淺談變電站的直流系統(tǒng)

[摘要]文章介紹變電站直流系統(tǒng)中的蓄電池、蓄電池充電方式和充電設(shè)備的選擇、變電站的直流系統(tǒng)和直流屏、絕緣監(jiān)察裝置、電壓監(jiān)察裝置、閃光裝置、直流供電網(wǎng)絡(luò)，較全面地將變電站的直流系統(tǒng)呈現(xiàn)在大家面前，對(duì)了解和掌握變電站直流系統(tǒng)起到一定積極的作用。

[關(guān)鍵詞]變電站；直流；系統(tǒng)

[作者簡(jiǎn)介]容煒潔，廣西送變電建設(shè)公司，廣西南寧，530031

[中圖分類號(hào)]TM921.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1007－7723(2008)11－0031－0002

一、引言

直流電源是變電站運(yùn)行的重要組成部分，供給控制、信號(hào)、保護(hù)、自動(dòng)裝置、直流油泵、交流不停電電源及事故照明等的直流用電。它在變電站中是一個(gè)獨(dú)立的電源，不受交流的影響，在全站失電的情況下，仍能保證控制、信號(hào)、保護(hù)、自動(dòng)裝置等電源以及事故處理工作。因此它的可靠性直接影響到變電站的安全運(yùn)行，直流系統(tǒng)及安裝質(zhì)量對(duì)直流電源特別是蓄電池的可靠運(yùn)行影響很大。

二、蓄電池

蓄電池是一種儲(chǔ)能裝置，它能把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，又能把儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。這種可逆的轉(zhuǎn)換過程是通過充、放電循環(huán)來完成的，而且可以多次循環(huán)使用，使用方便，且有較大的容量。因此，蓄電池作為可靠的直流電源，在變電站得到廣泛的應(yīng)用。

(一)鉛酸蓄電池類型

鉛酸蓄電池根據(jù)其使用范圍、極板結(jié)構(gòu)、容量和性能等可分為很多類型和不同形式。

1、固定型開口式鉛酸蓄電池。由于該種蓄電池的固有缺點(diǎn)，現(xiàn)代工程建設(shè)中已不采用。

2、防酸隔爆式鉛酸蓄電池。變電站內(nèi)較少使用，不作介紹。

3、消氫式鉛酸蓄電池。變電站內(nèi)較少使用，不作介紹。

4、閥控式密封鉛酸蓄電池，即我們常說的免維護(hù)蓄電池。它是國(guó)內(nèi)近年來生產(chǎn)使用的新一代產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)密封、不漏液、不溢酸、不排出有害和腐蝕性氣體，可任意放置使用，目前使用愈來愈廣泛。

閥控式密封鉛酸蓄電池與常規(guī)鉛酸蓄電池比較有如下特點(diǎn)：

(1)一般采用鉛鈣等合金作為板柵材料，提高了析氫電位抑制氫氣產(chǎn)生。

(2)采用氣體再合成技術(shù)，在充電末期，僅有正極析出的氧氣被負(fù)極吸收，達(dá)到基本不向外排放氣體的目的。

(3)電池設(shè)安全閥，一般在0.3～0.5MPa開閥，在0.～0.15MPa閉閥。這樣，即使充電電壓過高產(chǎn)生的氣體、再化合過程中的剩余氣體和自放電產(chǎn)生的氣體都聚集在槽內(nèi)，當(dāng)壓力達(dá)到安全閥的開放值時(shí)，氣體將會(huì)被釋放，保證了電池的安全，而在正常情況下處于全密封狀態(tài)。

(4)隔板由超細(xì)玻璃纖維制成，纖維直徑可達(dá)0.4～0.9μm，具有高吸液性，可吸收足夠的電解液，而且穩(wěn)定性、耐腐蝕性良好。由于電解液被吸附在隔板中而無自由流動(dòng)的電解液，因而蓄電池可安裝在任意的位置。

(二)蓄電池充電方式和充電設(shè)備的選擇

充電裝置是直流系統(tǒng)的心臟部分，其可靠性是直流系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證。變電站的蓄電池組經(jīng)常按浮充電方式運(yùn)行。

對(duì)于閥控式密封鉛酸蓄電池，電池經(jīng)荷電出廠，新裝不需要初充電，但一般要進(jìn)行補(bǔ)充充電才可投入運(yùn)行。補(bǔ)充充電采用恒壓限流法，具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)制造廠提供的技術(shù)文件確定。補(bǔ)充充電結(jié)束，即可轉(zhuǎn)為浮充運(yùn)行。

1、充電設(shè)備選擇原則

(1)充電裝置宜選用硅整流裝置。

(2)硅整流裝置能在10％～100％額定電流范圍內(nèi)自動(dòng)穩(wěn)壓運(yùn)行，經(jīng)常運(yùn)行損耗極小。變電站只有一組蓄電池時(shí)，可裝設(shè)兩臺(tái)相同容量的充電設(shè)備。

2、對(duì)充電設(shè)備的技術(shù)要求

(1)充電設(shè)備在正常情況和蓄電池充電的第二階段以自動(dòng)穩(wěn)壓方式運(yùn)行，在蓄電池充電的第一階段以自動(dòng)穩(wěn)流方式運(yùn)行。此外，在較大沖擊負(fù)荷下，為保護(hù)裝置本身，充電設(shè)備應(yīng)有最初電流限制，一般電流整定為(1.1～1.2)Ice(Ice為計(jì)算得出的充電設(shè)備的額定電流)。

(2)充電設(shè)備電壓調(diào)整范圍的電壓上限應(yīng)滿足蓄電池充電末期電壓的要求；為使正常運(yùn)行時(shí)可控硅的導(dǎo)通角增大，減少波紋系數(shù)，電壓下限可適當(dāng)降低。

三、變電站的直流系統(tǒng)和直流屏

(一)變電站的直流系統(tǒng)

1、直流系統(tǒng)采用220V、110V、48V三種直流電壓等級(jí)。對(duì)330kV及以下變電站采用110V或220V直流電壓。對(duì)500kV變電站，當(dāng)為弱電間接控制方式時(shí)，擬采用110V與48V組合或220V與48V組合。

2、接線方式采用單母線分段接線。

3、蓄電池容量規(guī)格為：200Ah、300Ah、400Ah、500Ah、600Ah。蓄電池?cái)?shù)量根據(jù)直流系統(tǒng)電壓等級(jí)而定，對(duì)220V取104～107個(gè)；對(duì)110V取52～53個(gè)；對(duì)48V取23～24個(gè)。

4、直流配電屏的操作和保護(hù)設(shè)備采用空氣開關(guān)和刀開關(guān)(組合開關(guān))和熔斷器。屏內(nèi)母線為絕緣銅母線。直流系統(tǒng)應(yīng)能承受的短路電流按10kA以下不小于5kA考慮。

(二)直流屏

直流配電屏及充電整流屏的結(jié)構(gòu)采用封閉定型屏(高2260mm，寬800mm，深600mm)。主直流屏上部開有小門，門上裝儀表，以便檢修。屏后有門，屏內(nèi)電纜及導(dǎo)線采用耐潮、耐熱、阻燃特性好的材料，動(dòng)力與控制電纜均從屏底部引接。直流配電屏前后開門。

四、絕緣監(jiān)察裝置

直流系統(tǒng)的絕緣水平直接影響直流回路的可靠性，如果直流系統(tǒng)中發(fā)生兩點(diǎn)接地可能引起嚴(yán)重后果，例如在直流系統(tǒng)中已有一點(diǎn)接地，再在保護(hù)裝置出口繼電器或斷路器跳閘線圈另一極處接地時(shí)，則將使斷路器誤動(dòng)作。

變電站的直流系統(tǒng)較復(fù)雜，與控制屏保護(hù)屏、各配電裝置斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)等都有聯(lián)系，發(fā)生接地的機(jī)會(huì)較多，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能會(huì)發(fā)生另一點(diǎn)接地時(shí)引起信號(hào)、控制回路的誤動(dòng)作。因此，在直流系統(tǒng)中應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置。它的基本功能是在一點(diǎn)接地時(shí)發(fā)出信號(hào)，便于值班人員及時(shí)查找并消除。

五、電壓監(jiān)察裝置

直流系統(tǒng)在變電站承擔(dān)著為控制、保護(hù)、自動(dòng)裝置、信號(hào)及直流電機(jī)等供電的任務(wù)，這些設(shè)備對(duì)工作電壓有著嚴(yán)格的要求。因此，直流系統(tǒng)必須設(shè)電壓監(jiān)察裝置，一旦發(fā)生低電壓或過電壓時(shí)，便發(fā)出預(yù)告信號(hào)，通知值班人員處理。

六、閃光裝置

閃光裝置可安裝在直流屏上，它用于當(dāng)操作回路出現(xiàn)“不對(duì)應(yīng)”情況時(shí)，使信號(hào)燈發(fā)出閃光。

七、直流供電網(wǎng)絡(luò)

變電站具有一個(gè)龐大多分支的直流供電網(wǎng)絡(luò)。常用的供電方式有環(huán)行和輻射兩種。

(一)環(huán)行供電網(wǎng)絡(luò)

它們都獨(dú)立形成由直流母線引出的環(huán)行供電網(wǎng)絡(luò)，并在適當(dāng)?shù)牡胤介_環(huán)運(yùn)行。這樣獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)供電，當(dāng)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，不影響其他網(wǎng)絡(luò)供電，以便于查找故障和檢修。

(二)輻射式供電網(wǎng)絡(luò)

一般對(duì)于不太重要的負(fù)荷可采用輻射式單回路供電，對(duì)一些重要負(fù)荷則須采用輻射式雙回路供電。如有的輸電線路有兩套主保護(hù)，斷路器也有兩個(gè)跳閘線圈和兩個(gè)合閘線圈(有些只有一個(gè)合閘線圈)，要求直流電源由兩組蓄電池供電或雙回路供電。這樣的負(fù)荷可用輻射式供電網(wǎng)絡(luò)來滿足要求。

八、結(jié)語

為保證變電站中的后臺(tái)機(jī)、自動(dòng)裝置、變送器、通信設(shè)備、保護(hù)裝置等交直流用電裝置的安全運(yùn)行，除變電站的直流系統(tǒng)外，還需要配置UPS裝置和專用的通信電源裝置。只有將上述系統(tǒng)完善，充分發(fā)揮作用，才能成為變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。