|
前 言
直流系统为发电厂、变电所提供保护、控制、信号、自动装置、UPS、重要直流电动机和事故照明的供电。随着发电厂机组容量增大及超高压系统的不断发展，城乡电网建设和改造的全面、迅速的展开，要求直流系统更加安全可靠、技术先进、提高自动化水平和维护管理简单。
直流系统近几年来技术、设备发展迅速，阀控铅酸蓄电池、智能型高频开关充电装置、直流自动空气开关、微机型绝缘监测装置等，具有安全可靠、技术指标先进、性能优越、体积小、组装灵活、维护简单方便等特点，促进了直流系统的发展。
直流系统是保证发电厂、变电所及配电网安全可靠运行的重要环节，设计、制造和运行等单位都非常关注，本文仅对直流系统中的主要问题谈一些看法，供大家参考。
1 直流系统接线
根据《火力发电厂设计技术规程》、《火力发电厂和变电所直流系统设计技术规定》、《小型电力工程直流系统设计规程》及《无人值班变电所设计规程》等规定，发电厂和变电所采用单母线或单母线分段接线。PED和GZDW型直流屏等采用的直流系统接线多达几十种，极为混乱，系统化、规划化不够，使设计制造复杂，也给运行带来不便。通过调查分析，我们认为直流系统必须满足以下要求：
(1)保证供电的接线安全、可靠、平稳。
(2)运行操作灵活方便，接线尽量简单清晰。采用先进可靠的设备和元器件。
(3)接线规范化、标准化，便于制造、安装、调试。
表一列出几种接线较完善、有较好的运行经验的直流系统方案，供参考。
2 蓄电池的选型
发电厂和变电所直流系统一般用铅酸蓄电池，因它具有容量大、性能平稳、便于安装等优点。近年来在邮电系统广泛采用阀控密封铅酸蓄电池(下称阀控电池)，电力系统也逐步在变电所及中、小容量发电厂中使用。阀控电池具有以下特点：
(1)无需添加水和调酸的比重等维护工作，具有免维护功能；
(2)不漏液、无酸雾、不腐蚀设备，对环境保护有利；
(3)自放电电流小，25℃下每天自放电率 2％；
(4)电池寿命长，25℃浮充电状态使用寿命可达10～15年；
(5)结构紧凑、密封性好，抗震动性能好；
(6)安装方便。小容量电池可装在柜内，与直流屏配套。大容量电池可布置在不需特殊要求通风、防酸设施的房间内；
(7)不存在镉镍碱性电池的“记忆效应” (指在循环工作时容量损失较大)等的缺点。
因内已有深圳华达公司、杭州南都电源公司、成都金牛电源厂、江苏双登电源有限公司、山东文隆电源有限公司等生产。阀控电池在发电厂和变电所，尤其是无人值班变电所较为优越。通过全国许多发电厂和变电所的使用，性能良好，基本满足运行可靠性要求。但阀控电池对温度的反映较灵敏，对充电电源要求较严格，不允许过充和欠充。故设计应选择稳流、稳压、纹波系数小、自动充放电等功能完善的智能充电装置，在运行中也要按运行规程严格管理，保证电池工作可靠性。
3 充电装置的选型
充电装置是保证电池可靠运行的主要设备，特别是阀控电池要求性能更好的充电装置。目前国内外采用较多的相控式硅或可控硅整流装置和高频开关式充电装置。邮电系统直流多用48V系统，已全面采用高频开关充电装置，电力系统在变电所中也广泛使用，大容量发电厂由于蓄电池容量大，尚缺足够的运行经验，目前用得较少。
表2列出三种类型的充电装置的技术指标。可看出高频开关充电装置的性能指标较优越，可望在今后更广泛的使用，本文主要介绍高频开关充电装置。
高频开关充电装置由多块模块组成，目前国内生产220V、5～10A模块较多，近来也有厂研制20—40A模块，表1直流系统中，一组电池一台充电装置的接线，充电装置为n+1模块(n为计算所需模块数量， +1表示加一个备用模块，下同)；一组电池二台充电装置，因一套充电装置为备用，故充电装置可为n模块；二组电池二台充电装置，组成互为备用的两套独立系统，充电装置一般为n模块即可，重要的发电厂和变电所才用n+1模块；两组电池、三套充电装置，二大一小方案，一般大容量充电装置为n或n+1模块，小容量为浮充电用，可按浮充电要求选择模块数为n+1，二小一大方案，小容量浮充电用的模块为 n+1，大容量均衡充电用模块为n即可。有些单位认为对充电装置为三台时n可按全容量选择，也可按要求略少，在工程设计中通过优化选择。
高频开关充电装置设控制单元，其功能主要为：
(1)按充放电程序运行；
(2)数据采集与处理；
(3)模块的均流；
(4)输出至DCS、SCADA和系统调度的数据；
(5)保护功能(整流模块温控、电池过压／欠压保护，温度补偿等)；
(6)其他管理功能。
控制模式及组成，常用的有三种，示意框图1所示。
各控制方式的分析在图中均有简单说明，各有优缺点，功能均满足要求，也有运行经验。分散控制方式的模块功能强，独立工作可靠性高，接线稍复杂。集中控制方式，集控模块要求高，功能集中，整流模块在集中控制器退出时，能保证浮充工作，其他功能则没有，对集控制方式(二)集中控制器退出，综合监控器尚能与远方通信。控制方式应与充电装置的组数、模块数量等通过技术经济比较后决定。
4．直流母线降压装置
由于以往有些断路器操作机构合闸电流很大(90—245A)或直流负荷离控制室较远，有时蓄电池充放电过程电压差异较大，因此，在控制母线与合闸母线之间或蓄电池输出回路设硅堆降压装置或斩波降压装置。
降压装置的故障影响直流供电可靠性及增加接线复杂性和投资，由于目前电磁合闸机构已很少采用，通过实际工程计算，对采用均衡充电的阀控电池，任何工况蓄电池直接接在母线均满足母线电压允许变化范围(10％)要求，有时大容量电厂或区域变电所的动力负荷较大时，可以提高1～2级蓄电池容量，也能满足事故放电末期的电压要求，技术与经济上都合理，故建议今后不设降压装置。
电压允许范围计算见表3所示。
5 绝缘监测和电压监视装置
目前，母线绝缘监测和电压监视装置有三种做法：一种是充电装置具有全部功能，母线不另装专用装置；第二种是充电装置不设绝缘监测和电压监视功能(蓄电池充放电过程的过／欠压保护除外)，在母线上设专用装置；第三种是充电装置有此功能，在母线上同时也装设一套专用装置。
常用的直流绝缘监测和电压监视专用装置有电桥原理的继电器构成装置，也有微机型的专用装置，如南京自动化研究院ZYJ型、武汉琴台电力技术研究的WZJ型、温州星矩电控有限公司ZJD—4型、保定博为电力自动化有限公司的BWDJ型等，烟台东方电子信息产业股份公司和珠海泰坦电气系统有限公司也有配直流屏的专用装置，这些产品的灵敏度高，正、负母线绝缘同时降低时也能监测。有的产品还带有分支回路在线监测装置。
有些充电装置也有绝缘监测和电压监视的功能，但灵敏度低，又增加充电装置的复杂性，影响它的可靠性，如充电装置退出工作时，整个直流系统都无监测装置。
故我们建议母线上装设绝缘监测和电压监视装置为好，对单母线分段两组蓄电池时，母线是分开运行的，以往多设一套专用装置经切换开关切换至两段母线，接线复杂，其中有一段母线不能监测，故每组母线设一套专用装置为好。对只有一组蓄电池虽单母线分段，但分段开关通常是接通的，此时也可只设一套可切换的专用装置。
当直流系统较复杂、馈线多时，才装设分支在线监测的绝缘监测装置，否则，为简化接线和减少投资，不装分支在线监测传感元件。
6 放电试验装置
蓄电池放电装置目前有两种，一种是有充、放电功能的充放电装置，一种为简易便携式放电装置。前者多为相控式整流装置，利用可控硅可逆变原理构成，放电至电网交流母线上。后者为相控式逆变电源装置，用电阻器等放电。大多数变电所放电时，临时用水电阻或绕线电阻等放电，接线比较复杂，放电时水汽或热量使环境很差，运行人员反映很不方便。
我们建议，制造具有充放电功能的装置，接线简单，回收电能，但不要增加过大的投资及充电装置的复杂性而影响可靠性。简易可移动放电装置，价格便宜，移动安装方便，放电试验也不经常做(一般三个月以上一次)，在直流系统设计蓄电池输出回路中增加一个刀开关作临时引接放电装置用，试验装置由用户自行选购。
7 直流回路的隔离电器和保护电器
以往直流系统多采用刀开关加熔断器、刀熔开关或交流空气开关，由于它的时间特性配合较差或切直流电流能力差，造成系统故障的机率较高。目前，北京人民电器厂等已成功地制造了直流空气开关，灭弧性能好，有反时限电流脱扣装置和短延时速断装置，比较好地解决了动作选择性问题，故推荐今后设计中采用。
对熔断器保护的回路，建议加刀开关作为隔离电器。刀熔开关的熔断器可随刀开关同进接拔；直流空气开关为插入式或框架式结构，很方便的操作同时有明显的断开距离，故建议不另加隔离刀开关。
直流系统供、馈电回路的保护电器采用全部熔断器或全部空气开关为好，它的动作时间能较好的配合。如馈线用熔断器，供电用空气开关时，应分别做安-秒特性曲线，保证它们之间的动作有选择性。
8 蓄电池监测装置
阀控电池无比重计和液位计等，均衡充电或正常运行维护时，不能直接观察电池的内部情况，有些单位装设了蓄电池的电压监测装置，每个电池(或分组)的接线端子上引接专用电缆或导线接到装置中，接线复杂且影响直流系统的绝缘水平。正常浮充电运行测量电池浮充电压估计电池容量的方法实际上是不确切的，因为电池容量和浮充电压之间并无固定的关系，电池的内电势和环境温度、充放电过程等有关。常用的办法是定时做放电试验，但只能测出电池组的容量是否满足要求，不能测出每个电池(或电池组)的容量不足。目前，国外用测量电池电导的方法，国内也有类似的产品，但缺乏运行考验，故目前暂不推荐蓄电池监测装置，待有成熟的测量仪器后再考虑选用。
|