你对直流屏了解多少

 

一、概念:
直流屏是直流电源操作系统的简称

二、作用:
1、为高压开关的合闸机构提供电源
2、为控制机构、继电保护和自动装置提供直流电源

三、特点:高可靠性
1、采用开关电源的模块化设计,N+1热备份
2、充电模块可以带电热插拔,平均维护时间大幅度减少
3、动力母线和控制母线可以由充电模块单独直接提供,可以通过4、降压装置热备份
硬件抵差自主均流技术,模块间输出电流最大
5、可靠地防雷和电气绝缘措施,选配的绝缘监控装置能够实时监测系统绝缘,确保系统和人生安全

四、工作原理:
在正常情况下由充电单元对电池进行充电的同时并向经常性负载(继电保护装置、控制设备等)提供直流电源


直流屏的原理框图


五、组成:
  交流输入单元、充电单元、微机监控单元、电压调整单元、绝缘监测单元、直流馈电单元、蓄电池组、电池巡检单元
1、 交流输入单元
  交流输入单元通常由两路380V╱50Hz的交流电源互投电路手动或自动选择一路向充电单元供电(另一路作备用电源),交流输入单元配有防雷电路和三相输入状态监视电路,当缺相或失电时,监视电路启动,自动投切备用电源的同时发出声光报警,并将故障信号通过监控器送往后台和远方遥信装置。
2.充电单元的工作原理
(1)充电单元分别由充电和控制高频开关电源模块组成,采用(N+1)冗余设计,〈所谓N+1冗余设计是指:若直流屏满足正常工作需直流输出电流为10A的高频开关模块3台,实际该直流屏配置4台(N+1),用备份的方式充电模块向蓄电池组进行均充或浮充电〉,控制模块也采用(N+1)冗余设计、用备份的方式向经常性负荷(继电保护装置、控制设备)提供直流电源。这样当其中任一台模块出现故障后,不会影响装置的正常工作,使装置运行的可靠性大大提高。
(2)高频开关电源模块的工作原理
  高频开关电源模块将50Hz交流电源经整流滤波成为直流电源,逆变部份将直流逆变为高频交流(20KHz~300KHz),通过变压器隔离,高频经整流和滤波后输出(直流),其基本原理示意图(见图5-4-4
(3)高频开关电源模块的外观(见图5-4-5)
(4)高频开关电源模块的优点
  输入、输出的电压范围宽、均流度好、功率密度高、实现N+1备份冗余配置,可靠性高、体积小、重量轻、保护功能强(具有过、欠压告警,温度过高、限流和输出短路保护等)、直流输出指标好(稳压精度≤±0.5%、稳流精度≤±0.5%、纹波系数≤0.1%)、效率高(采用软开关技术)、功率因数高(可达0.99以上),并可通过智能监控接口(RS232)实现对模块的“三遥”控制(遥测、遥控、遥信),当监控单元出现故障退出运行时,高频开关模块仍可自主运行。
3.微机监控单元的监控原理和功能
(1) 微机监控器的原理:
①微机监控器的种类:可分别由单片机、PLC、工控机、触模屏等组成,其显示屏采用全汉化的液晶显示大屏幕;
②直流屏的一切运行参数和运行状态均可在微机监控器的显示屏上显示。监控器通过RS485或RS232接口与交流检测单元、直流检测单元、绝缘检测单元、电池巡检检测等单元的通信,从而根据蓄电池组的端电压值,充电装置的交流电压值、直流输出的电压、电流值等数据来进行自动监控。运行人员可通过微机的键盘、按钮或触模屏进行运行参数整定和修改。远方调度中心可通过“三遥”接口,在调度中心的显示屏上同样能监视,通过键盘操作同样能控制直流屏的运行方式。
(2)监控单元的功能
①自诊断和显示功能: 微机监控单元能诊断直流电源系统内部电路的故障及不正常运行状态,并能发出声光报警;实时显示各单元设备的各种信息,包括采集数据、设置数据、历史数据等,可方便及隨时查看整个系统的运行情况和曾发生过的故障信息;
②设置功能:通过监控器对系统参数进行设定和修改各种运行参数,并用密码方式允许或停止操作,以防工作人员误动,增加系统的可靠性;
③控制功能:监控器通过对所采集数据的综合分析处理,做出判断,发出相应的控制命令,控制方式分“远程”和“本地”(即手动和自动)两种方式,用户可通过触摸屏或监控器上的操作键设定控制方式;
④报警功能:监控器具有系统故障、蓄电池熔丝熔断、模块故障、绝缘故障、母线电压异常(欠压或过压)、交流电源故障、电池故障、馈电开关跳闸等报警功能,每项报警有两对继电器无源干接点,作遥信无源接点输出或通过RS232、RS485接遥信输出;
⑤电源模块的管理: 能控制每一个模块开、关机,能及时读取模块的输出电压、电流数据及工作、故障状态和控制或显示浮充、均充工作状态及显示控制模块的输出电压和电流输出、可实现模块的统一控制或分组控制;
⑥通信功能:监控器将采集的实时数据和告警信息通过 MODEM(调制解调器)、电话网或综合自动化系统送往调度中心,调度中心根据接收到的信息对直流屏进行遥测、遥信、遥控,运行人员可在调度中心监视各现场的直流系统运行情况,实现无人值守;
⑦电池管理:监控器具有对蓄电池组智能化和自动管理功能,实时完成蓄电池组的状态检测,单体电池检测,并根据检测结果进行均充、浮充转换、充电限流、充电电压的温度补偿和定时补充充电等。
⑧监视功能:监视三相交流输入电压值和是否缺相、失电,监视直流母线的电压值是否正常,监视蓄电池熔断器是否熔断和充电电流是否正常等。
⑨“三遥”功能:远方调度中心可通过“三遥”接口,能遥控、遥测及遥信控制和显示直流电源屏的运行方式和故障类别。
4.电压调整单元
配置2V/只、108只蓄电池直流屏,因蓄电池组的均充、浮充电压分别为:254V和243V,通常高于控制电压,为保证控制母电压为220V±10%,因此需采用电压调整装置进行调压。(采用103只、2V/只蓄电池的直流屏,其均充、浮充电压分别为:242V和232V能满足控母电压220V±10%的范围,故可不用电压调整单元)。
在直流屏中常用的调压方法有:硅链或硅降压模块及利用斩波无级降压的方法,本课题重点介绍目前直流系统中应用最广泛的硅链或硅降压模块的降压方法。
(1)电压调整装置的工作原理图(见图5-4-5)
              
                    
图5-4-5 7级硅降压模块电压调整装置原理图
(2)调压原理:
硅链和硅降压模块调压原理相同,硅降压模块调压性能优于硅链,但价格较高。
在直流电源系统正常运行(当交流正常供电)时,调整硅降压模块加在逆止二极管D1阳极上的电位低于控制高频开关电源模块输出的+极电位,逆止二极管D1处于截止状态,硅降压装置不工作,控制电压由控制高频开关电源模块直接提供稳压精度为±0.5%的220V的控制电压。
当控制模块故障或交流失电时,从图5-1-4中可见,控制模块停止工作,控制母线+WC的电压可通过蓄电池经降压单元来提供。因蓄电池组的均、浮充电压通常高于控制电压,因此需采用电压调整装置进行调压,保证控制母电压为220V±10%。
图中K1、K2、K3、是三个直流调压接触器,它们的常开接点分别与一个、二个和四个硅降压模块相连(每一个降压模块可降压5.6V,7个降压模块最大降压值为39.2V),它们的线圈可由自动降压控制器自动或通过调压万转开关手动控制。自动降压控制器由取样单元时实监测控制母线电压,当控制电压过高或过低时,自动降压控制器可根据电压的高低自动地分别使K1、K2、K3三个调压继电器接通或断开改变串入降压回路的降压模块数量,从而使控制电压达到220V±10%。
如当交流失电时,若蓄电池处于浮充状态,此时蓄电池组电压为243V,为保证控母电压为220V则应降压23V。此时,自动降压控制器自动接通K1和K2线圈,K1和K2的接点闭合短接3个降压模块,蓄电池经4个降压模块降压,降压值为4×5.6=22.4V,实际控制电压为243-22.4=220.6V,从而保证控制电压为220V±10%的范围内。
在正常运行时,调压万转开关应置于自动档(0档)调压万转开关的触点7-8接通,自动降压控制器电源接通,调压单元自动工作。当自动降压控制器故障时(直流电源系统发出声光报警,光字灯发出控母电压异常),此时可用手动调压并观察控制电压表使控制电压达到要求值。
目前电力系统中,由于高压断路器的220V直流操作机构采用弹簧操作机构,分、合闸电流小,工作电压可在220V±10%范围内正常工作。大系统直流电源装置中蓄电池采用103只,蓄电池的均充电压和浮充电压分别为242V和232V,因此,在大系统直流屏中可取消调压装置。
5.绝缘监察单元
(1)绝缘监察的作用:
对控制母线电压和各支路对地绝缘电阻进行测量判断,超出正常范围时发出报警信号。
(2)绝缘监察装置的类型
①绝缘监察继电器如ZJJ-2绝缘监察继电器,只能对正、负母线对地电阻和电压显示,不正常时可及时报警并显示接地类型;
②微机型绝缘监察装置,它具有各馈线支路绝缘状况进行自动巡检及电压超限报警功能,并能对所有支路的正对地、负对地的绝缘电阻,对地电压等一一对应显示,不正常时可对故障支路显示出支路号及故障类别和报警。
 6.直流馈电单元
(1)直流馈线回路的作用
直流系统通过接在合闸母线和控制母线的专用直流断路器向负荷供电的回路,负荷种类一般包括经常性负荷,事故负荷和冲击负荷等。
(2)直流馈电断路器
由于直流灭弧比交流灭弧困难得多,在直流屏中必用直流专用断路器,如5SX系列(西门子)、GM系列(北京人民)的断路器。使用时除额定电压、额定电流的选择外,还应注意开关的极性和上下进线方式不能接错,否则将烧开关。注意:西门子5SX系列直流空气断路器接方式是下进上出,其它品牌的空气断路器是上进下出。      
7.蓄电池组单元
(1)作用
根据不同电压等级要求,蓄电池组由若干个单体电池串联组成,是直流系统重要的组成部份。正常运行时,充电单元对蓄电池进行浮充电,并定期均充。当交流失电情况下,直流电源由蓄电池组提供;
(2)电力系统常用蓄电池的种类
①镉镍电池;
②防酸隔爆铅酸蓄电池;
③阀控式密封铅酸蓄电池。
(2) 阀控式密封蓄电池的特点
目前电力系统、通信等部门广泛采用阀控式密封铅酸蓄电池。
① 阀控式密封蓄电池的特点:
a) 一般情况下,不需维护(无需补水、加酸);
b) 自放电小;
c) 内阻小、输出功率高;
d) 具有自动开启、关闭的安全阀(当蓄电池严重过充,产生过量的气体使蓄电池内部压力超过正常值时 ,气体将通过自动开启的安全阀排出,并在安全阀上装有滤酸装置,以防酸雾排出。当压力恢复到正常值后,安全阀自动关闭)。
② 阀控式密封蓄电池的分类
a) 贫电液式纤维型阀控式密封蓄电池
b) 富电液式胶体型阀控式密封蓄电池
(4)阀控式密封铅酸蓄电池的充、放电制度
① 有关充放电的专用名词术语
a)初充电:新的蓄电池在交付使用前,为完全达到荷电状态所进行的第一次充电。初充电的工作程序应参照制造厂家说明书进行。
b)恒流充电:在充电电压范围内,充电电流维持在恒定值的充电。
c)均衡充电:为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象,使其恢复到规定范围内而进行的充电。
d)恒流限压充电:先以恒流充电方式进行充电,当蓄电池组端电压上升到限压值时,充电装置自动转为恒压充电。
e)浮充电(简称为浮充):在充电装置的直流输出端始终并接着蓄电池和负载,以恒压充电方式工作。正常运行时承担经常性负荷的同时向蓄电池充电,以补偿蓄电池的自放电,使蓄电池以满容量的状态处于备用。
f)补充充电:蓄电池在存放中,由于自放电使蓄电池容量逐渐减少,甚至于损坏,应按厂家说明书定期限进行充电。
g)恒流放电:蓄电池在放电过程中,放电电流值始终保持不变,至放到规定的终止电压为止。
h)蓄电池组容量试验:新安装的蓄电池组,按规定的恒流充电将蓄电池组充满容量后,再按规定的恒流放电至其中任一个蓄电池放至终止电压为止。其蓄电池组的容量按下式计算:
C=Ift                   ( 5-4-1 )
式中    C  — 蓄电池容量,Ah;
        If — 恒定放电电流,A;
 t — 放电时间,h。
i) 蓄电池容量符号:
C10 — 10h(10小时充电或放电率)额定容量,Ah。
j) 放电电流符号:
I10  — 10h(10小时充电或放电率)放电电流,A。
② 蓄电池的放电制度
a)恒流限压充电:采用I10电流进行恒流充电,当蓄电池组端电压上升到(2.30~2.35)V×N(蓄电池的个数)限压值时,手动或自动转为恒压充电。
例如:200Ah额定电压2V的蓄电池108个,10小时放电率的恒流充电电流I10为20A,限压值为2.35×108=253.8V(一般取254V)。
b)恒压充电:在(2.30~2.35)V×N的恒压充电下,随着蓄电池组的端电压上升,充电电流逐渐减小,当充电电流减小至0.1 I10电流时,充电装置的监控器倒计时开始启动,当整定的到计时结束后,充电装置将自动地转为浮充电运行。浮充电压宜控制为(2.23~2.28)V×N。
例如:200Ah额定电压2V的蓄电池108个,I10为20A、0.1I10为2A,浮充电压值为2.25×108=243V。倒计时一般设为3小时(当充电电流减小至0.1I10后经3小时后自动转浮充)。
c)补充充电:为了弥补运行中因浮充电流调整不当造成欠充,补偿不了蓄电池组自放电和爬电、漏电所造成的容量亏损,根据需要设定时间(一般为1~3个月)充电装置将自动或手动进行一次恒流限压充电    恒压充电     浮充电的过程,
!!!直流屏的主要参数及技术指标(见表5-4-1)
表5-4-1直流屏的主要参数及技术指标
8  电池巡检单元
主要功能及特点
◎ 电池监测
  实时监测电池组电压并显示,当电池组电压高于所设定的“组端过压”或低于“组端欠压”值时告警。
  监测环境温度。主单元内含温度传感器,当测得电池柜内温度高于所设定的“温度过高”值时告警。
  实时监测电池组中单节电池电压,当电池电压高于所设定的“电池过压”或低于“电池欠压”值时告警。
  监测电池公差。用电池组电压(V)除以电池节数等于平均电压,当任一节电池电压与平均电压相差大于设定的“电池公差”值时告警。
◎ 异常告警
  当测得任何指标超越设定范围时系统发出鸣叫告警,屏幕(主单元上或监控模块上)显示告警内容,故障干接点闭合,记录告警内容及时间。如某节电池过压、欠压或公差过大时,警告“电池故障”,具体信息可从常态屏观察,在电池序列号后显示黑方块的表示该节电池异常。
◎ 数据存储
  故障发生时,处理器自动记录故障发生时间和内容,存贮20条最新故障信息,掉电后数据仍可保存10年。
◎ 数据显示
  系统可显示所有测得值,包括每一节电池的电压及序号。查询故障记录时,显示在“电池故障”前的数字即为故障电池的序号。
◎ 参数设置
  可设置电池组电压过高、过低告警点,单节电池电压过高、过低告警点、环境温度过高告警点及通讯速率、本机地址和日历时钟等。
  具有接地报警的常开接点。
  配备标准的RS485通讯接口,波特率、通讯地址可由软件设置,可实现数据的遥测遥信功能。
  采用全中文液晶显示界面,多层菜单显示,人机界面极为友好。

六.直流屏的运行和维护
1. 直流屏的运行和维护标准:DL/T 724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》;
2.新安装、大修和停电后的开、关机步骤
(1)开机步骤:連接好蓄电池和单体电池巡检线。按要求接入交流Ⅰ、Ⅱ路输入电源并检查交流输入电压是否符合380±15%范围内。检查蓄电池开关应处于分闸位置。分别合上Ⅰ、Ⅱ路输入电源开关无异常后,合上高频开关模块电源开关(此时模块正常工作指示灯亮、模块的显示屏上有电压、电流等数字显示)。再合上监控电源开关,监控器开始工作,根据蓄电池种类、容量复核监控器的设置:均充、浮充电压,充电限流值、均转浮电流等,(直流屏出厂时已按要求设置)。检查充电电压、控制电压等是否正常,检查声光报警系统是否正常。关闭控制模块交流电源开关,检查自动和手动调压是否正常。检查完毕后(监控充电设置为自动),合上电池开关,此时检查监控界面:检查充电方式并注意观察充电电压表、充电电流表和控制电压表的指示应与充电方式相对应的正常值、单体电池检测每组均有指示值。开启绝缘监察仪、合上控制、合闸馈电开关后,无任何报警,直流屏开始正常工作;
注意:在恒压充电过程中,隨蓄电池端电压增高、充电电流减小至0.1I10经3小时后自动转为浮充工作状态。
(3) 关机步骤:
因大修等需退出运行时,应按标准作业化程序开好工作票,转移负载后,关断馈电屏的直流输出空气断路器、关断微机绝缘监察仪电源开关、关断蓄电池开关、关断监控器电源开关、关断所有高频开关电源模块的电源开关后,关闭交流进线开关(有双路电源进线时,应将两路进线开关全部关断)。
3.主要故障及维护
(1)高频开关电源模块故障
1)故障现象:
a)系统报警:模块故障光字灯亮,音响(电钤或蜂呜器)报警;
b)模块面板上的故障指示灯闪烁,显示屏上无电压、电流显示。
2)由于系统模块采用N+1备份,因此,不论充电或控制模块有一个模块发生故障时,不会影响系统的正常工作,若有备用模块可带电热拔插更换模块(注意:模块面板上的拨码开关的位置应一致),或通知生产厂家更换。
(2)微机监控器故障
1)故障现象:当监控器故障时,系统报警:音响报警、监控故障光字灯亮;
2)发现监控故障时,可关闭监控电源的开关重新启动,若故障仍未消除,应通知厂家维修。
3)当监控器故障或关闭时,模块将自主工作,仍可维持直流屏的工作。此时,可通知厂家维修。
(4)调压单元故障
1)故障现象:音响报警、控母电压异常的光字灯亮;
2)故障原因:自动降压控制器故障,无法自动调压;
3)故障处理方法:应立即观察监控器显示的控母电压值或屏上的控母电压表的指示值,用手动调节调压万转开关的档位并观察控母电压表,使控制电压达到规定值,及时通知厂家更换自动降压控制器。
(5)熔断器的维护
1)熔断器的维护:直流屏中除二次回路配备熔断器外,最为关键的是蓄电池熔断器。注意:当熔断器上级蓄电池直流断路器因短路跳闸而熔丝未断,在检修消除故障后,也应将“+”、“-”极的熔断器换新(因短路电流已通过熔断器的熔丝,可能造成熔丝的局部熔化,造成熔断器的熔断电流减小,在冲击负荷电流下造成误动作);
2)熔断信号器:应在大修后检查熔断信号器微动开关动作是否正常和作报警试验。
(6)蓄电池的运行和维护
1)维护标准:DL/T 724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》;
2)阀控式密封铅酸蓄电池在运行中及放电终止电压值应符合表5-4-2的规定
表5-4-2  阀控式密封蓄电池在运行中及放电终止电压值的规定
阀控式密封铅酸蓄电池 单个蓄电池的标称电压(V)
 2 6 12
运行中的电压偏差值 ±0.05 ±0.15 ±0.30
开路电压最大最小电压差值 0.03 0.04 0.06
放电终止电压值* 1.80 5.40(1.8×3) 10.08(1.8×6)
注 *蓄电池组在放电时,当任中一只蓄电池端电压达到上表放电终止电压值时,应立即停止放电。
3)在巡视中应检查蓄电池单体电压值,电池之间的连接片有无松动和腐蚀现象,壳体有无渗漏和变形,极柱和安全阀周围是否有酸雾溢出,绝缘电阻是否下降,蓄电池温度是否过高等。
4)备用搁置的蓄电池,每一至三个月进行一次补充充电。
5)阀控式密封蓄电池的温度补偿受环境温度的影响,基准温度25℃时,每下降1℃,单体2V阀控式密封蓄电池浮充电压值应提高(3~5)mV。
6)根据现场实际情况,应定期对电池组做外壳清洁工作。
7)阀控式密封蓄电池的故障处理
a)蓄电池外壳变形:造成原因是充电电压过高,充电电流过大,内部有短路或局部放电、温升超标、安全阀阀控失灵等。处理方法:减小充电电流、降低充电电压,减小充电电流,检查安全阀是否堵死。
b)运行中的浮充电压正常,但一放电,蓄电池的电压很快下降到终止电压值,原因是蓄电池内部失水干涸、电解物质变质。处理方法是更换蓄电池。

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