供配電二次回路及操作電源

供配電系統(tǒng)的二次回路及其操作電源隨著電子技術、微機技術、通訊技術的廣泛應用，工廠供配電系統(tǒng)的二次回路和自動裝10年來我國沒有發(fā)生大際先進水平。二次回路用于監(jiān)視測量儀表、掌握操作、信號指示、保護一次電路運行；電力設備中的繼電器和自動裝置的全部低壓回路均稱二次回路〔或稱二次系統(tǒng)，二次回路依電源及用途可分為以下幾種回路〔〕電流回路〔2〕電壓回路〔3〕操作回路〔4〕圖7-1為左邊三相電路為一次電路，右邊為二次電路。對于電力系統(tǒng)中的高壓成套配電設備，二次回路通常使用直流220V或110V作為其工作電220或380V〔直接從主回路上取電源〕作為工作電源。另外，對于發(fā)電廠的凹凸壓配電設備，由于其設備的運行重要性，一般都使用直流220V或110V作為其工作電源。工程中信息類IT設備與電力系統(tǒng)的二次電路有不同的定義：IT設備中：所謂二次電路secondarycircuit—不于一次電源直接連接的，而是由位于設備內的變壓器，變換器或等效的隔離裝置供電的一種電路。接觸器、電動機起動裝置等，都同時具有兩種接線，一種是與電源連接的主回路，它是把電網的電流接到設備上做功的主體元件，輸送的是大電流；另一種是主體元件的關心電路，如這些裝置一般是由互感器、蓄電池組、低壓電源繼電器、插件、供電裝置等組成，它們的工流卻掌握著主回路的高電壓、大電流。我們把這些裝置的接線稱為二次接線或二次回路、關心回路，而把主體元件的主回路稱為一次接線或一次回路、主回路。二次回路的作用是對電氣一次系統(tǒng)進展掌握，測量和計量、監(jiān)視和保護，對于一次系統(tǒng)發(fā)生故障時，依據(jù)故障時電氣量的變化而切除故障的電氣設備，對一次系統(tǒng)不正常運行時，發(fā)出相應的信號，讓值班人員進展檢查處理。對二次回路根本要求對二次回路有如下根本要求：選擇性、快速性、靈敏性、牢靠性。⑴選擇性：系統(tǒng)中發(fā)生故障時，保護裝置應有選擇地切除故障局部，非故障局部連續(xù)運行；⑵快速性：在短路時，能快速切除故障到達如下目標②削減對電路的影響；③提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；和靈敏地作，保護裝置的靈敏性以靈敏系數(shù)衡量。⑷牢靠性：對各種故障和不正常的運方式，應保證牢靠動作，不誤動也不拒動，即有足夠的牢靠。二次回路的操作電源是供給高壓斷路器分、合閘回路和繼電保護裝置、信號回路、監(jiān)測具有足夠大的容量，且要求盡可能不受供配電系統(tǒng)運行的影響。流裝置供電兩種方式。一、直流操作電源(一)、蓄電池組供電方式蓄電池蓄電池也叫二次電池，可充電電池，因其電解質由強酸或強堿組成，因此又分成鉛酸〔富液〕鉛酸蓄電池和閥控式〔貧液〕密封鉛酸蓄電池。堿性有鐵鎳蓄電池、鎘鎳蓄電池、鋅銀蓄電池、鎳氫電池，鎘鎳電池使用較多?？沙滗囯姵匾蛄己眯阅苣壳爸鸩綉糜陔娏ο到y(tǒng)。1970年前主要承受開啟式鉛酸電池→1980年前使用半密封鉛酸電池→1990年前變堿性鎘鎳電池替代→1990控電池的材料及制造工藝日趨成熟，與國外蓄電池產品質量、壽命等比差距已縮小。圖圖7-2單組蓄電池圖7-3蓄電池柜酸性蓄電池充電完畢后的單個電池電壓約2V鎘-鎳蓄電池充電完畢后的單個電池電壓約1.2V、鉛酸蓄電池主要的酸性蓄電池正、負極活性物質是二氧化鉛〔PbO、鉛〔Pb，電解2質是1.2~1.3g/cm3的稀硫酸〔HSO2 4

7-1這就是鉛酸蓄電池。該蓄電池以方型為主，圓柱形的不多,容器材料為玻璃、橡膠或塑料。鉛酸蓄電池單個電池電壓約2V。充電終止電壓可達2.7V；而放電后，端電壓可降至1.9V，為了獲得220V的直流操作電壓，且計及線路的電壓降，應按230V來考慮電池的個數(shù)。因此所需蓄電池的個數(shù)n=230/1.95≈118個。但考慮到充電終了時端電壓的上升，因此長期接入操作電源母線的蓄電池個數(shù)n=230/2.7≈88個。1而其他用于調整電壓的蓄電池個數(shù)n2

=n-n

=118-88=30個，均接在特地的調壓開關上。1老式鉛酸蓄電池使用中要留意產生的酸性氣液體，對電氣設備、建筑物、原材料、產品和人身造成危害、污染環(huán)境，且有爆炸的危急。過去鉛酸蓄電池都設在考慮防腐防爆的專用的蓄電池室內，目前使用的都是被改進后的閥控型或防酸型鉛酸電池。閥控鉛酸蓄電池的工作原理閥控式密封鉛酸蓄電池在充放電過程中的化學反響如下：實現(xiàn)電池密封的設計解決方案====>>防止因過充電導致水分解而引起電解液的削減====>>實現(xiàn)電池的密封〔失水。要實現(xiàn)這一點，有兩條途徑：抑制充電后期或過充電過程中氣體的產生；使充電后后期或過充電過程中產生的氣體被電池內的材料吸取〔復原成水。閥控鉛酸蓄電池通過以下獨特的設計，綜合運用了上述兩種手段：通過獨特的正負極板柵合金配方和特別的充電方法來抑制和削減充電后期氣體的產生；通過獨特的正負極活性物質和電解液配比設計以及選用獨特的隔板材料使得在過充電時，只在正極產生少量氧氣，且這些氧氣能穿過隔板到達負極；活物質設計正、負極板活物質在充電過程中的異步復原反響，即當正極板活物質完全充電恢復后，負極板活物質還未完全轉變?yōu)楹＞d狀鉛，這樣，充電末期當正極開頭產生氧氣時，負極板還未變成完全充電狀態(tài)，可以最大限度抑制氫氣的產生。隔板：設計隔板到達以下4個主要目的保持正、負極板絕緣；吸附電解液，保持電解液不流淌及負極板處于潮濕狀態(tài)；高孔隙度，使正極產生的氧氣簡潔通過到達負極板；隔板中參加適量粗纖維，保持隔板長時間具備良好的彈性。充電末期電極反響正極產生的氧氣，與負極活物質和稀硫酸進展反響，使負極板的一局部處于去極化狀態(tài)，從而抑制了氫氣的產生。圖圖7-4鉛酸蓄電池充電反響根本沒有水份的損失，密封成為可能?！伯敵潆姇r亦被稱為陰極〕發(fā)生的反響，因此這種閥控電池亦被稱為陰極吸取式電池。AGM隔板中的孔隙〔或膠體的裂縫〕實際在蓄電池實際使用過程中，總有少量的氣體不能被再化合，為防止電池內部壓力過大，在電池蓋上安裝單向閥，排解電池內部多余的氣體，這就是所謂的閥控。閥控鉛酸蓄電池〔VRLA電池〕具有免維護、儲存期長、全都性好、牢靠性高等優(yōu)點，廣泛應用于固定型備用電源、電動汽車、電動自行車的動力電源等。閥控鉛酸電池容量(Ah)有40、65、100、150、200、300、400、500、700、1000。閥控鉛酸電池組電壓一般有110V、220V或48V。大容量電池可由多組電池并聯(lián)而成。2、堿性蓄電池具有重量輕、自放電少的優(yōu)點，不會因過充電或過放電而造成活性物質的鈍化。但是堿性蓄電池活性物質的導電性差，且價格比較高。鎘鎳蓄電池工作原理Ni(OH)3Cd。Ni(OH)2，負極板活性物質轉化為氫氧化鎘Cd(OH)2。鎘鎳蓄電池充、放電時的化學反響為：Cd+2Ni(OH) Cd(OH)+2Ni(OH)電3 放電 2 2電由以上反映式可知，電解液并未參與反響，它只是起傳導電流的作用，因此在充、放電過程中，電解液密度不會轉變。鎘鎳蓄電池的循環(huán)次數(shù)達2023次，使用壽命為10~20年。鎘鎳蓄電池使用留意事項:1.6V，以免引起爆炸。鎘鎳電池的標準電動勢為1.33V，工作電壓為1.20~1.25V，放電終止電壓為1.0V。鎘鎳電池充電時的環(huán)境溫度應保持在15~35℃，否則影響電池的容量和壽命。電池電解液是KOH的水溶液，其只傳導電流，濃度根本不變，不能依據(jù)電解液密度的大小來推斷電池充放電程度。電池長期儲存后，使用之前要先以10h(小時)率充電14~16h，再以5h率放電至單個電池電壓V，充放電循環(huán)2~3次，至放電容量達額定值后，再充電使用。電池使用期限接近規(guī)定壽命時，如消滅底部、外殼及電池蓋有鼓脹現(xiàn)象，應予報廢。鎘鎳蓄電池具有無污染、體積小、使用壽命長、適應性強、牢靠性高和放電倍率高優(yōu)點，是直流系統(tǒng)抱負的一代電池。盡管目前它的價格較高，由于具有上述優(yōu)點，可直接裝在直流屏上，無需特地的蓄電池室，無需防護有害氣液體侵蝕的措施，其綜合經濟指標，仍具有其優(yōu)越性。承受鎘鎳蓄電池組作二次回路操作電源，除不受供電系統(tǒng)運行狀況影響、工作牢靠外，還有其壽命長、凹凸溫性能好、機械強度高、放電電壓平穩(wěn)、大電流放電性能好、腐蝕性小，無須專用房間等優(yōu)點，從而大大降低了投資，在用戶供配電系統(tǒng)中應用比較普遍。蓄電池檢測、維護容量和壽命是衡量蓄電池的主要指標，容量一般用安·時〔AH〕來表示，表征蓄電池儲藏能量的力量。壽命則是表示蓄電池容量衰退速度的一項指標，隨著使用的深入，蓄電池容量衰退是不行避開的，是確定的，當容量衰退到一個規(guī)定值時，可以判定壽命終結，以定容量70%充放電循環(huán)次數(shù)來表示蓄電池的壽命，合格底線為350次。依據(jù)DL/T724-2023《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規(guī)程》規(guī)定，無小于額定容量的80%，此時極板格柵已經腐蝕和膨脹，極板活性材料已經劣化，電解液已經開頭枯槁。此時，電池容量下降，則視作該電池損壞必需更換。早期使用電爐、水阻等負載放電來測試容量的方法，準確度低、勞動強度大；目前已較稱作免維護電池，曾經誤導了局部運行人員，認為這類電池不需要巡察、檢測和維護，使故障電池帶病運行，釀成了諸如發(fā)電機燒毀等重大事故。對于各型發(fā)電廠、樞紐變電站直流柜的電池組，建議選用智能蓄電池在線監(jiān)測裝置，既可測量每節(jié)電池的電流、電壓、溫度、容量，還可以測量每只電池的內阻，從而及早識別并更換有潛在故障的電池。蓄電池的好壞無法用常規(guī)的電流、電壓測量來判別，目前行之有效的方法有兩種：一種是對電池組作實際的容量放電測試，另一種是測量電池的內阻(僅為毫歐級)，內阻愈大其容量愈小，當內阻大于某一值，容量必定低于額定容量的80%，此結論為業(yè)界所公認。蓄電池組按浮充電方式運行。充電裝置選擇蓄電池的充電裝置宜選用高頻開關整流裝置或晶閘管式整流裝置，應滿足蓄電池充電和浮充電要求。充電裝置應具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流及限流性能，宜承受微機型。具有浮充電、自動均衡充電和手動穩(wěn)流充電等功能：應為長期連續(xù)工作制。充電裝置的溝通輸入宜為三相制，額定頻率為50Hz，額定電壓為380V±10％。小容量充電裝置的溝通輸入可承受單相220V±10％。充電裝置的主要技術參數(shù)見下表表7-1晶閘管型高頻開關模塊穩(wěn)壓精度〔%〕10.5穩(wěn)流精度〔%〕20.5紋波系數(shù)〔%〕21效率〔%〕7588噪聲〔dB〕6055充電裝置的額定電流的選擇應滿足以下條件：a.滿足浮充電流要求；b.大于初充電電流；c.大于均衡充電電流。浮充電的輸出電流應按常常負荷電流與蓄電池自放電流之和選擇。充電裝置的輸出電壓調整范圍應滿足蓄電池放電末期和充電末期電壓的要求。浮充電裝置直流側的長期工作電壓對于220V和110V蓄電池組分別為230V和115V?！ざ贤ń浾餮b置供電方式直流電源柜概述1970年以前是直流電動發(fā)電機組；→1990年以前硅整流器(包括磁飽和、可控硅整流)；→1990年以后至今大都承受高頻開關電源。由整流器和蓄電池組構成的直流電源柜，是最安全、最牢靠的備用電源裝置，至今仍是各類發(fā)電廠和變電站不行或缺的重要設備。直流電源柜的牢靠供電，與發(fā)電廠、變電站的安全息息相關，直流電源柜故障停電，輕則造成發(fā)電廠、變電站事故停電，重則造成發(fā)電機或主變燒毀。部件性能牢靠、穩(wěn)定、精良；三是安裝運行的環(huán)境條件應當符合直流電源柜的產品說明書之規(guī)定。直流電源柜的選型要點：電壓等級：220V、110V、48V、24V。2)額定電流：10A、20A30A50A、70A、80A、100A…。舊式直流柜我們把電容貯能式電源、復式整流電源、磁飽和整流電源、可控硅整流電源等組成的直流柜稱為舊式直流柜。它們雖然具有技術成熟、穩(wěn)定、運行人員生疏、較易把握等優(yōu)點，但也存在以下缺陷：一是根本元件工頻變壓器、電抗器、整流濾波裝置等的體積大、重量重。二是根本元件的功耗大、溫上升、效率低，柜內元件密集，修理更換困難。三是掌握電路、整流電路多由分立元件或集成電路組成，牢靠性較低。四是受根本元件的制約，電氣性能技術指標偏低。此類直流柜目前在全國范圍使用數(shù)量很大，2023年執(zhí)行的DL/T-5120-2023《小型電力工程直流系統(tǒng)設計規(guī)程》還給它留了一個過渡時期。但是電力工程用整流器應滿足以下條件：在規(guī)定溝通輸入電源下，應滿足蓄電池組均衡充電、低壓充電和浮充電的工況要求；有良好的穩(wěn)壓、穩(wěn)流性能；紋波系數(shù)??；運行敏捷、能自動投切、具有三遙(或四遙)功能；具備良好的電磁兼容性和抗干擾性能。大多數(shù)舊式直流柜由于未配置微機(或單片機)，因此難以完全實現(xiàn)1)、4)、5)的要求。1、硅整流電容貯能式直流電源電，使之能正常動作，切除故障。圖7-5是一種硅整流電容貯能式直流電源系統(tǒng)的接線圖。U1硅整流器主要作用于斷路器合閘，并可向掌握、信號和保護回路供電。U2硅整流器的容量較小，作為U1硅整流器的備用電源，只向掌握、信號和保護回路供電。貯能電容器多承受大容量的電解電容器，其容量應能保證繼電保護和跳閘回路牢靠動作。2、復式整流的直流操作電源復式整流是指供給直流操作電壓的整流電源有以下兩種：(當穩(wěn)壓要求高時裝設)和硅整流供電給掌握、信號和保護等二次回路。電流源由電流互感器供電，同樣經鐵磁諧振穩(wěn)壓器(也是當穩(wěn)壓要求高時裝設)和硅整流供電給掌握、信號和保護等二次回路。圖7-6是復式整流裝置接線示意圖。由于承受復式整流裝置有電壓、電流兩路電源，因此能在正常運行方式下，滿足保護、掌握、信號及開關跳閘的要求；當發(fā)生各種短路故障時，能保證有關保護牢靠動作和相應電氣回路開關牢靠跳閘。比硅整流電容貯能式輸出較大功率，電壓的穩(wěn)定性也更好。型直流電源柜源柜。隨著電力電子技術特別是高頻功率半導體技術、大規(guī)模集成電路、單片微機技術的進展和普及，促進了小功率開關電源快速拓展為大功率開關電源，并且以模塊式的構造消滅。均有了長足的進步，實踐證明它已經成為一個成熟的產品。近幾年，隨著航空、航天技術中及，價格更趨合理。型直流柜有以下特點：由于承受高頻半導體器件(VMOS、IGBT)開關速度快、高頻特性好、輸出容量大；由于省去了工頻變壓器，體積小、質量輕、噪聲低。承受脈寬調制(PWM)和軟開關技術，因而效率高、功率因數(shù)高、牢靠性高，MTBF(無故障運行時間)已達10萬小時。主要功能和各項技術指標遠高于舊式直流柜，便于無人或少人值守。線示設計中承受微機和模塊構造，其運行、測量、顯示全部數(shù)字化，易于維護和治理。線示圖圖7-7型直流電源柜系統(tǒng)原理圖比較內容技術性能類別△V△比較內容技術性能類別△V△I紋波系數(shù)ηCOSΦ自動化水電磁兼*體積*質溫 牢靠性量升 (MIBF)易維護性*價格舊式直流柜型較低/1.0較高/1.2～1.5平容性1%2%2%70%75%低差大/1大/1高較低較難0.5%0.5%0.1%90%95%高好很小/0.3很小/0.3低高(10萬時)便利*分母表示二種產品的相比照較值4、型直流柜的選擇由表二可見，型直流柜各項技術指標均優(yōu)于舊式直流柜，特別是考慮到今后少人(或無人)值守的需要，計算機通信和治理的普及，型直流柜是順應這一進展的必定選擇！高頻開關電源承受模塊式構造，全部模塊允許并聯(lián)工作，以增大電流，其配置原則是采用(N)+1的備用方式。監(jiān)控、測量、通信保護用的微機系統(tǒng)，也設計成一樣尺寸的模塊構造。為了組屏便利，把數(shù)個高頻開關電源模塊和1個監(jiān)控模塊集成在一個框架中，這就構成了式：自流柜的核芯，把該核芯置入直流柜中，這個柜就具備了以上型直流電源柜的全部功能和優(yōu)點。核芯的組成和構造見圖7-7。全的成套直流電源柜，通常150Ah/220V及以下系統(tǒng)只需2面柜，65Ah/220V則只需1面拒。也可以在舊式直流柜置人核ZX芯的換芯術，也就是用數(shù)個高頻開關電源模塊加1個監(jiān)控模塊取代可控硅整流器和掌握電路。電力用智能高頻開關電源整流器模塊舉例：應用范圍：主要應用于550KV-11KV的不同電壓等級的變電所、電廠等配電設施。特點：模塊技術承受當今最先進的邊緣諧振全零電流軟開關技術，模塊內部自帶CPU，模塊全部基準校準和掌握全部承受12D/AE2ROM，保證模塊的運行參數(shù)永不喪失。模塊體積小、效率高，