第十三章直流及事故照明系統(tǒng)1195-1229

1、 DHT1 內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責任公司培訓教材第十三章 直流及事故照明系統(tǒng)第一節(jié) 直流電源的設置發(fā)電廠的直流系統(tǒng)，主要用于對開關電器的遠距離操作、信號設備、繼電保護、自動裝置及其他一些重要的直流負荷（如事故油泵、事故照明和不停電電源等）的供電。直流系統(tǒng)是發(fā)電廠廠用電中最重要的一部分，它應保證在任何事故情況下都能可靠和不間斷地向其用電設備供電。在大型發(fā)電廠直流系統(tǒng)中，采用蓄電池組作為直流電源。蓄電池組是一種獨立可靠的電源，它在發(fā)電廠內(nèi)發(fā)生任何事故，甚至在全廠交流電源都停電的情況下，仍能保證直流系統(tǒng)中的用電設備可靠而連續(xù)的工作。在有大機組的電廠中設有多個彼此獨立的直流系統(tǒng)。例如：單元控制室直流系統(tǒng)

2、、網(wǎng)絡控制室直流系統(tǒng)（又稱升壓所或升壓站直流系統(tǒng)）和輸煤直流系統(tǒng)等。圖131 典型600MW機組單元控制室直流系統(tǒng)原理接線圖（C）（a）（b）對600MW機組的大型電廠，單元控制室和升壓所直流系統(tǒng)的設置，應滿足繼電保護裝置主保護和后備保護由兩套獨立直流系統(tǒng)供電的雙重化配置原則。1單元控制室直流系統(tǒng)對600MW機組的電廠，單元控制室直流系統(tǒng)，一般每臺發(fā)電機組設置兩套110V（或115V）直流電源系統(tǒng)，統(tǒng)稱為110V直流系統(tǒng)，為繼電保護、控制操作、信號設備及自動裝置等直流負荷供電。其主要負荷是控制操作回路設備，故電廠中又常稱這種直流電源為操作電源。除設置110V直流系統(tǒng)外，每一臺機組另設一套220

3、V（或230V）直流系統(tǒng)，為發(fā)電機組事故潤滑油泵、事故氫密封油泵、汽動給水泵的事故潤滑油泵、不停電電源系統(tǒng)（UPS）及控制室的事故照明等直流動力負荷供電。220V直流系統(tǒng)的特點是：平時運行負荷很小，而機組事故時負荷很大。兩套110V直流系統(tǒng)和一套220V直流系統(tǒng)均采用單母線、兩線制、不接地系統(tǒng)。每套直流系統(tǒng)均設有相應電壓的一組鉛酸蓄電池。兩套110V直流系統(tǒng)各配置一套蓄電池、一套充電器，另設一套可切換的公共備用充電器，跨接在兩直流系統(tǒng)的母線上。如圖161（a）所示，220V直流系統(tǒng)，設一組蓄電池，配置一套工作充電器，另設一套備用充電器，如圖161（b）所示。上述各直流系統(tǒng)中，工作充電器的電源均

4、從相應機組的400V交流保安母線引接；備用充電器的電源，一般也從400V交流保安母線引接，有的則從其他廠用低壓母線上引接，以防保安母線故障造成所有充電器失去電源。如圖161（c），是典型600MW機組電廠單元控制室直流系統(tǒng)原理接線圖。兩組115V蓄電池組，每組由54個蓄電池串聯(lián)而成，容量為1874Ah；230V蓄電池組由108個蓄電池串聯(lián)而成，容量為2500Ah。115V和230V直流系統(tǒng)的工作充電器和備用充電器的交流電源均從400V保安母線引接，正常工作由廠用電供電，一旦廠用電失去時由保安柴油發(fā)電機供電，以確保直流系統(tǒng)供電的可靠性。蓄電池組為無端電池設置方式，也就是不用設置端電壓調(diào)節(jié)器，采用

5、恒壓充電。正常工作時，蓄電池處于浮充電運行方式，每只蓄電池浮充電電壓約為2.122.17V；事故放電后，采用均衡充電恢復蓄電池的容量，均衡充電電壓每只約為2.32.35V。蓄電池的最終放電電壓約為1.82V。115V蓄電池組電壓變化范圍為95125V，230V蓄電池組電壓變化范圍為190250V。每段直流母線裝設一套接地檢測裝置，當任一極（正、負極）發(fā)生接地故障時即發(fā)出報警信號。圖161（c）中，還有一套24V直流電源系統(tǒng)，是供單元機組的儀控設備用的。2網(wǎng)絡控制室直流系統(tǒng)網(wǎng)絡控制室直流系統(tǒng)，又常稱為升壓所直流系統(tǒng)。當發(fā)電廠升壓所的控制對象有500KV的設備時，根據(jù)保護與控制雙重化配置要求，一般

6、設置兩套110V（或220V）直流系統(tǒng)，兩套直流系統(tǒng)均采用單母線、二線制、不接地的接線方式。每套直流系統(tǒng)配置一組鉛酸蓄電池、一套工作充電器、另設一套可切換的跨接在兩套直流系統(tǒng)母線上的公共備用充電器。兩套獨立的直流系統(tǒng)一起用于向網(wǎng)絡控制室的控制、保護、信號等直流負荷供電。對于升壓所的110V直流系統(tǒng)，通常其接線形式及有關的技術條件等參數(shù)與單元控制室的110V直流系統(tǒng)相同；所不同之處在于升壓所110V直流系統(tǒng)的充電電源，接自升壓所的低壓廠用母線。3輸煤直流系統(tǒng)輸煤系統(tǒng)一般有交流配電裝置，為便于對其集中管理、提高可靠性并與其他直流電源不相干擾，相應地設置了輸煤直流系統(tǒng)。輸煤直流系統(tǒng)一般為110V單母

7、線、兩線制不接地系統(tǒng)，設置一組蓄電池配置兩套充電器（一套工作、另一套備用）。輸煤系統(tǒng)對防酸要求較高，因此多采用封閉式鉛酸蓄電池或鎳鎘蓄電池。例如：某電廠的輸煤系統(tǒng)中，設有110V直流系統(tǒng)，由90只鎳鎘蓄電地組成，容量為60Ah，每只蓄電池放電終止電壓不小于1.1V；蓄電池組未設端電池，采用恒壓充電，浮充電運行電壓每只電池為1.42V，均衡充電電壓每只電池為1.52V，直流母線電壓波動范圍為12.515。又如：北侖港電廠運煤系統(tǒng)設置了115V直流系統(tǒng)，由90只鎳鎘蓄電池組成，并配置兩套充電器，蓄電池容量為50Ah5h率。近年來，從國外引進大機組的發(fā)電廠和超高壓變電所的直流系統(tǒng)，大多數(shù)都是無端電池

8、，國內(nèi)最近設計的一些發(fā)電廠也采用無端電池的直流系統(tǒng)。多年來運行經(jīng)驗證明：無端電池的直流系統(tǒng)接線簡單、運行維護工作量較小、能滿足可靠性要求。無端電池的蓄電池組，其蓄電池的個數(shù)有如下規(guī)定：若為鉛酸蓄電池組，110V直流系統(tǒng)蓄電池個數(shù)一般為5253個，220V直流系統(tǒng)蓄電池個數(shù)一般為104107個。若為中倍率鎳鎘電池組，110V直流系統(tǒng)蓄電池個數(shù)一般為8388個；220V直流系統(tǒng)蓄電池個數(shù)一般為158168個。第二節(jié) 蓄電池組的運行方式蓄電池組的運行方式一般有兩種：充放電方式與浮充電方式。電廠中的蓄電地組普遍采用浮充電方式運行。一、充放電方式運行的特點在蓄電池組的充放電方式運行中，對每個蓄電池都要進

9、行周期性的充電和放電。蓄電池組充足電以后，就與充電裝置斷開，由蓄電池組單獨向經(jīng)常性的直流負荷供電，并在廠用電事故停電時向事故照明和直流電動機等供電。為了保證廠用電在任何時刻故障都不致失去直流電源，就要求蓄電池組在任何時候都必須留有一定的儲備容量，決不能讓其完全放完電。通常，蓄電池放電到約為6070額定容量時，即需進行充電。按充放電方式運行的蓄電池組，必須周期地、頻繁地進行充電。通常，在經(jīng)常性負荷下，每隔24h就需充電一次，一般充至額定容量。充電末期，每個蓄電池的電壓達2.72.75V，蓄電池組的總電壓（直流系統(tǒng)母線電壓）將超過用電設備的允許值。因此，對無端電池的蓄電池組，在充電期間必須退出工作

10、，但這對只接一組蓄電池組的單母線接線的直流系統(tǒng)是不允許的。同時，頻繁地充電，會使蓄電池組的運行更趨復雜。二、浮充電方式運行的特點蓄電池組的浮充電方式運行的特點是：充電器經(jīng)常與蓄電池組并列運行，充電器除供給經(jīng)常性直流負荷外，還以較小的電流浮充電電流向蓄電池組進行浮充電，以補償蓄電池的自放電損耗，使蓄電池經(jīng)常處于完全充足電的狀態(tài)；當出現(xiàn)短時大負荷時，例如：當斷路器合閘、許多斷路器同時跳閘、直流電動機、直流事故照明等，則主要由蓄電池組以大電流放電來供電的，而硅整流充電器一般只能提供略大于其額定輸出的電流值（由其自身的限流特性決定）。在充電器的交流電源消失時，充電器便停止工作，所有直流負荷完全由蓄電池

11、組供電。浮充電電流的大小取決于蓄電池的自放電率，浮充電的結果，應剛好補償蓄電池的自放電。如果浮充電的電流過小，則蓄電池的自放電就長期得不到足夠的補償，將導致極板硫化（極板有效物質失效）。相反，如果浮充電的電流過大，蓄電池就會長期過充電，引起極板有效物質脫落，縮短電池的使用壽命，同時還多余地消耗了電能。浮充電電流值根據(jù)蓄電池類型和型號而不同，一般約為（0.10.2）CN100A，其中CN為該型號蓄電池的額定容量（單位為Ah）。舊蓄電池的浮充電電流要比新蓄電池大23倍。為了便于掌握蓄電池的浮充電狀態(tài)，通常以測量單個蓄電池的端電壓來判斷。如對于鉛酸蓄電池，若其單個的電壓在2.152.2V，則為正常浮

12、充電狀態(tài)；若其單個的電壓在2.25V及以上，則為過充電；若其單個的電壓在2.1V以下，則為放電狀態(tài)。因此，實際中的浮充電就采用恒壓充電。標準蓄電池的浮充電電壓如下：每只鉛酸蓄電池（電解液密度為1.215gcm3），其浮充電電壓一般取2.152.17V。每只中倍率鎳鎘蓄電池，其浮充電電壓一般取1.421.45V。每只高倍率鎳鎘蓄電池，其浮充電電壓一般取1.351.39V。按浮充電方式運行的蓄電池組，每運行一段時間（23個月）應進行一次均衡充電，即用比浮充電壓更高一些的電壓充電一段時間。其目的是為了消除由于控制的浮充電電流可能偏小而造成極板出現(xiàn)硫化的危險。也可以說，定期進行均衡充電，是為了保持極板

13、有效物質的活性。三、蓄電池的均衡充電均衡充電是對蓄電池的特殊充電。在蓄電池長期使用期間，可能由于充電裝置調(diào)整不合理產(chǎn)生低浮充電電壓或使用表盤電壓表讀數(shù)不正確（偏高）等原因造成蓄電池自放電未得到充分補償，也可能由于各個蓄電池的自放電率不同和電解液密度有差別使它們的內(nèi)阻和端電壓不一致，這些都將影響蓄電池的效率和壽命。為此，必須進行均衡充電（也稱過充電），使全部蓄電池恢復到完全充電狀態(tài)。均衡充電，通常采用恒壓充電，就是用較正常浮充電電壓更高的電壓進行充電，充電的持續(xù)時間與采用的均衡充電有關。對標準蓄電池，均衡充電電壓的一般范圍是：每個鉛酸蓄電池，其均衡充電電壓一般取2.252.35V，最高不超2.4

14、V。每個中倍率鎳鎘蓄電池，其均衡充電電壓一般取1.521.55V。每個高倍率鎳鎘蓄電池，其均衡充電電壓一般取1.471.50V。均衡充電一次的持續(xù)時間，既與均充電壓大小有關，也與蓄電池的類型有關。例如鉛酸蓄電池，浮充電方式運行下，一般每季進行一次均衡充電。當每只蓄電池均衡充電電壓為2.26V時，充電時間為48h；當均衡充電電壓為2.3V時，充電時間為24h；當均衡充電電壓為2.4V時，充電時間為810h。有的蓄電池均衡充電一次的持續(xù)時間則比上述長得多。如美國NAX鉛錦型鉛酸蓄電池（電解液密度1.215gcm3）：當均衡充電電壓為2.27V時，充電時間大于60h；當均衡充電電壓為2.3V時，充電

15、時間大于48h；當均衡充電電壓為2.39V時，充電時間大于24h。而另一種NCX鉛鈣型鉛酸蓄電池，均衡充電一次的持續(xù)時間又比NAX型的長得多。總之，充電方法要按生產(chǎn)廠家說明而定。以浮充電方式運行的蓄電池組，每隔一季度進行一次均衡充電時，其中一種方法是將充電器停役10min，讓蓄電池充分地放電，然后再自動地加上均衡充電電壓。第三節(jié) 鉛酸蓄電池的構造與特性鉛酸蓄電池分固定式和移動式兩種。移動式鉛酸蓄電池主要用于車輛和船舶，設計時著重考慮使其體積小、重量輕、耐振動和移動方便；固定式鉛酸蓄電池在設計時則可少考慮移動的要求，而著重考慮容量大、壽命長，可制成大容量蓄電池。目前，電廠中普遍采用固定式鉛酸蓄電

16、池。一、鉛酸蓄電池的基本構造鉛酸蓄電池的主要組成部分為正極板、負極板、電解液和容器。正極板一般做成玻璃絲管式結構，增大極板與電解液的接觸面積，以減小內(nèi)電阻和增大單位體積的蓄電容量。玻璃絲管內(nèi)部充填有多孔性的有效物質，通常為鉛的氧化物；玻璃絲管可以防止多孔性有效物質的脫落。負極板為涂膏式結構，即將鉛粉用稀硫酸及少量的硫酸鋇、松香等調(diào)制成糊狀混合物，填在鉛質（或鉛合金）柵格骨架上。為了增大極板與電解液的接觸面積，表面有棱紋凸起。極板經(jīng)過特殊處理加工后，正極板的有效物質為褐色的二氧化鉛（PbO2），負極板的有效物為灰色的鉛棉（海綿狀鉛Pb）。為了防止極板之間發(fā)生短路，在正、負極板之間用微孔材料隔板隔

17、開。而正、負極板浸沒于電解液中，上緣比電解液面低10mm以上。電解液是由純硫酸（H2SO4）和蒸館水配制而成的稀硫酸。電解液密度的高低，影響著蓄電池容量的大小。電解液密度過小，產(chǎn)生的離子少，蓄電池的內(nèi)阻相應加大，使放電時消耗的電能加大，容量減小。電解液密度愈大，蓄電池容量愈大。但如果電解液密度過高，蓄電池極板受腐蝕和隔離物損壞也就愈快，縮短了蓄電池的壽命。實驗表明，采用溫度為15、密度為1.215gcm3的電解液最合適。固定式鉛酸蓄電池電解液的密度在1.21.25gcm3左右，指定溫度為15或20不等。國產(chǎn)固定鉛酸蓄電池電解液的密度多為1.215gcm3 。圖162 GGF型固定式鉛酸蓄電池的

18、結構圖電解液的密度與溫度有關，溫度升高密度減小，溫度降低密度增大。若溫度以15為標準，則電解液溫度每升高1或降低1，電解液密度將下降或升高約0.0007g/cm3。電解液密度可按經(jīng)驗公式計算，即：RcRt0.0007（T15）將溫度為T時實測的密度Rt化成15時的密度。例如：某電解液溫度為35時，測得其密度為1.201g/cm3，那么該電解液15時的密度Rc1.2010.0007（3515）1.215gcm3。固定式鉛酸蓄電池的容器，目前普遍采用透明塑料制成，以便于觀察電解液面高度。圖162為電廠中使用的一種GGF型固定式鉛酸蓄電池的結構，外殼與上蓋之間用封口劑密封，構成封閉狀態(tài)。蓋上裝有防爆

19、排氣裝置（防電解液酸帽），可防止充電過程中酸霧析出蓄電池外部，減少酸霧對蓄電池室及設備的腐蝕。二、蓄電池的電動勢不同導電材料制成的兩極板放入同一電解液中時，由于它們的電化次序不同，產(chǎn)生不同的電位。兩極板在外電路斷開時的電位差就是蓄電池的電動勢。在正、負極板材料一定時，電動勢的大小主要與電解液的密度有關。電動勢的大小也受電解液溫度的影響，但在容許溫度范圍內(nèi)其影響很小。因此，蓄電池的電動勢E可近似地用以下經(jīng)驗公式?jīng)Q定E0.85d（V）式中 d一一電解液的密度。一般固定式鉛酸蓄電池的密度（充足電時）為1.215g/cm3，故其電動勢為E0.851.2152.065（V）三、蓄電池的放電特性與蓄電池的

20、容量1蓄電池的放電特性完全充電的蓄電池，當正、負兩極板用外電阻接成通路時，則在其電動勢作用下產(chǎn)生放電電流，如圖163所示。放電蓄電池放電時的一般化學反應方程可寫成Pb十PbO22H2SO4 PbSO4PbSO42H2O負極板 正極板 負極飯 正極板從化學反應式可知，鉛酸蓄電池在放電時，正、負極板都變成了硫酸鉛PbSO4，消耗了電解液中的硫酸H2SO4，同時析出水H2O，使電解液的密度減小。蓄電池放電時的回路方程為UfEIf Rn式中 Uf一一蓄電池放電時的端電壓（V）E一蓄電池的電動勢（V）If一一放電電流（A）Rn一一蓄電池的內(nèi)阻（）。圖163 鉛酸蓄電池的放電（a）放電電路；（b）恒流放電

21、時端電壓隨時間的變化曲線如果蓄電池以恒定電流進行連續(xù)放電，例如以10h放電電流（經(jīng)10h將蓄電池容量全部放電完的電流）放電，則端電壓隨放電時間的變化曲線如圖163（b）所示。開始放電時，由于極板表面和有效物質細孔內(nèi)的電解液密度驟減，使蓄電池電動勢減小得很快，因而蓄電池端電壓下降很快，（曲線OA段）。在放電中期，極板細孔中生成的水量與從極板外滲入的電解液量，取得了動態(tài)平衡，從而使細孔內(nèi)的電解液密度下降速度大為減慢，故電動勢下降緩慢，端電壓主要隨著內(nèi)阻的增大而減?。ㄇ€AB段）。到放電末期，極板上的有效物質大部分已變成硫酸鉛，由于硫酸鉛的體積較大，在極板表面和細孔中形成的硫酸鉛堵塞了細孔，使極板外

22、面的電解液滲入困難，因此在細孔中已稀釋的電解液很難和容器中密度較大的電解液相互混合，同時內(nèi)阻也迅速增大，所以蓄電池的電動勢下降很快，于是端電壓也迅速下降（曲線BC段）。至C點，電壓為1.8V左右，放電便告終了。如果放電到 C點后繼續(xù)放電，此時極板外面的電解液幾乎停止?jié)B入有效物質內(nèi)部，細孔中的電解液也幾乎變成了水，因此電動勢急劇下降，內(nèi)電阻迅速增大，于是端電壓驟降（曲線CD段）。但是，如果在C點停止放電，則蓄電池的電動勢將會立即上升，并隨著容器中的電解液向極板有效物質細孔中滲透，電動勢可能回升至2.0V左右（曲線CE段）。可見，曲線上的C點，為蓄電池電壓急劇下降的臨界點，稱為蓄電池的放電終止電壓

23、。如果繼續(xù)放電，將在極板表面和有效物質細孔內(nèi)部形成硫酸鉛的晶塊，影響蓄電池的使用壽命。如過度放電，極板將發(fā)生不可恢復的翹曲，使蓄電池極板報廢。以上所述，是以10h放電電流放電的過程。如果蓄電池以更大的電流放電時，則到達終止電壓的時間將縮短。同時，蓄電池放電時的電壓的變化與放電電流的大小有關，放電電流愈大，蓄電池的端電壓下降愈快。這是因為電解液向極板細孔內(nèi)滲入的速度受到限制，以及蓄電池內(nèi)電阻壓降隨放電電流的增加而增加。所以，以不同的電流放電時，蓄電池的初始電壓、平均電壓和終止電壓均不相同，放電電流愈大，終止電壓愈低。放電電流的大小，常用蓄電池額定容量的倍數(shù)表示。設放電電流以If表示，則IfKmC

24、10（A）式中 Km一一放電率（倍數(shù)）； C10蓄電池額定容量（Ah），鉛酸蓄電地一般以10h放電容量為額定容量。圖164所示為一般固定式鉛酸蓄電池以不同放電率Km放電時的放電特性曲線Uf =f（t）。最上一條曲線標明放電率Km0.1，表示放電電流If0.1C10A，亦即為10h放電電流下的放電曲線。圖164 固定式鉛酸蓄電池的放電特性曲線2蓄電池的容量蓄電池的容量是指蓄電池以某一恒定的電流放電到終止電壓時所能放出的電量，即放電電流安培數(shù)與放電時間小時數(shù)的乘積，可用下式計算CIf tf式中 C一一蓄電池的容量（Ah）If放電電流（Ah）tf一一放電至終止電壓（1.751.8V）的時間（h）。圖

25、165 蓄電池容量與放電電流的關系曲線I11h放電電流；C11h放電容量； I1010h放電電流；C1010h放電容量蓄電池的容量決定于起化學反應的有效物質和數(shù)量，它和許多因素有關，如極板的類型、面積的大小和極板數(shù)目、電解液密度和數(shù)量、放電電流的大小、最終放電電壓的數(shù)值以及溫度等。在正常工作溫度范圍內(nèi)，蓄電池的容量隨放電電流的增大而減小。蓄電池容量與放電電流的關系曲線如圖165所示。這是因為蓄電池以較小電流放電時，有效物質細孔內(nèi)電解液的密度下降緩慢，有效物質能充分參加放電反應。與此相反，當放電電流較大時，細孔內(nèi)電解液密度下降較快，細孔中的硫酸鉛的形成也較快，而迅速堵塞有效物質的細孔，使電解液難

26、以滲入極板內(nèi)部，有效物質難以參加放電反應。因此，放電電流越大，蓄電池所能放出的電量就越少，即蓄電池容量越小。鉛酸蓄電池的額定容量，一般以10h放電容量作為額定容量（也有以8h放電電流下的放電容量定為額定容量的）。蓄電池的容量還與電解液的溫度有關。因為溫度改變時，電解液的粘度就會改變，影響電解液的滲透和擴散作用，從而影響到蓄電池的電動勢和容量。溫度的降低引起蓄電池容量有所減小，運行中蓄電池室的溫度不得低于10 。表161給出幾種固定型鉛酸蓄電池的主要技術參數(shù)。表161 GFD固定型鉛酸蓄電池主要技術參數(shù)蓄電池型號不同放電率蓄電池容量、放電電流及終止電壓10h率5h率3h率1h率容量（Ah）電流（

27、A）終止電壓（V）容量（Ah）電流（A）終止電壓（V）容量（Ah）電流（A）終止電壓（V）容量（Ah）電流（A）終止電壓（V）GFD200200201.80170341.77150501.751001001.70GFD250250252154313963125125GFD300300302555122575150150GFD350350351.80300601.77284881.751751751.70GFD4204204236072315105210210GFD4904904942585360123245245GFD600600601.805101021.774501501.75300300

28、1.70GFD80080080690138600200400400GFD10001000100865173750250500500GFD120012001201040208900300600600GFD150015001501.7712602521.7410803601.717507501.70GF515753151360450937.5937.5GFD200020002001680336145048410001000GFD250025002502100420160060012501250GFD300030003002520504216072015001500表162

29、 幾種固定型鉛酸蓄電池主要技術參數(shù)蓄電池型號放 電 率20h10h1h20h10h密閉式消氫式終止電壓1.80V終止電壓1.75V終止電壓1.70V電流（A）容量（Ah）電流（A）容量（Ah）電流（A）容量（Ah）電流（A）容量（Ah）電流（A）容量（Ah）GGM200GGX2001122020200100100150752500.69GGM250GGX2501428025250125125188943130.87GGM300GGX3001632030300150150225112.53751.04GGM500GGX5002856050500250250375187.56251.74GGM60

30、0GGX60033660606003003004502257502.08GGM800GGX800448808080040040060030010002.78GGM1000GGX100055100100100050050075037512503.47GGM1200GGX1200661320120120060060090045015004.17GGM150084168015015007507501125562.518755.21GGM18009919801801800900900135067522506.25GGM20001102200200200010001000150075025006.94G

31、GM250013827602502500125012501875937.531258.68GGM280015430802802800140011002100105035009.75GGM3000165330030030001500150022501125375010.42四、蓄電池的充電與充電特性充電蓄電池充電時的一般化學反應式為PbSO4PbSO42H2OPb十PbO22H2SO4 負極板 正極板 負極飯 正極板化學反應式表明，蓄電池充電后，正極板恢復為原來的二氧化鉛PbO2，負極板恢復為原來的鉛棉Pb，并生成硫酸，電解液由稀變濃，即其密度將恢復為原來的數(shù)值（規(guī)定值）從充電和放電的化學反應式

32、可看出，蓄電池的充電和放電過程是一個可逆的化學變化過程， 放電時，電解液變稀，密度減小；充電時，電解液變濃，密度增大。1恒流充電特性當蓄電池以恒定不變的電流（10h充電電流）進行連續(xù)充電時，端電壓隨充電時間的變化曲線如圖166所示。圖166 鉛酸蓄電池的充電（a）充電電路；（b）充電時端電壓隨時間的變化曲線充電開始時，兩極板上立即有硫酸析出，有效物質細孔內(nèi)的電解液密度驟增，蓄電池電動勢很快上升，必須提高外加電壓，才能保持恒定的電流充電（曲線OA段）。充電中期，電動勢增加緩慢，而內(nèi)電阻逐漸減小，故維持恒定電流，只需緩慢提高電壓（曲線AB段）。充電至AB段末期，正、負極板上的硫酸鉛已大部分還原為二

33、氧化鉛和鉛棉，此時充電電壓約為2.3V。如果繼續(xù)充電，則使大量的水被電解，在正極板上釋出氧氣，負極板上釋出氫氣，吸附在極板表面的氣泡使內(nèi)電阻大大增加。因此為了維持恒定的充電電流，必須急速提高外加電壓到2.52.6V（曲線BC段）。此后如果繼續(xù)充電，到達曲線CD段后期，有效物質已全部還原，充電電能將全部用于電解水，析出大量的氫氣和氧氣，蓄電池的電解液呈現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，而電壓穩(wěn)定在2.7V左右（D點），便算充電完畢。蓄電池停止充電時，其端電壓立即降到2.3V左右。以后，隨著極板細孔中電解液的擴散、密度逐漸下降，容器中的電解液濃度趨于均勻，蓄電池的電動勢將慢慢降到2.06V左右的穩(wěn)定狀態(tài)，即曲線上的E點

34、。上述充電過程，是以10h充電電流（0.1C10）為例討論的。如果以較大的電流充電，則極板有效物質的還原速度加快，細孔內(nèi)電解液密度急劇增大，蓄電池內(nèi)電壓降也增大，所以充電特性曲線將高于10h充電特性曲線，而需要的充電時間將縮短。必須指出：蓄電池的最大容許充電電流不得過大。因充電電流太大時，可能在有效物質還沒有全部還原以前，電解液就開始出現(xiàn)沸騰，而被誤認為充電已完畢。這不僅消耗大量電能，而且會使極板翹曲、有效物質受氣泡沖擊而脫落，影響蓄電池壽命。同時，沒有完全充電的蓄電池，極板易于硫化（生成白色的硫酸鉛結晶體不能再還原）。為了減少在蓄電池充電時用于電解水階段的電能消耗，應在電解液開始冒氣泡時就減

35、小充電電流，一般不超過額定充電電流（根據(jù)產(chǎn)品參數(shù)給定）的50，使蓄電池的充電更充分和合理。此充電方法亦稱二階段充電法。2恒壓充電與限流恒壓充電恒壓充電是蓄電組運行時常用的充電方法，有些蓄電池的初充電也使用這種充電方法。恒壓充電的充電電壓一般取每只為2.252.35V，比蓄電池的電動勢高。充電開始時電流較大，隨著蓄電池電動勢的升高，充電電流逐漸減小。這種充電方法用于蓄電池初充電或深放電后再充電時，開始階段的充電電流將大于合理值，但一般不超過允許值。限流恒壓充電，是對恒壓充電的改進，但充電設備較復雜，要求有限流功能。對一般固定鉛酸蓄電池的充電電壓一般仍是每只取2.252.35v，限流值一般宜?。?

36、.070.1）C10A 。有的密封鉛酸蓄電池允許承受較大的充電電流，其限流值允許取至0.2C10A。圖167 限流恒壓充電特性曲線（100放電后進行充電）1充電電流特性曲線；2充電電壓特性曲線；3充電容量特性曲線圖167是一種電解液密度為1.25g/cm3的全密封型鉛酸蓄電池的限流恒壓充電特性曲線。限流恒壓充電，是在蓄電池經(jīng)100放電后進行充電的，采用恒壓2.27V、限流最大值為0.2C10 。圖中的曲線反映了在充電過程中，蓄電池充電參數(shù)及其變化。曲線1表明：在充電初始階段，充電電流處于限流狀態(tài)，然后，充電電流隨著充電時間增加而減小。曲線2表明：蓄電池電壓由2.12V較快增至2.27V并恒定。

37、在限流期間，蓄電池端電壓是變化的。曲線3表明：蓄電池的容量隨著充電時間增加而逐漸恢復。在恒壓2.27V下，約經(jīng)12h，容量已恢復到100；充電約經(jīng)36h，容量可達105，即可停止充電。這種蓄電池，如果充電的恒壓提高到2.35V，則經(jīng)6h蓄電池的容量可恢復到100，再經(jīng)2h（即充電8h），容量可恢復到105 。應當指出，不同型號蓄電池的技術參數(shù)和充電要求不盡相同，要嚴格按廠家說明進行充電。3蓄電池的初次充電新安裝的蓄電池，以及極板經(jīng)過干儲藏或將極板抽出大修后，均應進行初次充電。初次充電的實質，就是使正極板的有效物質變成二氧化鉛（PbO2），負極板的有效物質變成鉛棉（Pb）的過程。也就是使正、負極

38、板進行充分的化學反應（又叫活性化）。初次充電操作是否正確，對蓄電池的壽命以及投入運行后的電性能有極大的關系。蓄電池初次充電時，要嚴格按照廠家說明書的技術參數(shù)和有關規(guī)定進行，以保證初次充電的質量。如果初次充電電流過大、中途停頓、電解液溫度過高等，都會直接影響到極板上、參加化學反應的數(shù)量，同時也會使蓄電池的極板受到損壞，并影響投入運行后的容量和壽命。如無原始資料可查時，初次充電的電流值（恒流充電）可取0.07C10A，初次充電的時間一般為2030h左右。初次充電是否完成，可由下列現(xiàn)象來判斷：（1）每個蓄電池均產(chǎn)生強烈的氣泡。（2）單個蓄電池的電壓上升到2.6V以上。（3）電壓和電解液的密度升至穩(wěn)定

39、，在3h內(nèi)不再繼續(xù)上升。還應指出：給蓄電池初次充電時，往往經(jīng)過一次充電后，尚不能使極板上的全部有效物質變成二氧化鉛（PbO2）和鉛棉（Pb），所以蓄電池還達不到額定容量。因此，給蓄電池進行初充電時，必須經(jīng)過若干次的“充電一放電”循環(huán)，并要進行放電容量試驗，直到蓄電池達到額定容量之后，初次充電才算完成。蓄電池初次充電，除了上述恒流充電方法以外，有的蓄電池也采用恒壓（定壓）充電法。例如：美國GNB公司生產(chǎn)的鉛錦型和鉛一鈣型固定鉛酸蓄電池，說明采用恒壓法進行初次充電，其中密度為1.215gcm3的NAX鉛錦型進行初充電的電壓和最少充電時間（電池溫度在2132范圍內(nèi)）；當電壓為2.3V時，充電時間為1

40、20h；當電壓為2.36V時，充電75h；當電壓為2.39V時，充電60h 。充電開始后，充電電流逐漸減小并達到穩(wěn)定（3h內(nèi)不再降低），初次充電便完成。蓄電池的型式不同，一般對初次充電的要求也有些不同，要按廠家說明進行初次充電。五、蓄電池的自放電充足電的蓄電池，經(jīng)過一定時期后，失去電量的現(xiàn)象，是由于蓄電池自放電的緣故。蓄電池自放電現(xiàn)象，是運行維護中應特別注意的問題，也是使運行維護復雜化的原因之一。蓄電池自放電的主要原因，是由于電解液和極板含有雜質。電解液的雜質，可能形成內(nèi)部漏電，引起自放電；極板中的雜質，形成局部的小電池，小電池的兩極又形成短路回路，引起蓄電池的自放電。其次，由于蓄電池電解液上

41、下密度不同，極板上下電動勢不等，因而在極板上下之間的均壓電流也引起蓄電池自放電。蓄電池的自放電會使極板硫化。通常鉛酸蓄電池一晝夜內(nèi)，由于自放電使其容量減小0.51。因此，為防止運行中蓄電池的硫化，對充足電而擱置不用的蓄電池一般要在每月進行一次補充充電。六、密封鉛酸蓄電池普通固定式鉛酸蓄電池的早期產(chǎn)品為開口玻璃缸式，其結構簡單、價格便宜。但其電解液易蒸發(fā)，充電時產(chǎn)生的氣體大量逸出容器外影響環(huán)境衛(wèi)生，需經(jīng)常補充、調(diào)整電解液濃度，維護工作量大，新建電廠中已不采用這種蓄電池。目前電廠中廣泛使用的是防酸隔爆式固定鉛酸蓄電池（如GF型，GGF型，GGM型，消氫式GM型，消氫式GGM型等），其容器缸體加蓋密

42、封，蓋上裝有防酸霧帽或防爆排氣裝置。防爆排氣裝置有各種型式。例如，燒結式防爆排氣裝置，裝有以氧化鋁為主要成分的燒結式過濾帽的結構型式，它能將蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體排到外部，硫酸飛沫被泡沫板和過濾帽凝集回流，故酸霧基本不向外擴散。如果蓄電池室內(nèi)空氣不流通，非消氫式蓄電池產(chǎn)生的可爆氣體積聚較多時（氫氣濃度超過1），若遇電火花或明火，混合氣體仍有爆炸的危險性。這種蓄電池只能算是半密封式蓄電池。全密封式鉛酸蓄電池，要求內(nèi)部氣體生成和吸收（或復合）要平衡，采用的方式有幾種。如用催化劑使氫氣和氧氣化合成水回到容器（電槽）內(nèi)，稱為催化劑方式；有一種是電極方式，設置了氫氣消失電極（第三電極）和氧氣消失電極（第四

43、電極），使容器能夠完全密封。目前使用較多的一種全密封鉛酸蓄電池，采用了氣體重新組合技術，使水的消耗現(xiàn)象不再發(fā)生。這種蓄電池，出廠時已加滿電解液（其密度一般為1.25g/cm3或1.30gcm3 ），常以充好電的方式向用戶提供，用戶不用再管理電解液，故又常稱其為少維護或免維護蓄電池，不必設置專門的蓄電池室，可直接置于需用的地方，正常使用壽命在10年以上。石洞口電廠裝有這種蓄電池。氣體重新組合技術原理如下：當充電電流通過已充足電的鉛酸蓄電池時，電解液中的水將被電解，在負極上產(chǎn)生氫氣，正極上產(chǎn)生氧氣。這意味著水的消耗，常規(guī)的蓄電池必須定期的補充蒸餾水。全密封式蓄電池采用氣體重新組合技術，使氣體在蓄電

44、池內(nèi)部重新組合成水，以免水分消耗。因為蓄電池正極板的再充電效率不如負極板，所以氧氣和氫氣不是同時析出，在氫氣從負極板析出之前，氧氣早已從正極板析出。當氧氣從正極板上析出時，在即將析出氫氣的負極板上存在著大量的高度活性海棉狀鉛，如能將氧移至負極板，則氧氣和活性鉛將快速反應形成氧化鉛，其反應式為2PbO22PbO全密封式蓄電池采用特制的高孔隙度的微細玻璃纖維間隔板，能使正極板產(chǎn)生的氧氣順利地擴散到負極板，從而導致上述反應發(fā)生。在鉛酸蓄電池中，由上所述產(chǎn)生的氧化鉛將與電解液中的硫酸起反應生產(chǎn)硫酸鉛2PbO2H2SO42PbSO42H2O由于硫酸鉛沉積在能析出氫氣的正極板表面上，它將還原成為鉛和硫酸2

45、PbSO42H22Pb2H2SO4如果將這些化學方程加在一起，并將方程兩側同類項去掉，便得出如下方程2H2O22H2O上述所有的反應式概述了氣體復合的意義。蓄電池各組成部分經(jīng)過精心設計，可以得到高達99以上的氣體復合率。利用這種原理的全密封式鉛酸蓄電池，仍裝有自封型壓力釋放間，又稱安全間，自動開啟壓力約在7KPa以下，可以阻止空氣中的氧侵入。第四節(jié) 岱海電廠直流系統(tǒng)簡介一、110V、220V直流系統(tǒng)設備介紹每臺機組設兩組110V直流系統(tǒng)（分別由A組蓄電池和B組蓄電池組成）和一組220V直流系統(tǒng)（由C組蓄電池組成）。網(wǎng)絡繼電器樓設兩組220V直流系統(tǒng)（分別由A組蓄電池和B組蓄電池組成）。蓄電池選

46、用閥控式密封鉛酸蓄電池。正常時以浮充電方式運行。每組110V直流系統(tǒng)采用單母線接線，兩組110V直流系統(tǒng)直流母線間設有聯(lián)絡開關，并設有防止兩組蓄電池并聯(lián)運行的閉鎖措施。直流系統(tǒng)設有充電母線和配電母線，充電母線用于蓄電池的充電和試驗，直流饋線接到直流系統(tǒng)配電母線，110V直流系統(tǒng)對電氣和熱控的控制、信號、繼電保護、自動裝置等負荷供電，并提供雙回路電源。兩組110V直流系統(tǒng)設置兩組主充電裝置和一組相同容量的備用充電裝置。每臺機組220V直流系統(tǒng)采用單母線接線，兩臺機組的220V直流系統(tǒng)直流母線間設有聯(lián)絡開關，并設有防止兩組蓄電池并聯(lián)運行的閉鎖措施。接線與每臺機組110V直流系統(tǒng)相似。220V直流系

47、統(tǒng)為機組的動力、直流事故照明、交流不停電電源等負荷供電。兩臺機組的220V直流系統(tǒng)各設一組浮充電裝置和一組滿足一組蓄電池組均衡充電要求的公用備用充電裝置（兩臺機組公用）。網(wǎng)絡繼電器樓的220V直流系統(tǒng)采用單母線接線，兩組220V直流系統(tǒng)直流母線間設有聯(lián)絡開關，并設有防止兩組蓄電池并聯(lián)運行的閉鎖措施。直流系統(tǒng)設有充電母線和配電母線，充電母線用于蓄電池的充電和試驗，直流饋線接到直流系統(tǒng)配電母線，網(wǎng)絡繼電器樓的220V直流系統(tǒng)對500kV、220kV配電裝置的控制、信號、系統(tǒng)保護、事故照明、交流不停電電源UPS等負荷供電。網(wǎng)絡繼電器樓的兩組220V直流系統(tǒng)設置兩組主充電裝置和一組相同容量的備用充電裝

48、置。直流饋線采用輻射狀供電方式。機組蓄電池組布置在集控樓0m蓄電池室內(nèi)。網(wǎng)絡繼電器樓蓄電池組布置在網(wǎng)絡繼電器樓0m蓄電池室內(nèi)。蓄電池充電設備采用智能化微機型產(chǎn)品，具有恒壓恒流性能。其穩(wěn)態(tài)浮充電電壓的偏差0.2%，充電電流偏差0.2%，波紋系數(shù)0.05%，滿足蓄電池充放電的要求。每組110V、220V直流系統(tǒng)主屏及分電屏都設有微機接地絕緣監(jiān)測裝置。蓄電池和充電浮充電裝置進線采用熔斷器保護，直流饋線回路采用自動空氣開關保護。二、直流電源系統(tǒng)JKQ2000D集中監(jiān)控器性能（一）整體概述充電器主要由交流配電單元、充電模塊、直流饋線、集中監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)測單元、降壓單元和蓄電池等部分組成。 交流配電單元

49、主要有交流檢測回路、防雷保護回路（雷擊浪涌吸收器）組成。交流電源如果三相平衡，則LED等亮，表示電源正常，當三相不平衡嚴重或缺相，就發(fā)出故障告警信號，同時LED燈滅（如下圖）。雷擊浪涌吸收器能夠具有防雷和抑制電網(wǎng)瞬間過電壓的功能，如果防雷器故障，防雷器的工作狀態(tài)窗口由綠變紅，就要更換防雷模塊。J3J1A B C N雷擊浪涌吸收器充電模塊是完成提供蓄電池的充電電流和負荷電流的元件。采用（N+1）冗余方式供電，即在用N個模塊滿足電池的充電電流（0.1C10）加上經(jīng)常性負荷電流的基礎上，增加一個備用模塊。例如：200AH電池組，經(jīng)常性負荷（Ij）為10A的直流系統(tǒng)，可算出充電器的最大輸出電流為： 最

50、大輸出電流=0.1C10+ Ij=0.1*200+10=30A如采用容量為10A的充電模塊，取N=3，N+1=4。備用模塊采用熱備用方式，直接參與正常工作。系統(tǒng)正常時，充電器對蓄電池的均/浮充電壓通常會高于控制母線允許的波動電壓范圍，采用多級硅調(diào)壓裝置串接在充電機輸出（或蓄電池）與控制母線之間，使調(diào)壓裝置的輸出電壓滿足控制母線的要求。直流饋線單元是將直流電源通過負荷開關送至各用電設備的配電單元。絕緣監(jiān)測單元用于監(jiān)測直流系統(tǒng)電壓及其絕緣情況，在直流電壓過、欠壓或直流系統(tǒng)絕緣強度降低等異常情況下發(fā)出聲光告警，并將對應告警信息發(fā)至集中監(jiān)控器。（二）JKQ2000D集中監(jiān)控器JKQ2000D集中監(jiān)控器

51、是充電器的主要部件，以PC工控機為主機，配有大屏幕漢字顯示和輸入鍵盤，面板光字牌報警。集中監(jiān)控器通過分散控制方式，對直流系統(tǒng)充電模塊、絕緣監(jiān)測模塊、電池組、母線、配電等進行實時監(jiān)控，并設有多種通訊協(xié)議，完成與上位機的通訊，實現(xiàn)直流系統(tǒng)的四遙功能。監(jiān)控調(diào)度人員可在調(diào)度中心監(jiān)視各個現(xiàn)場的直流系統(tǒng)的運行情況，一旦出現(xiàn)某個系統(tǒng)的異常和報警，則可以接訪問該系統(tǒng)的集中監(jiān)控器，獲取必要的詳細信息。1、主要功能說明集中監(jiān)控器可以實時監(jiān)測各個下級設備的各種信息，大屏幕顯示。匯總信息后進行分析和判斷，發(fā)出相應的控制操作，如有故障，報警信號到大屏幕和面板光字牌?？赏ㄟ^鍵盤和LCD，隨時查看整個系統(tǒng)的運行情況。（1）

52、交流配電監(jiān)測電源系統(tǒng)的交流設有缺相保護器，當出現(xiàn)交流失電、缺相故障時，通過無源接點將告警信號送監(jiān)控器，監(jiān)控器發(fā)出交流電源故障告警信號。當系統(tǒng)配有智能交流電壓、電流表時，這些表計能直接顯示交流輸入電壓、電流，并通過RS485數(shù)字通信接口將測量到的數(shù)據(jù)送監(jiān)控器，監(jiān)控器可顯示這些數(shù)據(jù)，并判斷交流輸入是否過壓、欠壓、失電、缺相或三相不平衡，故障時發(fā)出交流電源故障告警信號。（2）直流配電監(jiān)測正常情況下電源系統(tǒng)設有母線電壓、電流表及蓄電池電壓、電流表，這些表計能直接顯示母線及蓄電池電壓、電流，并通過RS485數(shù)字通信接口將測量到的數(shù)據(jù)送監(jiān)控器，監(jiān)控器可顯示這些數(shù)據(jù)，并判斷母線及蓄電池是否過壓、欠壓，故障時

53、發(fā)出交流電源故障告警信號。重要回路（蓄電池、充電器）的熔斷器設有熔斷器故障附件，故障信號直接送監(jiān)控器，故障時發(fā)出熔斷器故障信號。當饋線回路設有饋線脫扣故障告警觸點時，脫扣故障告警信號直接送監(jiān)控器，故障時發(fā)出饋線脫扣故障告警信號。當電源系統(tǒng)配有饋線狀態(tài)監(jiān)控模塊時，饋線狀態(tài)通過RS485數(shù)字通信接口將測量到的饋線分合狀態(tài)送監(jiān)控器，可根據(jù)用戶要求實現(xiàn)饋線狀態(tài)變位告警。（3）絕緣監(jiān)測當電源系統(tǒng)選用監(jiān)控器內(nèi)置接地儀時，可同時檢測到兩段母線的對地絕緣電阻，并顯示接地電阻值，當監(jiān)測到的接地電阻值小于設定值時，發(fā)出接地故障告警信號。當電源系統(tǒng)選用帶支路檢測的接地儀時，接地儀通過RS485數(shù)字通信接口將測量到的數(shù)據(jù)送監(jiān)控器，有接地