直流操作電源在工廠中的選擇與應(yīng)用

于海東

摘 要 發(fā)電廠和變電站中的電力操作電源現(xiàn)今采用的都是直流電源，它為控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷以及直流事故照明負(fù)荷等提供電源，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護(hù)的基礎(chǔ)。直流屏由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監(jiān)控單元、監(jiān)控模塊單元及絕緣監(jiān)測(cè)單元組成。主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中小型發(fā)電廠、水電站、各類(lèi)變電站，和其他使用直流設(shè)備的用戶(hù)（如石化、礦山、鐵路等），適用于開(kāi)關(guān)分合閘及二次回路中的儀器、儀表、繼電保護(hù)和故障照明等場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞 直流電源 鉛蓄電池 鎳鎘蓄電池

一、前言

變電所的控制、保護(hù)、自動(dòng)裝置、信號(hào)以及不間斷電源等所需的直流電源，要求可靠，即在正常情況下和事故情況下應(yīng)保證直流電源源的不間斷供電。目前在變電所中所使用的直流操作電源，種類(lèi)很多，常用的有鉛酸蓄電池、整流式直流電源和堿性鎘鎳電池等。

二、直流操作電源的特點(diǎn)

鉛酸蓄電池直流電源的最大優(yōu)點(diǎn)是容量大、供電可靠，所以在發(fā)電廠、大型變電所（220kV及以上）得到廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是維護(hù)管理復(fù)雜、安裝占地面積大、使用壽命較短等。

整流式直流電源投資最省，安裝簡(jiǎn)單，占地面積小。缺點(diǎn)是電源容量小、可靠性低，一般適用于35kV及以下不重要的變電所。

堿性鎘鎳蓄電池直流電源是80年代發(fā)展起來(lái)的新型直流電源。其特點(diǎn)是成套性強(qiáng)、安裝維護(hù)方便、價(jià)格適宜、可靠性高、瞬間放電電流大、壽命長(zhǎng)，因此在110kV及以下變電所已得到廣泛的應(yīng)用。

本文僅介紹以上三種常用直流操作電源供設(shè)計(jì)時(shí)選用。在設(shè)計(jì)時(shí)采用哪一種類(lèi)型的操作電源，應(yīng)根據(jù)變電所的大小，重要性以及投資情況、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

三、直流系統(tǒng)的負(fù)荷及電壓的選擇

110kV及以下變電所，用于合閘、控制、保護(hù)、信號(hào)等，直流操作電源宜選用220V，以減小電纜、導(dǎo)線截面，節(jié)省有色金屬。僅作控制、保護(hù)、信號(hào)用的直流操作電源電壓，也可以采用110V或48V。電壓低，要求的絕緣水平也低，可以提高運(yùn)行的可靠性，同時(shí)減少了中間斷電器線圈斷線和接地故障。但是由于電壓低，電纜截面加大，從經(jīng)濟(jì)比較看，一般采用220V電壓較110V電壓可節(jié)省較大的投資，110V電纜截面大約是220V電纜的4倍。

四、蓄電池的組數(shù)的選擇

110kV及以下變電所無(wú)論是鉛酸蓄電池組還是鎘鎳蓄電池組，宜選用一組蓄電池。只是對(duì)重要的大型變電所，才選用兩組蓄電池，當(dāng)一組蓄電池進(jìn)行充放電試驗(yàn)時(shí)，另一組蓄電池投入運(yùn)行，以保證直流系統(tǒng)不間斷供電。

五、直流系統(tǒng)和直流屏

110kV及以下變電所直流系統(tǒng)及直流屏典型設(shè)計(jì)原則為：

直流系統(tǒng)一般采用220V或110V電壓。

接線方式采用單母線分段接線。變電所蓄電池組一般不設(shè)端電池。

蓄電池組按CF型固定防酸隔爆式鉛酸蓄電池進(jìn)行編制。蓄電池容量規(guī)格為200、300、400、500、600、800、1000Ah。蓄電池個(gè)數(shù)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)。

直流配電屏的操作和保護(hù)設(shè)備采用空氣開(kāi)關(guān)或刀開(kāi)關(guān)（組合開(kāi)關(guān)）和熔斷器。屏內(nèi)母線為絕緣母線。直流系統(tǒng)應(yīng)能承受5～10kA的短路電流。

每段直流母線上均應(yīng)設(shè)絕緣監(jiān)察和電壓監(jiān)察裝置。

直流信號(hào)饋線有中間繼電器（DZ-810/A型）監(jiān)視及信號(hào)燈監(jiān)視兩種接線。采用自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)時(shí)，饋線失電監(jiān)視是利用自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)和鈕扣開(kāi)關(guān)組成的信號(hào)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

事故照明采用由直流母線直接供電，變電所一般無(wú)需裝設(shè)事故切換裝置。

直流配電屏和充電整流屏的結(jié)構(gòu)采用封閉定型屏（高2260mm，寬800mm，深600mm）

六、直流系統(tǒng)電池的種類(lèi)

目前常用直流系統(tǒng)的電池一般有鉛酸電池與鎘鎳電池兩種。兩種電池原理不同，具體原理如下：

鉛酸蓄電池

1859年法國(guó)普蘭特（Plante）發(fā)現(xiàn)，由正極板、負(fù)極板、電解液、隔板、容器（電池槽）等5個(gè)基本部分組成。用二氧化鉛作正極活性物質(zhì)，鉛作負(fù)極活性物質(zhì)，硫酸作電解液，微孔橡膠、燒結(jié)式聚氯乙烯、玻璃纖維、聚丙烯等作隔板制成的電池。

鎘鎳電池

二者均采用氧化鎳或氫氧化鎳作正極，以氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液作電解質(zhì)溶液，金屬鎘或金屬氫化物作負(fù)極。金屬氫化物電池為20世紀(jì)80年代末，利用吸氫合金和釋放氫反應(yīng)的電化學(xué)可逆性發(fā)明制成，是小型二次電池主導(dǎo)產(chǎn)品。

七、現(xiàn)狀及結(jié)論

總之，鉛蓄電池和鎳鎘蓄電池各有優(yōu)缺點(diǎn)：鉛蓄電池優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低，無(wú)“記憶效應(yīng)”；缺點(diǎn)：能（量）重（量）比很小，內(nèi)阻大，自放電電流較大，維護(hù)復(fù)雜，需要有良好的通風(fēng)環(huán)境（以免釋放的氫氣積聚引發(fā)火災(zāi)），抗震性能較差；鎳鎘蓄電池優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)阻小，可大電流充放電，能量密度較高，耐過(guò)充，維護(hù)較簡(jiǎn)單，充放電循環(huán)次數(shù)較多；缺點(diǎn)：鎘的排放會(huì)生態(tài)環(huán)境影響很大，記憶效應(yīng)嚴(yán)重。

目前，國(guó)內(nèi)普遍采用免維護(hù)的鉛酸蓄電池。但部分國(guó)外工程，業(yè)主普遍要求選用鎘鎳電池，據(jù)了解鎘鎳電池，耐候性?xún)?yōu)越，抗沖擊性能好，充放電完全、損失率小。

（作者單位：中冶東方秦皇島研究設(shè)計(jì)院）