變電站二次系統(tǒng)及保護原理課件

1、變電站直流系統(tǒng)一、變電站的操作電源二、操作電源種類三、直流系統(tǒng)的組成四、直流系統(tǒng)的絕緣檢測及接地檢查五、UPS不間斷電源六、蓄電池的維護保養(yǎng)七、 UPS不間斷電源維護和使用變電站的操作電源一、概述 操作電源就是變電站二次設備（包括繼電保護自動裝置、信號設備、通訊、遠動、監(jiān)控系統(tǒng)和斷路器分合閘控制等）的工作電源，操作電源的可靠性直接關系到電力系統(tǒng)的安全可靠運行。二、 操作電源的基本要求 要求操作電源具有高度的可靠性 操作電源要有足夠的容量 操作電源 要有良好的供電質(zhì)量 操作電源應維護方便安全經(jīng)濟 三、操作電源 的種類操作電源的種類交流操作電源就是直接使用交流電源，正常運行時由電壓互感器或站用變壓

2、器作為斷路器的控制和信號電源，故障時由電流互感器提供斷路器的跳閘電源。其優(yōu)點是接線簡單，維護方便，缺點是技術性能不能滿足變電站的技術要求，因此一般采用蓄電池作為直流電源，這種直流電源是一種獨立式電源，即使故障，該電源也呢能在一段時間內(nèi)正常供電，以保證二次設備正常工作，具有高度的可靠性直流操作電源又可分為獨立式直流電源和非獨立式直流電源，獨立式直流電源由蓄電池直流電源和電源變換式直流電源；非獨立式直流電源有硅整流電容儲能直流電源和復式整流直流電源（電流互感器二次經(jīng)）電流電壓變換整流及電壓互感器二次整流。操作電源分為直流操作電源和交流操作電源一、直流系統(tǒng)的組成 發(fā)電廠、變電站的直流系統(tǒng)主要由直流電

3、源、直流母線、只直流饋線等組成。直流電流包括蓄電池及充電設備；直流饋線主要由干線和饋線構成。1、蓄電池 主要由酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類，長用酸性蓄電池是鉛蓄電池，而常用的堿性蓄電池是鎘鎳蓄電池。它們的化學方程式如下： （1）鉛蓄電池的正極為二氧化鉛，負極為鉛（海綿鉛），電解液是硫酸溶液工作時蓄電池內(nèi)部的化學反應為:PbO2+Pb+2H2SO4 =PbSO4+2H2O(充電放電的過程是可逆的)電池在放電時，正負極均生成硫酸鉛，而消耗硫酸，充電與放電的過程相反，其正負極的硫酸鉛分別反應生成二氧化鉛及海綿鉛，同時生成硫酸- （2）鎘鎳蓄電池的正極為氧化鎳，負極為鎘鐵，其電解液采用氫氧化鈉或氫氧化

4、鉀溶液，并加入少量的氫氧化鋁，電池內(nèi)部的化學反應為： 2Ni（OH)2+Cd(OH)2=2NiOH+Cd+2H2O(充放電過程是可逆的)。（3）電氣參數(shù)，蓄電池的電氣參數(shù)包括： a額定電壓常用鉛蓄電池的額定電壓為2-2.5V/只，鎘鎳電池的額定電壓為1.25V/只。 b額定容量;是指放電時間10h(或)5h，放電終止電壓為1.8V（鉛酸蓄電池）或1V鎘蓄電池時的放電容量。鉛酸蓄電池的容量小的有幾十安時，大的有1600Ah，而鎘鎳蓄電池的容量小的有10Ah,大的有500 Ah C短路電流：短路是電池共處電流大小，決定于蓄電池的電動勢，內(nèi)阻及外回路的電阻。當外回路的電阻等于零時，鎘鎳蓄電池可供出的

5、最大短路電流為1558A（4）蓄電池的充電，蓄電池的充電方法，通常采用恒流的充電方法，充電的種類有初充電、正常充電和均衡充電三種。為提高蓄電池的放電性能，新的蓄電池在交付使用前，為完全達到荷電狀態(tài)所進行的第一次充電稱之為初充電，對已經(jīng)放過電的蓄電池充電稱之為正常充電。為補償蓄電池在使用過程中產(chǎn)生的電壓不均勻現(xiàn)象使其恢復到規(guī)定的范圍內(nèi)而進行的充電成為均衡充電 （5）蓄電池組 發(fā)電廠及變電站直流系統(tǒng)的額定電壓，通常48V,110V及220V三種，為取得各種電壓，需要將多個蓄電池組串聯(lián)起來你，另外為使直流蒂娜元能輸出最大的電流，需要將幾個蓄電池組并聯(lián)使用，直流系統(tǒng)的電壓越高，需串聯(lián)的蓄電池個數(shù)越多，

6、要求直流系統(tǒng)的輸出的電流就越大，需并聯(lián)的蓄電池支路數(shù)越多。 （6）蓄電池的浮充 在充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負載，以恒壓充電的方式工作，正常運行時充電裝置在承擔經(jīng)常性負荷的同時向蓄電池補充充電，以補償蓄電池的自放電，使蓄電池組以滿容量的狀態(tài)處于備用，該放電方式叫做浮充，此時充電電源與蓄電池組并聯(lián)運行，浮充方式有全浮充和半浮充兩種。 2、充電設備 為補償電池運行中的功率損耗，維持電壓及增大短路容量，需要經(jīng)常對蓄電池充電。 充電設備通常采用將三相交流整流、濾波及穩(wěn)壓的交流直流轉(zhuǎn)換裝置，應滿足以下要求。 （1）充電設備輸出電壓及輸出電流的調(diào)節(jié)范圍，應滿足蓄電池組各種充電方式的需要，對于直

7、流電壓為110V的直流系統(tǒng)，充電設備輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍應為90160V；對額定電壓為220V的直流系統(tǒng)，充電設備輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為180V310V （2）具有維持恒定的輸出電壓及恒定輸出電流的調(diào)節(jié)功能，對于用可控硅整流設備作為充電裝置時首先輸入電壓在額定電壓的+5%-15%范圍內(nèi)變化及輸出負荷電流在額定電流0%100%范圍內(nèi)變化時，輸出穩(wěn)定電流的誤差小于+5% （3）輸出電壓的紋波系數(shù)應滿足電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行及維護技術教程 要求，直流母線及波紋系數(shù)范圍應不大于2%。 （4）充電時應維持直流母線的電壓的變化小于5% （5）充電設備的額定電流應為n=1.1Qs/T+Ijc 考慮到核

8、對性充放電，也可按最大充電 電流選擇，In=(0.10.125)Qs10/10 3、直流母線及輸出饋線 蓄電池組的輸出與充電設備的輸出并接在直流母線上，直流母線匯集直流電源輸出的電能，并通過各直流饋線輸送到各直流回路及其他直流負載（例如，事故照明，直流電動機等） 直流母線的接線方式；取決于蓄電池組的數(shù)量，對直流負荷的供電方式及充電設備的配置方式，在大型發(fā)電廠及變電站，直流母線的接線方式為單母線分段或雙母線。根據(jù)需要，從每段或每條直流母線上引出多路直流軟件，將直流電源引至全廠或全站的配電室，及控制室的小母線，或引至動力設備的輸入母線上。 從各直流小母線上又分別引出多路出線，分別接至保護盤，控制盤

9、、事故照明盤或其他直流負荷盤 4、直流監(jiān)控裝置 為測量，監(jiān)視及調(diào)整直流系統(tǒng)運行狀況，及發(fā)出異常報警信號，對直流系統(tǒng)應設置監(jiān)控裝置。直流監(jiān)控裝置應包括測量表計，參數(shù)越線和回路異常報警系統(tǒng)等 （二）對直流系統(tǒng)的基本要求 為確保發(fā)電廠及變電站的安全經(jīng)濟運行，氣直流系統(tǒng)應滿足以下要求 （1）正常運行時直流母線電壓的變化應保持在10%額定電壓范圍內(nèi)。若電壓過高，容易使長期帶電的二次設備（例幾點保護裝置和知識燈等）過熱而損壞；若電壓過低，可能使斷路器等設備不能正常工作。 （2）蓄電池的容量應足夠大，以保證在浮充設備因故停運而其單獨運行時能維持繼電保護及控制回路正常運行，要求有人值班的變電所，全所事故停電后

10、電池的放電容量不低于1小時，無人值班的變電所事故停電蓄電池放電容量不低于2小時；此外還 應保證事故發(fā)生后能可靠切除斷路器及維持直流動力設備（例如直流油泵）的正常運行，并有一定的冗余度。 （3）充電設備穩(wěn)定可靠，能滿足各種充電設備的要求。并有一定的冗余度。 （4）直流系統(tǒng) 的接線應力求簡單可靠，便于運行維護，并能滿足繼電保護裝置和控制回路供電可靠性要求。 （5）具有完善的異常事故報警系統(tǒng)及直流電源分級保護系統(tǒng)，當直流系統(tǒng)發(fā)生異?；蜻\行參數(shù)越限時，能發(fā)出報警 信號；當直流系統(tǒng)某一支路發(fā)生短路故障時，能快速而又選擇性地切除故障饋線，而不影響其他直流回路的正常運行 （6）宜使用具有切斷直流負載能力的不

11、帶熱保護的小空氣開關取代原有的直流熔斷器，小空氣開關的的頂工作電流應按最大動態(tài)負荷電流的1.5倍2倍選用。 （7）對配置了雙重化保護的廠站還應要求直流系統(tǒng)的備用冗余配置，易配置兩組蓄電池，各帶一段直流母線，每組蓄電池的容量應能帶全站負荷，兩端直流母線正常分裂運行時，事故時可通過和幕簾開關的方式實現(xiàn)備用，雙重化配置的保護各在一個直流段上運行直流系統(tǒng)的絕緣檢測 前已述及，發(fā)電廠變電站的直流系統(tǒng)分布面廣，回路繁多，很容易發(fā)生故障或異常，其中最常見的 異?，F(xiàn)象是直流系統(tǒng)的接地故障一、直流系統(tǒng)的接地危害 運行實踐表明，直流系統(tǒng)一點接地，容易致使斷路器偷跳。此外，當直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地后，若在發(fā)生另一點接

12、地后，將可能造成直流系統(tǒng)短路，致使直流電源中斷供電，或造成斷路器 誤跳或拒跳的事故發(fā)生。當控制回路發(fā)生兩點接地后，斷路器會發(fā)生誤跳或拒跳， 當A、B兩點接地或A、C兩點接地或A、D兩點接地時，跳閘線圈TQ將有電流通過，致使斷路器跳閘；而當C、E兩點接地，或B、E兩點接地或D、E兩點接地時。可導致斷路器拒跳，或由于跳閘中間繼電器不能啟動而在繼電保護動作后，斷路器不能跳閘的現(xiàn)象發(fā)生。 另外，當A、E兩點同時接地時，將造成直流電源正極與負極之間的短路故障，致使熔斷器1FU、 2FU要熔斷，導致控制回路直流電源消失。由于斷路器線圈的動作電壓較低，當站內(nèi)的直流系統(tǒng)對地電容較大時，跳合閘線圈前的回路一點接

13、地也會造成斷路器的誤跳誤合二、直流絕緣檢測裝置 當直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地后應立即進行檢查處理，以避免發(fā)生兩點接地故障。這就需要設置直流系統(tǒng)對地絕緣檢測裝置，當直流系統(tǒng)對地絕緣嚴重降低或一電接地之后發(fā)出告警信號。 直流系統(tǒng)的絕緣 檢測裝置的種類很多，但是不管那種裝置，其構成原理均為點錢平衡原理。目前使用最廣泛的是微機型絕緣檢測裝置，不但可以檢測全直流系統(tǒng)對地絕緣狀況，還可判斷出接地的極性，還能測試出具體發(fā)生接地的直流饋線三、直流系統(tǒng)接地位置的檢查（一)接地所在饋線回路的確定 前已述及，危及性絕緣監(jiān)察裝置，可以確定出接地點所在饋線回路絕緣檢測裝置的直流系統(tǒng)，當出線一點接地故障之后，運行人員要首先縮小

14、接地點可能所在的范圍，即確定哪一條饋線回路發(fā)生了故障。 運行人員確定及地點所在直流饋線回路的具體方法是“拉路法” 所謂“拉路法”是指：依次、分別、短時切斷直流系統(tǒng)中各直流饋線來確定接地點在回路的方法。例如，發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地后先斷開某一直流饋線，觀察接地現(xiàn)象是否消失。若接地現(xiàn)象消失，說明接地電在被拉饋線回路中，如果接地現(xiàn)象未消失，立即恢復對，該饋線的供電。再斷開另一條饋線進行檢查。重復上述過程，直至確定出線地點的所在饋線。 用上述方法確定姐弟點所在饋線回路時，應注意以下幾點（1）應根據(jù)運行方式、天氣狀況及操作情況，判斷接地點可能所在的范圍，以便在盡量少的拉路情況下能迅速的確定接地點的位置。 (2

15、)拉路順序的原則是先拉信號回路及照明回路，最后拉操作回路；先拉室外線回路，后拉室內(nèi)線回路 。（3）斷開每一饋線的時間不超過3s,不論接地是否在被拉回路上，應盡快回復供電。（4）當被拉回路中接有繼電保護裝置時，在拉路之前應將直流消失后容易誤動的保護（例如發(fā)電機的誤上電保護、啟停機保護）等退出運行。 （5）當被拉回路中接有輸電線路的縱聯(lián)保護裝置時（例如高頻保護等），在進行拉路之前，首先與調(diào)度員聯(lián)系，同時退出線路兩側(cè)的縱聯(lián)保護。 當用拉路法找不到接地點所在的饋線回路時，可能的原因有以下幾點： 1）接地位置發(fā)生在充電設備的回路中，或發(fā)生在蓄電池組的內(nèi)部，或發(fā)生在直流母線上。 2）直流系統(tǒng)采用環(huán)路供電方

16、式，而在拉路之前沒斷開環(huán)路時。 3）全直流系統(tǒng)對地絕緣不良。 4）各直流回路互相穿點或有寄生回路。UPS不間斷電源概況 不間斷電源供電系統(tǒng)的基本結(jié)構是一套將交流電變?yōu)橹绷麟姷恼?充電裝置和一套把直流電再度轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷腜WM逆變器。蓄電池在交流電正常供電時存儲能量，此時它一直維持在一個正常的充電電壓上，一旦市電供電中斷時，蓄電池立即對逆變器供電已保證UPS電源交流輸出電壓的連續(xù)性。在一般情況下，微機用戶在遇到市電供電中斷時，需要在蓄電池允許的放電時間（一般是15-30分鐘）進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等應急操作。一臺設計良好的UPS包括以下幾部分 （1）交流輸濾波回路及整流回路 （2）蓄電池及充電回路 （3

17、）PWM脈沖寬度調(diào)制型濾波器 （4）各種保護（過流、過壓、空載保護，電池電壓過低，電池極性和交流極性檢測）線路及相關指示燈和喇叭； （5）交流市電供電與UPS逆變供電的自動切換裝置 （6）控制回路UPS常見故障分析 UPS不間斷電源若發(fā)生故障時，應首先觀察控制面板上各工作狀態(tài)指示燈的工作情況，大概判斷故障是在電源逆變器供電部分還是在市電供電部分。若故障來源于逆變器工作部分，則應首先檢查蓄電池電壓是否在規(guī)定的正常值（22-24V）范圍內(nèi)。故障現(xiàn)象：故障現(xiàn)象：1、有市電時、有市電時UPS輸出正常，而無市電時蜂鳴器長鳴，無輸出正常，而無市電時蜂鳴器長鳴，無輸出。輸出。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池和

18、逆變器部分故障，可按以下程序檢查： 檢查蓄電池電壓，看蓄電池是否充電不足，若蓄電池充電不足，則要檢查是蓄電池本身的故障還是充電電路故障。 若蓄電池工作電壓正常，檢查逆變器驅(qū)動電路工作是否正常，若驅(qū)動電路輸出正常，說明逆變器損壞。 若逆變器驅(qū)動電路工作不正常，則檢查波形產(chǎn)生電路有無PWM控制信號輸出，若有控制信號輸出，說明故障在逆變器驅(qū)動電路。 若波形產(chǎn)生電路無PWM控制信號輸出，則檢查其輸出是否因保護電路工作而封鎖，若有則查明保護原因； 若保護電路沒有工作且工作電壓正常，而波形產(chǎn)生電路無PWM波形輸出則說明波形產(chǎn)生電路損壞。 上述排故順序也可倒過來進行，有時能更快發(fā)現(xiàn)故障。故障現(xiàn)象：故障現(xiàn)象：

19、1、有市電時、有市電時UPS輸出正常，而無市電時蜂鳴器長輸出正常，而無市電時蜂鳴器長鳴，無輸出。鳴，無輸出。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池和逆變器部分故障，可按以下程序檢查： 檢查蓄電池電壓，看蓄電池是否充電不足，若蓄電池充電不足，則要檢查是蓄電池本身的故障還是充電電路故障。 若蓄電池工作電壓正常，檢查逆變器驅(qū)動電路工作是否正常，若驅(qū)動電路輸出正常，說明逆變器損壞。 若逆變器驅(qū)動電路工作不正常，則檢查波形產(chǎn)生電路有無PWM控制信號輸出，若有控制信號輸出，說明故障在逆變器驅(qū)動電路。 若波形產(chǎn)生電路無PWM控制信號輸出，則檢查其輸出是否因保護電路工作而封鎖，若有則查明保護原因； 若保護電路沒有工作且工作電壓正常，而波形產(chǎn)生電路無PWM波形輸出則說明波形產(chǎn)生電路損壞。 上述排故順序也可倒過來進行，有時能更快發(fā)現(xiàn)故障。 故障現(xiàn)象：2、蓄電池電壓偏低，但開機充電十多小時，蓄電池電壓仍充不上去。 故障分析：從現(xiàn)象判斷為蓄電池或充電電路故障，可按以下步驟檢查： 檢查充電電路輸入輸出電壓是否正常； 若充電電路輸入正常，輸出不正常，斷開蓄電池 再測，若仍不正常則為充電電路故障； 若斷開蓄電池后充電電路輸入、輸出均正常，則說明蓄電池已因長期未充電、過放或已到壽命期等原因而損壞。 故障現(xiàn)象：3、逆變器功率級一對功放晶體管損壞，更換同型號晶體管后，運行一段時間又燒壞的原因是電流過大，而引起電流