护带lai不shaokun膞uan
  2 整流qi
   整流qi是直流电源的重要设备,它的you劣直接影xiang蓄电池长qike靠运衳iao虼怂闹饕际跆匦zaβ阈畹绯氐某涞绾透〕涞缫猶iu,长qi连续gong作制,应有稳ya、稳流ji限流性能,技术瞱en阌術uan标准的要qiu,各zhong功能ke以讁uan騭hou动切换,运行安全、灵活等。
  设计xuan型中应注意以下wen题:
  (1) 浮充电ya秡a趂a控式mifeng铅酸蓄电池宜xuan择2.23V,这是一个直流系统长qike靠运行和guan系蓄电池寿命的重要wen题。蓄电池的浮充电ya正quexuan择是一个较复za的wen题。浮充电ya应满足bu偿电池自放电电流ji维持氧循环的需要,实际shang还应考虑电池结构、正极板栅腐shi速度,电池内气ti排放,以ji直流系统母线电ya为105%UN的要qiu等。浮充电ya偏低则浮充电流不能维持蓄电池氧循环和bu偿电池自放电而shi蓄电池端电ya形cheng偏差。浮充电ya过高则jia剧正极板腐shi速度、排气、失shui的后果。对fa控式蓄电池,不允许过充和欠充的要qiu较高,故应根ju蓄电池的特性,xuan择合适的浮充电ya。
  (2) 稳ya、稳流ji限流特性。为了保zheng蓄电池能够运行在最佳状态和应用两阶段定电流恒电ya的充电fang法。为了保zheng直流母线运行电ya和穕e孤浜蟮绯氐牟〕涞缡钡奈葃a特性十穤hong匾3涞缡钡奈攘魈匦砸彩zhong匾诠┑绲鐈a逐步shang升时ke保持稳定电流,保zheng电池的正常电化学反应,并shun利进rudao恒ya的均衡充电阶段,达dao改善电池特性瞱en蚪饩龈霰鹇浜蟮绯豶ong量hui复的wen题。限流特性ke穕e乖诟汉蓆uzeng时,整流qi产生“抢负荷”和“超diao”现xiang而轻易tiao闸。稳ya、稳流ji限流特性瞱en副暧β鉨iao1的要qiu。
   biao1 稳ya、稳流ji限流特性瞱en副辄BR>  



  3 直流电源监控装置
   由于发电厂、变电所ji电力diao度部门均采用了计算ji监测、监控技术。直流电源系统是电力gong程中电气系统的一个zucheng部分。它对保zheng电力系统讁uan爸玫挠τ煤蚹e靠性起dao重要作用。它的技术条件、基本瞱en⒒竟δ堋踩阅堋⒔峁筭ong艺等均应满足DL/T 856—2003《电力用直流电源监控装置》电力行业标准的要qiu,行业标准规定监控的主要内rong有充电电ya、电流稳定运行的讁uan痙iao整,浮充转均充或均充转浮充的按运行fang式讁uan唬饕绷鞫蟣uqi的运行状态和事故bao警,直流母线电ya的正常xian示和异常bao警,直流系统绝缘状态监测,蓄电池在线检测,ni变放电的讁uan痙iao整等。目前在充电电ya、电流随温度变化的讁uan痙iao整,运行中讁uan怀涞鏵ang式,ni变放电,严重統ong刈yuan痶iao闸,蓄电池在线检测的ke靠衴uan椭悄芑痜ang面仍需努力。
  4 直流pei电系统
   直流系统接线、网络设计、cao作和保护电qixuan择是影xiang直流电源ke靠性的主要wen题。
  4.1直流系统接线
   直流系统接线应力qiu简单、安全ke靠、维护cao作fang便。1zu蓄电池接线ke为单母线分段或单母线。2zu蓄电池设两秝en赶撸蕉wen赶遺hi间设联络电qi,一般为隔离开guan,必要时ke装设保护电qi。总zhi直流母线接1zu蓄电池和相应的充电设备,同时由母线馈出线lu给支lu负荷供电,只有在由双重化直流负荷或1zu蓄电池pei2套充电设备时,其母线才进行分段。
   目前有shao数电厂和变电所葄a写说绯氐乃赶呋蚴巧杞祔a装置的控制和合闸母线系统,带端电池的双母线系统虽ran能够shi蓄电池rong量得dao充分利用,但接线复zaji端电池维护kunnan运行cao作不灵活,已基本不采用了。设降ya装置的控制母线,合闸母线分设的接线fang式对采用镉镍蓄电池的系统是必不keshao祄o蛭幽畹绯氐i电ya为1.2V,220V系统xuan用180个zuo右蓄电池,浮充电ya为1.36~1.39V,均衡充电ya为1.47~1.48V,事故放电末qi电ya为1.10V,则直流母线电ya会在266~198Vzhi间波动。不ke能满足控制负荷的要qiu,因此小rong量的蓄电池要满足大电流电流合闸ji构,也应设合闸母线。但是秡a诓捎胒a控mifeng铅酸蓄电池的直流系统是不需要的。
  4.2网络设计
   直流供电网络襰hun捎梅涔┑鏵ang式。小rong量(200Ah以下)蓄电池直流系统,由于供电范wei小,ke以是在蓄电池接ru直流母线后直接给负荷分别供电的两级网络系统。中大rong量(200Ah以shang)的蓄电池直流系统,由于供电范wei大,ke以在负荷集中处设直流分电gui,由直流分电gui给负荷供电,包括大负荷的再分pei,也只形cheng3~4级的网络系统。
   幅射供电网络,对负荷施行单一供电,因而互不影xiang,分电guifang式也jie省了电缆,lingwai给查找統ong亍⒈;ど璞竫uan择fang面均带laifang便。
  4.3cao作保护电qixuan择
   直流断luqi集cao作yu保护功能为一ti,安装fang便,cao作灵活,稳定性高,保护功能完善。一般两秝en奖;さ闹绷鞫蟣uqi,ju有过载长延时的热脱扣功能,又有duanlu时电ci脱扣shun动脱扣功能,应该说是理想的xuan择。但是直流断luqi的额定电流xuan择是根ju所供电的负荷电流计算que定。xuan择大了,由于负荷电流小,在过载时(I2t)热脱扣延长了时间。xuan择小了,由于负荷电流大,长时间运行jiashang环境温度高,热脱扣ke能wu动。当断luqi的额定电流已经que定后,除了过载长延蔮i韧芽鄣谋;ぬ匦砸丫蝐heng,同时duanlushun时电ci脱扣特性也已形cheng,一般是10IN±20%动作,ke是断luqi安装处的duanlu电流决定duanlushun时脱扣的灵敏度,必须进行计算验zheng。
   直流断luqi安装处的duanlu电流ji灵敏度计算gong式如下
   Idk=nU0/n(r0+rl)+Σrj+Σrk
   Kl=Idk/Idz
   式謝iao琁dk为断luqi安装处duanlu电流,A;U0为蓄电池开lu电ya,V;rb为蓄电池内zu,Ω;rl为电池间连接条或导ti电zu,Ω;Σrj为蓄电池zu至断luqi安装处连統ong缋禄虻紅i电zuzhi簍ing福沪瞨k为相guan断luqichu头电zuzhi簍ing福籏l为灵敏系数,应不低于1.25;Idz为断luqishun时保护(脱扣qi)动作电流,A。
   由于瞱en磟a,各设计yuan、cheng套厂或运行单位均不ke能精que计算duanlu电流,因此灵敏度也无法xiao验。
   由于duanlu电流的不que定性,本lai按照负荷电流xuan择额定电流并考虑了shang下级的级差pei合,但是duanlushun动保护不能保zheng其级差pei合,duanlu电流大,肯定会出现越级现xiang而kuo大事故范wei,这是必须要解决的wen题。一些单位用取消shun动脱扣qiban法或在蓄电池出口改用熔断qi的ban法,计算和试验zhengming,仍ran会发生越级和损坏设备的情况。在智能型直流断luqi没有出现zhi前,采用三段(过载长延时+duanlushun时+duanluduan延时)的直流断luqi,从负荷侧向电源侧逐级jia大时限的fang法,不必精que的计算duanlu电流,ke以达dao尽快的切除故障,又实现级差pei合的要qiu,不拒动、不wu动,geng不ke能越糳uanⅰ
  5 结论
   电力gong程直流电源ke靠性的基本点是xuan择fa控式mifeng铅酸蓄电池,每zu蓄电池应有独立的供电范wei,蓄电池zu个数的xuan择应满足各zhong运行gong程对直流母线电ya的要qiu,蓄电池应考虑放电设备。整流qixuan择高频开guan衪u騤ing闸guan衪ingτ腥哂嗷虮赣茫际踔副曛饕锹阈畹绯豷hi用寿命需要。直流电源监控装置shouxian要保zheng充电整流qi的需要,完善的监控装置仍需开发研制。直流pei电系统应简化接线,辐射供电,保护设备应xuan择直流断luqi,在满足过载保护ke靠性的条件下,还能保zhengduanlu保护时的快速断开功能,必须ju备ke靠的级差pei合。