電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置任務(wù)3-向發(fā)電廠提供穩(wěn)定的廠用電

任務(wù)3向發(fā)電廠提供穩(wěn)定的廠用電【任務(wù)導(dǎo)讀】廠用電作為發(fā)電廠的一級(jí)負(fù)荷，其運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備平安，而直流系統(tǒng)作為發(fā)電廠廠用電的主要供電電源。因此，為了提高廠用電的可靠性，一方面可采用先進(jìn)的技術(shù)來(lái)提高直流系統(tǒng)的可靠性；另一方面可通過(guò)及時(shí)處理可能發(fā)生的故障來(lái)提高直流系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。3.1任務(wù)的導(dǎo)入：認(rèn)識(shí)直流系統(tǒng)為了提高廠用電的可靠性，可將此任務(wù)分解成兩項(xiàng)子任務(wù)：子任務(wù)1——采用智能高頻開關(guān)直流電源來(lái)提高廠用電的可靠性；子任務(wù)2——發(fā)電廠直流系統(tǒng)常見(jiàn)故障原因分析及處理。當(dāng)然，為了完成這兩項(xiàng)子任務(wù)，首先應(yīng)明確直流系統(tǒng)的作用和概況。3.1.1直流系統(tǒng)概況1.直流系統(tǒng)的概念、作用和要求在發(fā)電廠中，對(duì)繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、信號(hào)裝置、開關(guān)電器控制等二次回路以及事故照明、直流油泵和交流不停電電源裝置設(shè)有專門可靠的供電電源，這種電源統(tǒng)稱為直流系統(tǒng)。直流系統(tǒng)的主要用途是：(1)發(fā)電廠正常運(yùn)行操作時(shí)，作為控制、信號(hào)、保護(hù)、自動(dòng)裝置等回路的電源，充當(dāng)斷路器合閘和分閘的操作電源；(2)作為操作機(jī)械和機(jī)械傳動(dòng)裝置的電源；(3)在事故情況下，當(dāng)廠用電中斷時(shí)作為獨(dú)立的事故照明電源；(4)孤立運(yùn)行的水電站采用晶閘管勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)重新開機(jī)需要直流起勵(lì)時(shí)，提供起勵(lì)電源。直流系統(tǒng)是發(fā)電廠廠用電中的核心裝置，要求可靠性很高，在任何事故情況下，應(yīng)能保證可靠供電。直流系統(tǒng)對(duì)于保證發(fā)電廠平安運(yùn)行是非常重要的，因此發(fā)電廠必須采用技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都比較合理的直流系統(tǒng)。直流系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：(1)保證直流供電的可靠性； (2)減少設(shè)備投資，減少場(chǎng)地布置面積；(3)使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)工作量小；(4)改善運(yùn)行條件，減少噪音干擾。

發(fā)電廠采用的直流系統(tǒng)類型很多，主要有以下幾種：(1)蓄電池組直流系統(tǒng)蓄電池組直流系統(tǒng)是由相當(dāng)數(shù)量的蓄電池串聯(lián)成蓄電池組供電的，是一種獨(dú)立的操作電源。蓄電池組直流系統(tǒng)具備四種電壓，即220V、110V、48V、24V。這種操作電源的優(yōu)點(diǎn)是供電不受電網(wǎng)電壓的影響。但是蓄電池價(jià)格昂貴，投資大，壽命短，所需輔助設(shè)備多，運(yùn)行費(fèi)用大，維護(hù)工作量大。由于蓄電池組直流系統(tǒng)具有供電可靠的特點(diǎn)，目前它仍為普遍采用的直流電源。由于技術(shù)的開展，目前已生產(chǎn)出免維護(hù)的蓄電池，使用方便，工作可靠，價(jià)格合理，得到了廣泛的應(yīng)用。2.直流系統(tǒng)的分類(2)硅整流電容儲(chǔ)能裝置直流系統(tǒng)在小型水電站中可采用硅整流元件，將交流電變成直流電作為操作電源使用，同時(shí)裝設(shè)貯存電能的電容器組。與蓄電池組操作電源相比，這種電源的的優(yōu)點(diǎn)為投資少、壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和遠(yuǎn)動(dòng)化。但是電容蓄電量有限，且不能長(zhǎng)期連續(xù)供電，可靠性差，所以一般應(yīng)用在主接線比較簡(jiǎn)單、沒(méi)有復(fù)雜保護(hù)的小型水電站中。

(3)復(fù)式整流裝置直流系統(tǒng)復(fù)式整流是指整流裝置不但由站用變壓器或電壓互感器提供交流電，而且能由反映故障短路電流的電流互感器供電。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，與電容儲(chǔ)能相比，復(fù)式整流裝置能輸出較大的功率，并能保持電流電壓恒定。但是采用復(fù)式整流必須滿足以下兩個(gè)條件：

1)短路電流的大小必須保證繼電保護(hù)和斷路器可靠地動(dòng)作。2)要有專用的電流互感器，以便在各種短路情況下都能輸出足夠的功率，向復(fù)式整流器供電。與蓄電池組操作電源相比，它具有投資省、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。但是在全廠電源消失后，該系統(tǒng)不能長(zhǎng)期連續(xù)供電。我國(guó)發(fā)電廠直流系統(tǒng)的現(xiàn)狀及特點(diǎn)1.為了提高廠用電的可靠性，蓄電池組直流系統(tǒng)逐漸成為水電站直流系統(tǒng)的主流。2.隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的進(jìn)步，數(shù)字化技術(shù)不同程度地應(yīng)用于各類直流系統(tǒng)中,智能高頻開關(guān)系列直流電源系統(tǒng)已經(jīng)成為中小型水電站技術(shù)改造和新電站設(shè)備選型的必然選擇。

3.大型水電機(jī)組因可靠性、控制特性的高標(biāo)準(zhǔn)而要求直流系統(tǒng)的進(jìn)步明顯加快，這一領(lǐng)域根本都是高端產(chǎn)品的天下。

4.中小型水電站包括微型水電站其總量占絕大多數(shù)，從現(xiàn)在的市場(chǎng)情況看，這一領(lǐng)域主要是國(guó)產(chǎn)直流系統(tǒng)的天下，老系統(tǒng)改造任務(wù)與新建工程各占一半，這局部直流系統(tǒng)的特點(diǎn)是根本功能具備、運(yùn)行可靠、調(diào)試容易、價(jià)格低廉和維護(hù)方便。

3.2任務(wù)的分析：選擇適宜的直流系統(tǒng)為了更好地完成任務(wù)，必須對(duì)任務(wù)本身進(jìn)行詳細(xì)的分析，包括蓄電池的選型方法和維護(hù)特點(diǎn)、蓄電池組直流系統(tǒng)的整體構(gòu)成和功能等，為解決問(wèn)題做好充分的準(zhǔn)備。3.2.1蓄電池的選型和維護(hù)特點(diǎn)1.蓄電池的選型〔1)鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池可分為固定型和移動(dòng)型兩類。蓄電池由正負(fù)極板、隔板、容器和電解液等構(gòu)成。蓄電池的正極板為二氧化鉛(PbO2)，負(fù)極板應(yīng)用鉛材料，采用多孔鉛絨〔Pb〕的形式。

2)堿性蓄電池國(guó)內(nèi)現(xiàn)在生產(chǎn)的堿性蓄電池種類較多，堿性蓄電池按其極板所采用的活性物質(zhì)的性質(zhì)，可分為鎘鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池和銀鋅蓄電池三種，其中燒結(jié)式鎘鎳蓄電池在電力系統(tǒng)和發(fā)電廠中曾得到廣泛使用。①堿性鎘鎳蓄電池的結(jié)構(gòu)及工作原理堿性鎘鎳蓄電池的正極板為氫氧化鎳，負(fù)極板為氫氧化鎘，電解液為氫氧化鈉或氫氧化鉀，正負(fù)極板的中間放有尼龍隔膜。將電池殼加蓋膠封后，注入相對(duì)密度為1.25～1.28g/cm3的氫氧化鉀(KOH)電解液。

3).固定型密封免維護(hù)鉛酸蓄電池(又稱閥控式密封鉛酸蓄電池)新型鉛酸蓄電池保存了原有鉛酸蓄電池容量大的特點(diǎn)，其放電過(guò)程的化學(xué)反響也不變。這種免維護(hù)的鉛酸蓄電池也叫閥控式密封鉛酸蓄電池，可以實(shí)現(xiàn)蓄電池密封，不需要維護(hù)，保證了蓄電池的運(yùn)行可靠和平安及優(yōu)良的性能。現(xiàn)在應(yīng)用較多的免維護(hù)蓄電池型號(hào)有MD、FM系列。閥控式密封鉛酸蓄電池外形圖如圖3.1所示：

圖3.1免維護(hù)鉛酸蓄電池實(shí)物外形圖2.各種蓄電池的維護(hù)特點(diǎn)發(fā)電廠中蓄電池組的使用和維護(hù)非常重要，如果操作不當(dāng)，不僅會(huì)造成蓄電池容量降低，壽命縮短，而且直接關(guān)系到發(fā)電廠及電力系統(tǒng)的平安，因此值班員必須按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蓄電池進(jìn)行正確的檢查、測(cè)量、加液、充電、放電和處理。(1)蓄電池的初充電所謂初充電，就是新安裝好的蓄電池第一次充電。新安裝的蓄電池或極板經(jīng)過(guò)儲(chǔ)藏或沉著器抽出大修后，均應(yīng)進(jìn)行初充電。初充電的操作是否正確及質(zhì)量的好壞與否，對(duì)蓄電池的壽命和容量又有很大的影響。因此新安裝的蓄電池應(yīng)按照制造廠的規(guī)定進(jìn)行初充電。(2)蓄電池的充電#放電運(yùn)行方式充電放電法的特點(diǎn)是充電裝置按蓄電池廠家的說(shuō)明，以恒流對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，充足電后，通過(guò)開關(guān)切換裝置把蓄電池切換到放電回路，以恒定電流通過(guò)可變電阻器進(jìn)行放電。這種方法一般在蓄電池初充電及定期活化蓄電池容量時(shí)采用。一般一年進(jìn)行一次。

浮充電運(yùn)行方式就是先將蓄電池充足電，然后將充電設(shè)備與蓄電池并聯(lián)在一起工作，充電設(shè)備既給直流母線的經(jīng)常負(fù)荷供電，有以不大的電流向蓄電池浮充電，用來(lái)補(bǔ)償由于自放電而損失的能量。這樣就可以使蓄電池經(jīng)常處于滿充電狀態(tài)，從而延長(zhǎng)了蓄電池的壽命。(3)蓄電池的浮充電(4)強(qiáng)充電(均衡充電)蓄電池如果長(zhǎng)期僅處于浮充電狀態(tài)，在長(zhǎng)期運(yùn)行中，由于每個(gè)蓄電池的浮充電流一致，但由于自放電的不同，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)局部蓄電池處于欠充電狀態(tài)，這樣對(duì)蓄電池有害，將引起蓄電池容量的減少和產(chǎn)生電池容量的不相等，電池組間每個(gè)電池端電壓也不相等。

為了使蓄電池能在健康的水平下工作，應(yīng)對(duì)蓄電池進(jìn)行強(qiáng)充電(均衡充電)。強(qiáng)充電的方式有兩種：一種是定期進(jìn)行強(qiáng)充電，一般是6個(gè)月一次；另一種是交流電源長(zhǎng)時(shí)間中斷恢復(fù)后的強(qiáng)充電。強(qiáng)充電的電流大小及具體時(shí)間應(yīng)按蓄電池廠家的規(guī)定進(jìn)行。(5)補(bǔ)充充電為了彌補(bǔ)運(yùn)行中因浮充電流調(diào)整不當(dāng)造成了欠充電，補(bǔ)償不了閥控蓄電池自放電和漏電所造成的蓄電池容量的虧損，根據(jù)需要設(shè)定時(shí)間(一般為3個(gè)月)充電裝置將自動(dòng)地或手動(dòng)進(jìn)行一次恒流限壓充電------恒壓充電------浮充電過(guò)程，使蓄電池組隨時(shí)具有滿容量，確保運(yùn)行平安可靠。

綜合上述各種蓄電池的運(yùn)行特點(diǎn)和維護(hù)特點(diǎn)，目前大多數(shù)水電站技改和新電站都選用綜合性能優(yōu)越的免維護(hù)鉛酸蓄電池。3.2.2蓄電池組直流系統(tǒng)的選型以前我國(guó)各地的發(fā)電廠、水電站及各類變電站所使用的直流電源設(shè)備，大局部采用的是相控電源或磁飽和式電源，由于受工藝水平和器件特性的限制，上述電源長(zhǎng)期以來(lái)處于低技術(shù)指標(biāo)及維護(hù)保養(yǎng)難的狀況，再加上受變壓器或晶閘管自身參數(shù)的限制，上述電源存在很多缺乏之處。圖3.2GZDW智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)實(shí)物外形圖1.GZDW智能高頻開關(guān)直流電源的系統(tǒng)特點(diǎn)GZDW高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)適合各類變電站的高頻開關(guān)直流系統(tǒng)及相關(guān)配套設(shè)備，主要應(yīng)用在發(fā)電廠以及各類變(配)電所，為斷路器分、合閘及二次回路中的儀器、儀表、繼電保護(hù)和事故照明提供直流電源。

與傳統(tǒng)的相控電源相比，高頻開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高、輸出紋涉及諧波失真小、自動(dòng)化程度高及可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，是相控電源更新?lián)Q代的理想產(chǎn)品。GZDW高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：(1)電壓輸入范圍寬，電網(wǎng)適用性強(qiáng)，可用于環(huán)境相對(duì)惡劣的場(chǎng)所；(2)有可靠的防雷及電氣絕緣防護(hù)措施，確保系統(tǒng)和人身平安；(3)采用集散式監(jiān)控系統(tǒng)，模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源系統(tǒng)的全方位監(jiān)測(cè)，具有“遙控"、“遙測(cè)〞、“遙調(diào)〞、“遙信〞功能，容易實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守；(4)充電模塊采用高頻開關(guān)電源技術(shù)，N+1冗余組合，自動(dòng)均流；(5)監(jiān)控模塊采用大屏幕觸摸屏，CCFL背光，點(diǎn)陣式液晶中文顯示，可通過(guò)點(diǎn)擊觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)查詢、設(shè)置，人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單方便；(6)監(jiān)控系統(tǒng)可自動(dòng)完成對(duì)電池電壓、充放電電流及溫度補(bǔ)償?shù)木_管理，蓄電池均充和浮充過(guò)程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，按監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定的充電曲線自動(dòng)運(yùn)行，確保蓄電池工作在最正確狀態(tài)；(7)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池的端電壓與充放電電流，具有電池過(guò)欠壓告警、電池過(guò)溫告警、電池過(guò)充保護(hù)及蓄電池自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)裙δ埽?8)當(dāng)監(jiān)控模塊退出工作，充電模塊進(jìn)入自主工作狀態(tài)，可以人工進(jìn)行電壓及電流的調(diào)節(jié)，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行；(9)提供多種標(biāo)準(zhǔn)的接線方案，適用于6KV～500KV變電站和發(fā)電廠直流電源系統(tǒng)；(10)提供兩路交流輸入接口，可完成兩路交流輸入的主備自動(dòng)切換和互鎖。2.GZDW智能高頻開關(guān)直流電源的結(jié)構(gòu)及工作原理GZDW智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)按功能分為交流輸入單元、高頻開關(guān)整流模塊、監(jiān)控模塊、調(diào)壓模塊、直流饋電單元(包括合閘分路、控制分路)、蓄電池組、電池檢測(cè)模塊、絕緣監(jiān)測(cè)以及防雷模塊等組成；按屏柜功能可分為充電柜、饋電柜、電池柜等。根據(jù)變電站、發(fā)電廠等的具體配置，不同的接線方式有不同的配置方式。

系統(tǒng)最常用的配置為一個(gè)充電饋電柜和一個(gè)電池柜。標(biāo)準(zhǔn)配置的充電饋電柜由微機(jī)監(jiān)控模塊、高頻整流模塊、調(diào)壓模塊、交流輸入單元、控制饋線輸出單元、合閘饋線單元等組成。電池柜數(shù)量依電池?cái)?shù)量不同而定。圖3.3為GZDW高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)工作原理框圖，兩路廠用電經(jīng)過(guò)交流切換輸入一路交流電，給各個(gè)充電模塊(整流模塊)供電。充電模塊將輸入的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，給蓄電池充電，同時(shí)給合閘母線負(fù)載供電，另外合閘母線通過(guò)降壓裝置給控制母線供電。

系統(tǒng)中的各監(jiān)控單元受主監(jiān)控的管理和控制，主監(jiān)控能顯示直流系統(tǒng)各種信息，用戶也可通過(guò)液晶顯示屏查詢各種信息及操作，系統(tǒng)信息還可以接入到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)除本身自帶的電壓、電流監(jiān)控功能外，還可以配置絕緣監(jiān)測(cè)、電池巡檢等功能單元，用來(lái)對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控。圖3.3GZDW高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)工作原理方框圖(1)高頻開關(guān)整流模塊高頻開關(guān)整流模塊采用模塊化設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的移相諧振高頻開關(guān)電源技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率高，采用一體化的輸入輸出及通訊端口，并可設(shè)計(jì)帶電插拔方式，方便模塊更換，給調(diào)試、維修及安裝都帶來(lái)了方便。

高頻開關(guān)整流模塊具有輸出電流大，軟啟動(dòng)功能和模塊可疊加輸出N+1冗余等特點(diǎn)。輸入與輸出之間通過(guò)變壓器隔離。同時(shí)該充電模塊可通過(guò)微機(jī)監(jiān)控模塊控制，具有“遙控〞、“遙測(cè)〞、“遙調(diào)’’、“遙信"功能。高頻開關(guān)整流模塊有110V/10A、110V/20A、220V/10A、220V/20A等幾種規(guī)格。

高頻開關(guān)電源采用三相三線380VAC平衡輸入，無(wú)中線電流損耗，在交流輸入端采用先進(jìn)的尖峰抑制器件及EMI濾波電路。由全橋整流電路將三相交流電整流為直流電，再有DC/DC高頻變換電路(200KHZ)把所得的直流電變成穩(wěn)定可控的直流輸出。保護(hù)輸出局部具有輸出過(guò)電壓保護(hù)、輸出限電流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)等。圖3.4是高頻開關(guān)整流模塊原理框圖。圖3.4高頻開關(guān)整流模塊原理框圖(2).調(diào)壓模塊由于蓄電池浮充電和均衡充電時(shí)蓄電池兩端電壓不相等，同時(shí)蓄電池組在浮充電時(shí)其兩端的電壓比控制母線電壓高10%左右，為了保證控制母線電壓為恒定值，必須通過(guò)調(diào)壓模塊對(duì)控制母線電壓進(jìn)行調(diào)整。圖3.5所示為調(diào)壓模塊原理圖，調(diào)壓?jiǎn)卧筛〕浣祲汗桄湣⒕浣祲汗桄?、手?dòng)調(diào)壓空氣開關(guān)、自動(dòng)調(diào)壓繼電器組成，+WC為控制母線，+WCL為合閘母線。3.GZDW智能高頻開關(guān)直流電源的型號(hào)定義GZDW系列電力操作電源型號(hào)定義如圖3.6所示：4.GZDW智能高頻開關(guān)直流電源的使用環(huán)境條件及系統(tǒng)參數(shù)環(huán)境溫度：-15℃~+50℃,日最高溫度：+40℃工作電壓：三相380VAC±15％，50Hz+10％輸出電壓：180～270VDC(90～135VDC)輸出電流：10～180A(N10A，N20A)穩(wěn)壓精度：≤±0．5％,穩(wěn)流精度：≤±0.5％效率：≥90％,功率因數(shù)：≥0．92,紋波系數(shù)：≤0.1％噪聲：≤45dB,均流不平衡度≤3％電池容量：20Ah-1200Ah任選5.GZDW智能高頻開關(guān)直流電源的參數(shù)計(jì)算及選型系統(tǒng)負(fù)荷電流計(jì)算(2)系統(tǒng)電池容量選擇(3)整流模塊電流計(jì)算(4)充電模塊選擇6..直流系統(tǒng)接線圖圖3.7為直流系統(tǒng)接線圖。直流系統(tǒng)采用220V供電，控制母線電壓為220V，合閘母線電壓240V；蓄電池采用6FM-100F，額定電壓為12V，共18只蓄電池串聯(lián)；充電模塊2個(gè)，采用SEP11020-3，額定輸出電流20A，總輸出電流為40A；降壓裝置用來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制母線電壓；絕緣監(jiān)測(cè)儀用來(lái)監(jiān)視直流系統(tǒng)對(duì)地的絕緣情況。圖3.7直流系統(tǒng)接線圖3.3任務(wù)的解決方案3.3.1采用智能高頻開關(guān)直流電源來(lái)提高廠用電的可靠性當(dāng)前，電力系統(tǒng)使用的直流電源已大局部采用高頻開關(guān)電源,但相控電源作為被淘汰產(chǎn)品還有局部在使用。相控電源的紋波、高次諧波干擾大，效率低及體積龐大，監(jiān)控系統(tǒng)不完善，難以滿足綜合自動(dòng)化及無(wú)人值守變電站或發(fā)電廠的要求。

由于免維護(hù)鉛酸蓄電池內(nèi)阻較小,太大的紋波在紋波的峰值時(shí)會(huì)對(duì)蓄電池有較大明顯的充電，在紋波的谷值時(shí)會(huì)蓄電池對(duì)負(fù)載有較大明顯的放電，蓄電池長(zhǎng)期在這種較大的脈動(dòng)充放電狀態(tài)工作，會(huì)加速蓄電池老化過(guò)程，減小蓄電池的使用壽命。因此，在采用免維護(hù)鉛酸蓄電池時(shí)應(yīng)配套應(yīng)用智能高頻開關(guān)電源。1.選擇蓄電池根據(jù)直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，直流系統(tǒng)負(fù)荷供電應(yīng)滿足以下根本要求：a、在正?；蚴鹿蔬\(yùn)行情況下，保證向所有直流負(fù)荷可靠地不間斷供電，同時(shí)保證提供的電壓在允許范圍內(nèi)；b、當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保證能迅速可靠地找到故障設(shè)備及直流回路故障點(diǎn)，并盡可能隔離。根據(jù)上述原那么，對(duì)系統(tǒng)中的蓄電池和充電裝置進(jìn)行參數(shù)確定和設(shè)備選用。2.充電裝置選擇新型充電裝置主要有直流相控電源系統(tǒng)和高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)等，均采用微機(jī)控制。江山水電站充電裝置采用了微型高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)，以〔N+1〕冗余模塊并聯(lián)組合供電，根據(jù)電壓直流負(fù)載使用情況，選用三個(gè)模塊，單個(gè)模塊輸出為220V/10A,總電流為30A。系統(tǒng)接線方式如圖3.8所示：3直流饋電局部饋線單元分為合閘回路單元和控制回路單元，合閘回路單元由合閘回路和回路檢測(cè)模塊組成，合閘回路有6路饋線，2路48V通信電源，每一路配備空氣開關(guān)和熔斷器?？刂苹芈穯卧煽刂苹芈泛突芈窓z測(cè)模塊組成，控制回路有12路饋線，每一路配備空氣開關(guān)和熔斷器。合閘回路和控制回路檢測(cè)模塊用來(lái)檢測(cè)回路是否正常工作，它屬于監(jiān)控系統(tǒng)綜合模塊的子模塊。4系統(tǒng)總體性能〔1〕系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：穩(wěn)壓精度≤0.5%；穩(wěn)流精度≤0.5%；紋波系數(shù)≤0.1%?！?〕交流配電單元設(shè)置兩路進(jìn)線。交流電源監(jiān)視模塊完成對(duì)三相交流輸入電壓的檢測(cè)和控制雙路電源切換，并實(shí)現(xiàn)交流失壓、缺相、電壓越限報(bào)警；報(bào)警信號(hào)送至系統(tǒng)監(jiān)控模塊進(jìn)行告警處理并打印。同時(shí)裝有每相通流量15kA、響應(yīng)速度為25μs的三相避雷器，能有效地防止雷擊對(duì)設(shè)備造成的損壞?！?〕高頻開關(guān)電源模塊采用先進(jìn)的高頻軟開關(guān)技術(shù)和特有的模塊化設(shè)計(jì)，軟件硬件配合控制，N＋1熱備份，可平滑擴(kuò)容，可靠性高，維護(hù)方便，模塊可帶電插投，任一模塊退出運(yùn)行均不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

當(dāng)交流電源失電后，控母無(wú)時(shí)間間隔連續(xù)供電，交流電源恢復(fù)后，均充時(shí)間到達(dá)整定值時(shí)，能自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電運(yùn)行。另外充電裝置具有良好的自動(dòng)穩(wěn)流、自動(dòng)穩(wěn)壓限流、過(guò)流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、交流電壓缺相保護(hù)、電池過(guò)充放、三相不平衡保護(hù)和微機(jī)自檢等功能，能經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電流不損壞?！?〕監(jiān)控系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，監(jiān)控功能完善，高智能化，是整個(gè)直流系統(tǒng)的控制、管理核心，其主要任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)中各功能單元和蓄電池進(jìn)行長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)，獲取系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行處理，并以此為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

監(jiān)控系統(tǒng)采取大屏幕液晶漢字顯示，聲光告警，同時(shí)具有完善的自診斷功能，各模塊的自診斷信息在屏幕上直觀地顯示。監(jiān)控系統(tǒng)配有標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，方便接入自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)施“四遙〞及無(wú)人值守功能?！?〕智能化的蓄電池管理程序，對(duì)蓄電池自動(dòng)管理及自動(dòng)維護(hù)保養(yǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池組的端電壓，充、放電電流，自動(dòng)控制均、浮充以及定期維護(hù)性均充。能有效地延長(zhǎng)蓄電池壽命，具備單體蓄電池監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每只蓄電池的電壓和環(huán)境溫度，并可顯示各項(xiàng)參數(shù)?！?〕降壓?jiǎn)卧筛〕浣祲汗桄湣⒕浣祲汗桄?、手?dòng)調(diào)壓空氣開關(guān)、自動(dòng)調(diào)壓繼電器組成，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)壓，保證控母電壓處在合格范圍內(nèi)?！?〕絕緣監(jiān)測(cè)裝置可以同時(shí)在線監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)正/負(fù)控制母線的絕緣狀況，正常時(shí)，由電壓表可測(cè)出正負(fù)控母對(duì)地電壓及對(duì)地電阻值。當(dāng)絕緣下降時(shí)，由光耦檢測(cè)出對(duì)地泄漏電流，超過(guò)設(shè)定值即可動(dòng)作，動(dòng)作后啟動(dòng)本屏聲光告警，并啟動(dòng)中央音響，動(dòng)作靈敏度可通過(guò)可調(diào)電阻來(lái)選擇?！?〕改造后的智能高頻開關(guān)電源具有48V電源出口，為變電站的通訊網(wǎng)絡(luò)等提供了電源，不必另外購(gòu)置專門的48V電源，減少了設(shè)備的投資和占用空間。3.3.2水電站直流系統(tǒng)常見(jiàn)故障原因分析及處理1.直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地水電站的直流電源分布較廣，環(huán)境條件差，特別是在水輪機(jī)層和戶外場(chǎng)所，空氣潮濕，容易造成直流系統(tǒng)絕緣水平降低，甚至?xí)l(fā)生絕緣損壞而接地,因此直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地是直流系統(tǒng)的最常見(jiàn)故障。

當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，并不引起任何危害，仍能繼續(xù)運(yùn)行。但是這種接地故障必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)排除，否那么當(dāng)發(fā)生另一處接地時(shí)，那么造成嚴(yán)重的兩點(diǎn)接地事故，將引起信號(hào)回路、控制回路、保護(hù)回路等的不正確動(dòng)作，造成嚴(yán)重的后果。舉例：在圖3.9中A、E兩點(diǎn)發(fā)生直接接地時(shí)，熔斷器將熔斷。當(dāng)接地點(diǎn)發(fā)生在B、E和C、E兩點(diǎn)時(shí)，在繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)，不但斷路器將拒跳，而且使熔斷器熔斷。圖3.9直流系統(tǒng)兩點(diǎn)接地示意圖(1).直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察水電站常用的直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察原理接線圖如圖3.10所示。由電壓測(cè)量和絕緣監(jiān)察兩局部組成，測(cè)量局部由電壓表PV和母線電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)SA組成；絕緣監(jiān)察裝置主要由絕緣監(jiān)察繼電器KVI和光字牌HL組成。圖3.10直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置原理圖1)電壓測(cè)量母線電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)SA有三個(gè)位置，即“母線〞、“正極對(duì)地〞和“負(fù)極對(duì)地〞位置。①.母線電壓的測(cè)量。正常狀態(tài)下，SA處于“母線〞位置，其觸點(diǎn)1-2、5-8、9-11接通，電壓表PV接于正、負(fù)母線之間，監(jiān)視和測(cè)量直流母線電壓。②.正極對(duì)地電壓的測(cè)量。當(dāng)把SA手柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)45o，其觸點(diǎn)1-2、5-6接通，電壓表PV接于正極與地之間，測(cè)量正極對(duì)地電壓。測(cè)量正極對(duì)地電壓可反映負(fù)極對(duì)地的絕緣情況，假設(shè)正極對(duì)地電壓為零，那么說(shuō)明負(fù)極對(duì)地絕緣良好；反之，正極對(duì)地電壓越高，說(shuō)明負(fù)極對(duì)地絕緣越差。假設(shè)正極對(duì)地電壓為母線電壓，那么說(shuō)明負(fù)極直接接地。③.負(fù)極對(duì)地電壓的測(cè)量。當(dāng)把SA手柄順時(shí)針轉(zhuǎn)45o，其觸點(diǎn)1-4、5-8接通，電壓表PV接于負(fù)極與地之間，測(cè)量地對(duì)負(fù)極電壓。測(cè)量負(fù)極對(duì)地電壓可反映正極對(duì)地的絕緣情況，假設(shè)負(fù)極對(duì)地電壓為零，那么說(shuō)明正極對(duì)地絕緣良好；反之，負(fù)極對(duì)地電壓越高，說(shuō)明正極對(duì)地絕緣越差。假設(shè)負(fù)極對(duì)地電壓為母線電壓，那么說(shuō)明正極直接接地。

必須注意的是，電壓表PV必須是高內(nèi)阻電壓表，一般在100K及以上，否那么在測(cè)量正、負(fù)極對(duì)地電壓時(shí)，假設(shè)發(fā)生直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地，那么有可能使二次回路拒動(dòng)或誤動(dòng)。2)絕緣監(jiān)察工作原理KVI所在電路的工作原理就是直流電橋的工作原理，簡(jiǎn)化原理圖如圖12-10(a)所示。圖中電阻R1、R2是平衡電阻，R＋和R－分別代表直流系統(tǒng)正極對(duì)地絕緣電阻和負(fù)極對(duì)地絕緣電阻，這四個(gè)電阻就成了電橋的四個(gè)臂，絕緣監(jiān)察繼電器KVI中的KA電流線圈接于電橋的對(duì)角線上。①直流系統(tǒng)絕緣良好時(shí)，此時(shí)SA處于“母線〞位置，其觸點(diǎn)9-11接通，假設(shè)R＋=R－，選擇R1=R2，那么電橋平衡，KA線圈中根本沒(méi)有電流通過(guò)，所以KVI不會(huì)動(dòng)作，不會(huì)發(fā)出直流接地信號(hào)。②當(dāng)直流系統(tǒng)正極(或負(fù)極)接地或絕緣電阻嚴(yán)重下降時(shí)，那么R＋與R－不相等，電橋失去平衡，KA線圈中就有電流流過(guò)，當(dāng)電流足夠大時(shí)，KA動(dòng)作，KA常開觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)KV，KVI常開觸點(diǎn)閉合，點(diǎn)亮光字牌HL，同時(shí)發(fā)出預(yù)告音響信號(hào)。③由于這種絕緣裝置有一個(gè)人為的接地點(diǎn)，這樣當(dāng)直流系統(tǒng)中其他地方再發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，將形成相當(dāng)于兩點(diǎn)接地的情況，為了防止這種由于兩點(diǎn)接地而引起繼電器誤動(dòng)作，那么要求KA的線圈有足夠大的阻值。對(duì)于220V直流系統(tǒng)，KA線圈的阻值為30kΩ,其啟動(dòng)電流為1.4mA。

2.直流電壓監(jiān)察裝置直流系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，假設(shè)直流母線電壓過(guò)高，對(duì)長(zhǎng)期帶電的設(shè)備(如繼電器、信號(hào)燈等二次設(shè)備)會(huì)造成燒壞或縮短使用壽命；假設(shè)電壓過(guò)低，可能使繼電器、保護(hù)裝置和斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)拒絕動(dòng)作。

為了監(jiān)視直流母線電壓，防止電壓過(guò)高、過(guò)低，在直流母線上應(yīng)裝設(shè)直流電壓監(jiān)察裝置，以便值班員及時(shí)調(diào)整直流母線電壓。裝置由一只過(guò)電壓繼電器KV1和一只低電壓繼電器KV2組成。當(dāng)直流母線電壓高于動(dòng)作整定值(1.25Ue)時(shí)，KV1動(dòng)作，點(diǎn)亮光字牌HL1并發(fā)出預(yù)告信號(hào)；當(dāng)母線電壓低于整定值(0.75Ue)時(shí)，KV2動(dòng)作，點(diǎn)亮光字牌HL2并發(fā)出預(yù)告信號(hào)。值班員可根據(jù)此信號(hào)及時(shí)處理。

3.直流接地點(diǎn)的查找當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，發(fā)出預(yù)告信號(hào)，同時(shí)光字牌發(fā)出直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地指示，值班人員應(yīng)根據(jù)運(yùn)行方式、操作情況和氣候情況來(lái)判斷可能發(fā)生接地的地點(diǎn)。查找接地點(diǎn)采取依次斷開某一直流回路的方法，切斷直流回路的時(shí)間越短越好。

查找接地點(diǎn)的切斷順序?yàn)椋合葘ふ倚盘?hào)、照明直流回路，后查操作直流回路；先室外后室內(nèi)；先負(fù)荷后電源?！?〕直流系統(tǒng)接地點(diǎn)的尋找過(guò)程1〕先測(cè)量正、負(fù)極對(duì)地電壓，判斷是正極接地還是負(fù)極接地以及接地的程度。2〕依次斷開某一饋線的閘刀開關(guān)，又迅速合上(3S)，并注意接地現(xiàn)象是否消失。拉、合的順序?yàn)椋孩偈紫惹袛嗖恢匾?，容易發(fā)生接地的回路。②取下中央音響信號(hào)回路熔斷器。③拉開直流照明電源的刀閘。④拉開斷路器控制保護(hù)回路電源的閘刀。⑤檢查直流電源，主要是檢查蓄電池組、整流裝置及充電裝置回路、直流母線是否有接地故障。當(dāng)查找到某一直流回路存在接地故障時(shí)，應(yīng)分別取下各支路的熔斷器，找出接地點(diǎn)。查出接地點(diǎn)后，應(yīng)立即進(jìn)行處理，必要時(shí)停電處理。(2)尋找接地點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1〕禁止使用燈泡來(lái)查找接地點(diǎn)，因?yàn)闊襞莸碾娮栊。瑫?huì)引起直流回路短路，可使用高內(nèi)阻的萬(wàn)用表來(lái)查找接地點(diǎn)，其內(nèi)阻不得小于2000Ω/V。2〕檢查直流一點(diǎn)接地的過(guò)程中，應(yīng)防止直流回路再發(fā)生另一點(diǎn)接地，造成直流回路短路。3〕在拉每一條回路時(shí)，應(yīng)密切監(jiān)視一次設(shè)備的運(yùn)行及儀表指示變化情況。4〕尋找和處理直流接地故障時(shí)，必須有兩人進(jìn)行，一人操作，另一人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。2GZDW智能高頻開關(guān)直流電源常見(jiàn)故障處理現(xiàn)列舉GZDW智能高頻開關(guān)直流電源常見(jiàn)故障如下：(1)直流系統(tǒng)故障當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生任何故障時(shí)，監(jiān)控器均可發(fā)出直流系統(tǒng)故障信號(hào)。(2)監(jiān)控器故障主監(jiān)控器故障時(shí)，監(jiān)控器面板上的運(yùn)行指示燈熄滅，并發(fā)出故障告警信號(hào)，同時(shí)副監(jiān)控器自動(dòng)投入運(yùn)行，并保持系統(tǒng)原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)充電模塊、母線電壓、絕緣狀態(tài)、熔絲狀態(tài)、交流輸入狀態(tài)等信息進(jìn)行監(jiān)視。所以監(jiān)控器故障后不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但需及時(shí)通知廠家維修。(3)充電機(jī)故障充電機(jī)故障一般包括以下幾種情況：1)因交流輸入電源失壓、缺相或過(guò)壓引起的充電模塊停機(jī)或保護(hù)關(guān)機(jī)；2)因誤操作引起的某個(gè)充電模塊上的“開機(jī)/關(guān)機(jī)〞按鈕處于關(guān)機(jī)狀態(tài)或“均/浮充〞按鈕處于均充狀態(tài)；3)充電模塊的輸出電壓低或高出設(shè)定值；4)模塊地址碼撥錯(cuò)；5)某些不明原因引起的充電模塊內(nèi)部故障，無(wú)電壓輸出。當(dāng)出現(xiàn)充電機(jī)故障時(shí)，首先應(yīng)判定故障類型，如果是1〕、2〕、3〕、4〕類故障，可通過(guò)改善交流輸入電源、糾正“開機(jī)/關(guān)機(jī)〞或“均/浮充〞按鈕的狀態(tài)，調(diào)整充電模塊的輸出電壓或重新設(shè)定充電機(jī)過(guò)欠壓報(bào)警值，改正地址撥碼等措施使充電機(jī)工作恢復(fù)正常；如果是第5類故障，那么需將故障模塊停機(jī)退出運(yùn)行，并在集中監(jiān)控器的參數(shù)設(shè)置項(xiàng)下的充電機(jī)參數(shù)中將該故障模塊的地址屏蔽，充電機(jī)故障告警信號(hào)即消除。并通知廠家維修。(4)交流故障。發(fā)出交流故障告警可能是交流輸入開關(guān)斷開或交流停電，還有一種情況是交流缺相或者三相電壓不平衡。通過(guò)改善交流輸入電源即可排除該故障。(5)接地故障。發(fā)出接地故障告警時(shí)，應(yīng)根據(jù)微機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)儀給出的信息找出故障原因并加以糾正。(6)母線電壓異常。當(dāng)母線電壓高于或低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出母線電壓異常的報(bào)警。當(dāng)發(fā)生母線電壓異常時(shí)，請(qǐng)檢查集中監(jiān)控器中的系統(tǒng)參數(shù)是否與出廠參數(shù)一致。(7)蓄電池欠壓。蓄電池欠壓報(bào)警是在電源故障/充電器故障情況下，或在蓄電池放電試驗(yàn)期間蓄電池放電到預(yù)定電壓值時(shí)發(fā)出。 蓄電池欠壓報(bào)警定值為108×1.8Vpc，說(shuō)明蓄電池放電已經(jīng)到達(dá)它最小設(shè)計(jì)電壓，發(fā)出這種警報(bào)時(shí)，應(yīng)切斷負(fù)荷，防止蓄電池危險(xiǎn)地放電狀態(tài)。(8)熔絲故障。當(dāng)發(fā)生熔絲故障告警時(shí)，請(qǐng)檢查充電機(jī)輸出熔斷器和蓄電池回路熔斷器是否熔斷，可以通過(guò)檢查每一個(gè)熔斷器旁邊的信號(hào)熔斷器是否彈出來(lái)使底座的微動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作來(lái)確認(rèn)那一個(gè)熔斷器熔斷。請(qǐng)更換該熔斷器和旁邊的信號(hào)熔斷器。(9)饋線故障。當(dāng)發(fā)生饋線故障告警時(shí)，請(qǐng)檢查負(fù)荷回路是否有開關(guān)跳閘，可以通過(guò)檢查每一個(gè)饋線開關(guān)的狀態(tài)來(lái)確定。(10)表計(jì)故障。當(dāng)監(jiān)控器的主畫面上的表計(jì)量顯示為一橫線并閃爍，那么表示該表計(jì)與集中監(jiān)控器的通訊中斷或該表計(jì)損壞。請(qǐng)檢查表計(jì)的通訊線、撥碼或更換表計(jì)。3.4任務(wù)解決方案的評(píng)估3.4.1通過(guò)采用高頻開關(guān)直流電源顯著提高了發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益4.1通過(guò)采用高頻開關(guān)直流電源顯著提高了發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益通過(guò)對(duì)上述典型水電站采用高頻開關(guān)直流系統(tǒng)后的綜合分析，可以得到以下結(jié)論：對(duì)原直流系統(tǒng)改造后，不僅提高了水電站運(yùn)行的平安性、穩(wěn)定性和自動(dòng)化水平，每年還可增加經(jīng)濟(jì)收入，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。第一，確保了水電站的平安運(yùn)行，先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備保證了供電的質(zhì)量；第二，擴(kuò)容電站能更加自如的調(diào)節(jié)水庫(kù)水量，有利于提高水庫(kù)的調(diào)洪水平；第三，提高了運(yùn)行工的技術(shù)素質(zhì)，技改正程中運(yùn)行人員一般全過(guò)程參與工程建設(shè)管理，使他們對(duì)機(jī)組設(shè)備有更加感性的認(rèn)識(shí)，掌握了最新的技術(shù)動(dòng)態(tài)。高頻開關(guān)直流電源應(yīng)用的進(jìn)一步探討峽口電站直流系統(tǒng)自2003年投入后，運(yùn)行一直非常穩(wěn)定、可靠，保證了電站的平安運(yùn)行。同時(shí)在實(shí)際運(yùn)行中，感覺(jué)對(duì)以下幾點(diǎn)還需作進(jìn)一步改進(jìn):1.水電站因廠房環(huán)境潮濕導(dǎo)致直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣情況不太好，直流回路電纜分布廣，元器件多，故障點(diǎn)很難查找。當(dāng)直流系統(tǒng)絕緣下降后，將影響機(jī)組控制系統(tǒng)的平安運(yùn)行。本裝置絕緣監(jiān)測(cè)裝置采用電橋平衡原理，缺點(diǎn)是不能真正反映直流母線的絕緣，只能反映正、負(fù)母線絕緣電阻的不平衡情況。當(dāng)其動(dòng)作報(bào)警后，只能采用傳統(tǒng)查找直流接地的方法，即采用拉路尋找分段處理的方法人工解線找出故障點(diǎn)，但短時(shí)拉回路電源時(shí)可能因直流失電，引起保護(hù)裝置或自動(dòng)裝置由于抗干擾性能或故障判斷的問(wèn)題造成誤動(dòng)跳閘。國(guó)電公司在輸電綜函[2001]238號(hào)《水電廠無(wú)人值班的假設(shè)干規(guī)定條中指出：嚴(yán)禁在設(shè)備運(yùn)行中采取切直流負(fù)荷的方法，查找和處理直流接地故障。因此，有必要對(duì)此作進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。2.蓄電池室的溫度應(yīng)保持正常，一般在20℃左右，過(guò)高或過(guò)低都會(huì)縮短蓄電池的使用壽命。電站蓄電池室內(nèi)夏季溫度高達(dá)40℃左右，應(yīng)安裝空調(diào)，改善蓄電池的工作環(huán)境。3.機(jī)組自動(dòng)化局部元件及控制箱工作環(huán)境應(yīng)作進(jìn)一步改善電站內(nèi)許多自動(dòng)化元器件在水輪機(jī)層，工作環(huán)境較為潮濕，而且在夏季由于溫差關(guān)系，