直流系統(tǒng)的作用及構(gòu)成

一、直流系統(tǒng)的作用

變電所直流系統(tǒng)可為各種控制、自動(dòng)裝置、繼電保護(hù)、信號(hào)等提供可靠的直流工作電源，還可作為可靠的操作電源和應(yīng)急后備電源。

二、直流系統(tǒng)的組成

變電所直流系統(tǒng)一般由蓄電池組、充電設(shè)備、直流負(fù)荷三大部分組成，變電所直流系統(tǒng)的工作電源通常為220V或110V，弱電直流電壓為48V。

1、蓄電池

蓄電池是一種化學(xué)電源，它把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)（充電），使用時(shí)把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能供給用電設(shè)備（放電）。目前變電所廣泛使用的是閥控密封式鉛酸蓄電池，其運(yùn)行方式如下：

1）初充電

新安裝或大修中更換的蓄電池組第一次充電稱(chēng)為初充電，初充電電流為1.0I 10 （I10為10h率放電電流）；

2）浮充電

初充電完成后轉(zhuǎn)為浮充電，使蓄電池組始終保持在95%以上的容量；

3）均衡充電

事故放電或浮充電調(diào)整不當(dāng)，造成電池容量虧損時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充充電，也叫均衡充電。

2、充電設(shè)備

目前多使用高頻開(kāi)關(guān)電源，先將輸入的工頻交流電經(jīng)整流濾波后得到直流電壓，再通過(guò)功率變換器變換成高頻脈沖電壓，經(jīng)高頻變壓器和整流濾波電路，最后轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流輸出電壓。對(duì)主充電和浮充電裝置的一般要求如下：

1）整流裝置的輸出電壓、電流調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)滿足蓄電池在充電、浮充電、均衡充電等運(yùn)行狀態(tài)下的要求。

2）整流器應(yīng)具有定電流、恒電壓性能，能以自動(dòng)浮充電、自動(dòng)均衡充電、手動(dòng)充電三種方式運(yùn)行。

3）整流器輸出直流的紋波系數(shù)不大于2%。

4）整流器內(nèi)應(yīng)設(shè)必要的短路保護(hù)、缺相保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)和故障信號(hào)。

3、直流母線接線與直流饋線網(wǎng)絡(luò)

直流母線的接線方式和蓄電池的組數(shù)、直流負(fù)荷的供電方式以及充電、浮充電設(shè)備的配置情況有關(guān)，直流母線常采用單母線分段接線方式。在220KV及以下的變電所中，直流系統(tǒng)一般只裝設(shè)一組蓄電池，直流母線多采用兩段母線接線，對(duì)直流負(fù)荷采用環(huán)形供電的形式。

三、直流系統(tǒng)運(yùn)行操作注意事項(xiàng)

1、直流系統(tǒng)設(shè)有電壓監(jiān)視裝置、絕緣監(jiān)察裝置，正常時(shí)均應(yīng)投入運(yùn)行。

2、正常運(yùn)行時(shí)，直流母線電壓應(yīng)保持在額定電壓的±4%～5%。

3、正常運(yùn)行中，直流兩段母線應(yīng)單獨(dú)運(yùn)行，不得并列運(yùn)行而降低可靠性。

4、因直流系統(tǒng)工作需要轉(zhuǎn)移負(fù)荷時(shí)，允許兩段母線短暫并列，但必須注意兩段電壓一致，且絕緣良好，無(wú)接地現(xiàn)象。工作完畢后應(yīng)及時(shí)恢復(fù)，以免降低直流系統(tǒng)可靠性。

四、直流系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)

1、直流系統(tǒng)的檢查

直流回路和充電設(shè)備的全面檢查，應(yīng)每年不少于一次。

1）檢查直流回路各連接點(diǎn)的連接情況，有無(wú)發(fā)熱、氧化現(xiàn)象；

2）檢查分合閘電纜是否符合要求；

3）檢查充電裝置各部件有無(wú)異常，儀表是否在校驗(yàn)有效期內(nèi)。

2、直流系統(tǒng)絕緣電阻

測(cè)量時(shí)先將直流系統(tǒng)二次回路斷開(kāi)，使用500伏兆歐表進(jìn)行絕緣測(cè)試，絕緣電阻值應(yīng)符合規(guī)定。

3、儀表保護(hù)校驗(yàn)及二次線檢修

1）按校驗(yàn)規(guī)程校驗(yàn)儀表；

2）檢查二次回路各項(xiàng)功能應(yīng)合格，保護(hù)可靠；

3）檢查二次線螺絲應(yīng)緊固，絕緣無(wú)破損。

4、直流母線及隔離開(kāi)關(guān)檢修

1）清掃母線，檢查螺絲緊固情況；

2）檢查二次接線絕緣皮有無(wú)破損，隔離開(kāi)關(guān)分、合有無(wú)卡澀；

3）動(dòng)靜觸頭是否緊密，有無(wú)發(fā)熱、燒傷痕跡。

5、直流接觸器的調(diào)整與檢修

1）清掃灰塵，檢查滅弧罩、動(dòng)靜觸頭、銜鐵是否完好；

2）檢查線圈絕緣應(yīng)良好，無(wú)破損，無(wú)過(guò)熱跡象；

3）測(cè)量觸點(diǎn)閉合同期差、開(kāi)距及壓縮行程應(yīng)符合要求。

五、直流系統(tǒng)的日常巡視檢查

1、直流盤(pán)

1）檢查表計(jì)及信號(hào)燈，判斷直流系統(tǒng)運(yùn)行情況。

2）檢查各控制開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)位置應(yīng)正確，試驗(yàn)正常。

3）檢查熔斷器應(yīng)良好，熔絲應(yīng)配置合理。

4）對(duì)電容儲(chǔ)能裝置，還應(yīng)檢查儲(chǔ)能裝置是否在充電位置，檢查儲(chǔ)能容量和電容滲漏油、放電、變形、及連接線情況。

2、蓄電池

1）定期檢查測(cè)量單個(gè)電池電壓及總電壓；

2）檢查電池底板狀況，電池底部有無(wú)脫落物。

3）檢查各電池連接部分應(yīng)牢固，無(wú)腐蝕、無(wú)過(guò)熱。

4）檢查配電盤(pán)、電池架、連接板、連接線及端子上有無(wú)銹斑。

5）檢查電池運(yùn)行中有無(wú)發(fā)熱、膨脹變形、漏液溢酸現(xiàn)象。

3、充電設(shè)備

1）檢查整流變壓器應(yīng)無(wú)過(guò)熱，整流元件應(yīng)運(yùn)行良好。

2）檢查在規(guī)定運(yùn)行位置應(yīng)穩(wěn)壓、穩(wěn)流、運(yùn)行良好。

4、蓄電池室

1）溫度應(yīng)在允許范圍內(nèi)。

2）室內(nèi)照明、通風(fēng)及其他附屬設(shè)備應(yīng)完好。

六、直流系統(tǒng)的一般故障及處理

1、可控硅整流裝置故障處理

1）檢查交流電源、空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、熱元件、控制開(kāi)關(guān)是否良好。故障處理后，將直流輸出調(diào)到最小位置，可試送一次。

2）檢查直流母線電壓是否過(guò)高，若過(guò)高，可降低后試送。

3）如故障時(shí)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，可按復(fù)歸按鈕解除報(bào)警，將電流調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針回零，再緩緩恢復(fù)正常值。

4）當(dāng)浮充機(jī)故障退出時(shí)，應(yīng)改用主充機(jī)代替其運(yùn)行。

2、直流母線電壓過(guò)高或過(guò)低處理

直流母線電壓過(guò)高，會(huì)使長(zhǎng)期帶電的設(shè)備過(guò)熱損壞或繼電保護(hù)自動(dòng)裝置誤動(dòng)作；電壓過(guò)低會(huì)造成斷路器保護(hù)動(dòng)作不可靠及自動(dòng)裝置動(dòng)作不可靠。

1）電壓過(guò)高時(shí)應(yīng)降低浮充電流，使母線電壓正常；

2）電壓過(guò)低時(shí)應(yīng)檢查浮充電流并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使母線電壓正常。

3、免維護(hù)蓄電池故障處理

1）絕緣降低

可能為支架潮濕或絕緣處積有導(dǎo)電性灰塵，應(yīng)進(jìn)行清洗。

2）極板短路

可能為極板上活性物質(zhì)脫落及沉淀物質(zhì)過(guò)多積在極板間，或極板彎曲使隔離板破損。應(yīng)更換隔離板，清除沉淀物。

3）極板硫化

可能為電解液有問(wèn)題，或充電方式有問(wèn)題，應(yīng)調(diào)整電解液密度和充電方法。

4）容器破損

原因?yàn)槿萜髻|(zhì)量差，或安裝不正確，應(yīng)短接掉故障電池或更換容器。

七、直流系統(tǒng)的接地故障及處理

1、直流系統(tǒng)接地的危害

直流系統(tǒng)發(fā)生一點(diǎn)接地潛在危險(xiǎn)性很大，若在同一極的另一點(diǎn)上再發(fā)生接地，將構(gòu)成兩點(diǎn)接地短路，因兩點(diǎn)接地短接了有關(guān)元件，將會(huì)造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作，甚至造成斷路器誤動(dòng)、拒跳和直流熔絲熔斷等嚴(yán)重情況。因此，當(dāng)直流系統(tǒng)有一點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)盡快找出接地點(diǎn)，隔離并消除故障，防止發(fā)展成兩點(diǎn)接地。

2、直流系統(tǒng)接地的處理

1）接地處理的一般原則

（1）確定接地性質(zhì)，是正接地還是負(fù)接地，以及是哪段母線接地。

（2）采取按路尋找、分段處理的辦法。

①先拉不重要電源，后拉重要電源；

②先室外部分，后室內(nèi)部分；

③先對(duì)有缺陷的分路，后對(duì)一般分路；

④先對(duì)新投運(yùn)設(shè)備，后對(duì)投運(yùn)已久的設(shè)備。

（3）試?yán)鲗?zhuān)用直流回路如繼電保護(hù)、操作電源、自動(dòng)裝置電源等，應(yīng)事先取得調(diào)度同意后進(jìn)行，必要時(shí)應(yīng)做好相應(yīng)措施，切斷時(shí)間不得超過(guò)3s。

（4）處理直流接地，運(yùn)行人員不得拆動(dòng)任何直流回路或繼保二次小線，只能操作電源小開(kāi)關(guān)、熔斷器或連接片。

2）查找接地點(diǎn)時(shí)的注意事項(xiàng)

①查找和處理至少須由兩人進(jìn)行。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地時(shí)，應(yīng)立即停止在二次回路上的工作；

②查找直流接地時(shí)，不得拆動(dòng)任何直流回路或繼電保護(hù)二次小線，只能操作電源小開(kāi)關(guān)、熔斷器或連接片；

③查找直流接地時(shí)，應(yīng)與調(diào)度取得聯(lián)系，對(duì)保護(hù)回路的試?yán)?，?yīng)在調(diào)度同意后進(jìn)行，試?yán)皯?yīng)做好防止保護(hù)裝置誤動(dòng)的措施；

④為防止保護(hù)誤動(dòng)作，在直流接地試?yán)校?dāng)拉信號(hào)、閃光或控制開(kāi)關(guān)、熔絲時(shí)應(yīng)正負(fù)極同時(shí)拉開(kāi)，或先拉開(kāi)正電源，再拉負(fù)電源；恢復(fù)時(shí)順序相反。

⑤查找接地，禁止使用燈泡尋找的辦法；

⑥在處理直流系統(tǒng)接地故障時(shí)，不得造成直流短路和新的接地點(diǎn)；

⑦兩段母線同時(shí)發(fā)生接地時(shí)，嚴(yán)禁并列操作；

⑧當(dāng)拉路查找不到接地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮兩點(diǎn)接地或絕緣下降而出現(xiàn)的虛接地，必要時(shí)通知繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)人員到場(chǎng)，協(xié)助查找并及時(shí)消除接地現(xiàn)象，保證直流系統(tǒng)的正常工作。

八、直流系統(tǒng)的檢修

1、取出插件。

2、清除各部灰塵，必要時(shí)進(jìn)行清洗。

3、檢查所有接線有無(wú)過(guò)熱，并緊固所有螺栓。

4、檢查交、直流側(cè)電源開(kāi)關(guān)、接觸器及控制開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)有無(wú)燒傷和不良現(xiàn)象。

5、檢查所有開(kāi)關(guān)動(dòng)作是否靈活。

6、校驗(yàn)電壓表、電流表等表計(jì)。

7、檢查過(guò)電壓、過(guò)電流及短路等保護(hù)電路中的元器件有無(wú)損傷，并復(fù)核保護(hù)回路中的繼電器定值。

8、檢查信號(hào)回路中的元器件有無(wú)松動(dòng)和損壞。

9、控制回路的檢修

1）對(duì)脈沖產(chǎn)生、移相控制和電源等插件板進(jìn)行清掃檢查，并按說(shuō)明要求測(cè)試其功能參數(shù)；

2）檢查清掃“自動(dòng)-手動(dòng)”切換回路、“穩(wěn)壓-穩(wěn)流”調(diào)整回路的元器件。

10、主回路的檢修

1）檢查主回路中的熔斷器、熱繼電器及阻容保護(hù)等元件有無(wú)損傷、過(guò)熱等異?，F(xiàn)象；

2）檢查整流變壓器有無(wú)過(guò)熱和短路現(xiàn)象；

3）檢查濾波電容有無(wú)漏液、變形及濾波電感有無(wú)過(guò)熱、損傷現(xiàn)象；

4）檢查主整流元件及高頻開(kāi)關(guān)功率模塊有無(wú)過(guò)熱、老化現(xiàn)象，必要時(shí)測(cè)量其主要參數(shù)；

5）檢查降壓回路硅元件有過(guò)熱、老化現(xiàn)象。

11、修理或更換已老化或損壞的電子元器件。

12、輔助系統(tǒng)檢修

1）檢修冷卻風(fēng)扇；

2）測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)的主要性能參數(shù)；

3）測(cè)量主回路絕緣電阻

用500伏兆歐表測(cè)量，且應(yīng)斷開(kāi)主回路中的電子元件或?qū)㈦娮釉探印?/p>

九、鉛酸蓄電池直流系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)

采用鉛酸蓄電池組作直流電源，不受供電系統(tǒng)運(yùn)行情況的影響，工作可靠；但由于它充電時(shí)要排出氫和氧的混合氣體，有爆炸危險(xiǎn)，而且隨著氣體帶出的硫酸蒸汽有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)人身健康和設(shè)備安全都有很大影響。因此鉛酸蓄電池組一般要求單獨(dú)裝設(shè)在一個(gè)房間內(nèi)，而且要考慮防腐防爆，因而投資很大。現(xiàn)在一般工廠供電系統(tǒng)中采用的越來(lái)越少。

1、運(yùn)行中的檢查內(nèi)容

1）檢查充、放電的電流；

2）檢查極板顏色和形狀；

3）檢查電解液液面溫度和密度；

4）檢查蓄電池電解液冒泡的情況是否正常；

5）檢查沉淀物；

6）檢查絕緣電阻；

7）檢查各接頭和連接導(dǎo)線；

8）電池容器應(yīng)無(wú)傾斜，表面應(yīng)清潔；

9）檢查直流母線的電壓是否正常；

10）檢查室內(nèi)溫度是否正常。

2、運(yùn)行中的檢查注意事項(xiàng)

1）對(duì)充、放電電流的檢查時(shí)，若用大電流充放電時(shí)，會(huì)使極板脫粉或彎曲變形，電池容量減少，故應(yīng)摸清負(fù)荷變化規(guī)律，隨時(shí)注意充電及放電電流的大小，并做好記錄。充、放電前應(yīng)計(jì)算上次放出或充入的電量，以免過(guò)充、過(guò)放或充電不足。放電后應(yīng)及時(shí)充電，即使有特殊情況，也不得超過(guò)24小時(shí)。

2）在充好電后，正極板是深褐色(過(guò)二氧化鉛)，負(fù)極板是深灰色(鉛綿)。在放電后，正極板是淺褐色，負(fù)極板是淺灰色。極板形狀不應(yīng)彎曲、短路、斷裂和鼓肚，極板上不應(yīng)生鹽，有效物質(zhì)(PbO2)不應(yīng)大量脫落。極板與極板間之距離應(yīng)相等。在檢查極板中如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)查明原因，及時(shí)消除，并做好記錄。

3）電解液的液面應(yīng)經(jīng)常高于極板上緣10~20mm。如液面下降至10mm以下，這可能是由于室溫過(guò)高，電解液蒸發(fā)較快所致,則應(yīng)在充電開(kāi)始前加入純水或蒸餾水，以防極板頂部翹曲。

蓄電池的電解液在運(yùn)行中的溫度不得低于10℃，不得高于25℃，在充電過(guò)程中不得超過(guò)40℃。

在浮充電運(yùn)行時(shí)，蓄電池的電解液密度值一般應(yīng)保持為1.20~1.21。電解液的密度隨溫度的增減而變化，溫度升高，密度值下降，溫度降低，密度升高。若電解液的密度值高于1.25時(shí)，則應(yīng)補(bǔ)加蒸餾水；若密度值低于1.21時(shí)，則應(yīng)補(bǔ)加稀硫酸溶液。

4）電池在正常情況下，沉淀物的高度距極板下緣應(yīng)在10mm左右。沉淀物的種類(lèi)很多，如充電電流過(guò)大，時(shí)間太長(zhǎng)，則正極板上的活性物質(zhì)(過(guò)二氧化鉛)脫落下來(lái)，沉淀到電池底部，便成為褐色沉淀物。如由于極板生鹽(過(guò)放電引起)或電解液中含有害物質(zhì)，則電池底部有白色沉淀物。如果沉淀物與極板相連，則電池底有藍(lán)色沉淀物。如果由于電池工作不均衡，或蒸餾水質(zhì)量不良， 則電池底部有成層(一層褐、一層灰、一層白)的沉淀物。

5）在檢查絕緣電阻時(shí)，應(yīng)定期檢查蓄電池的絕緣電阻，用電壓表法測(cè)出的絕緣電阻值應(yīng)不小于0.2MΩ(電池電壓為220V)。

6）要經(jīng)常檢查各接頭與導(dǎo)線連接是否緊密，有無(wú)腐蝕現(xiàn)象。在各連接處應(yīng)涂上凡士林或黃油，以防銹蝕及酸液浸蝕。

7）直流母線電壓應(yīng)正常，保持在225V，允許變動(dòng)范圍為220~230V。因?yàn)槟妇€電壓過(guò)高會(huì)引起設(shè)備的損壞；母線電壓過(guò)低會(huì)降低繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作的靈敏度，造成拒絕動(dòng)作，所以應(yīng)對(duì)直流母線電壓進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

蓄電池應(yīng)經(jīng)常處于浮充電方式，每個(gè)蓄電池的電壓應(yīng)在2.15V，允許變動(dòng)范圍為2.1~2.2V，這樣可使蓄電池處于滿充電狀態(tài)。如果浮充電壓太高，會(huì)發(fā)生過(guò)充電現(xiàn)象，從外部能看到有強(qiáng)烈的氣泡產(chǎn)生，這時(shí)需經(jīng)常加蒸餾水；若浮充電壓過(guò)低，就會(huì)發(fā)生充電不足現(xiàn)象。所以，對(duì)電解液的濃度要經(jīng)常調(diào)整，便電池電壓在允許范圍內(nèi)。

8）蓄電池室應(yīng)保持適當(dāng)?shù)臏囟?10℃~30℃)，并保持良好的通風(fēng)和照明。當(dāng)室溫超過(guò)25℃時(shí)，則應(yīng)起用通風(fēng)裝置；當(dāng)室溫低于10℃時(shí)，應(yīng)開(kāi)起取暖裝置。

十、鎘鎳蓄電池直流系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)

采用鎘鎳蓄電池組作直流電源，除不受供電系統(tǒng)運(yùn)行情況的影響、工作可靠外，還有大電流放電性能好、比功率大、機(jī)械強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、腐蝕性小、無(wú)需專(zhuān)用房間，從而大大降低了投資等優(yōu)點(diǎn)，因此在工廠供電系統(tǒng)中應(yīng)用比較普遍。

1、鎘鎳蓄電池的類(lèi)型

1、鎘鎳蓄電池按電氣性能可分為超高倍率、高倍率、中倍率、低倍率幾種類(lèi)型。這里所說(shuō)的倍率是指放電倍率，即用鎘鎳蓄電池的額定容量值為基數(shù)，放電倍率就是指在保證一定的放電電壓條件下，最大能放出幾倍額定容量值的電流。如100Ah鎘鎳蓄電池，用3額定容量值的倍率放電，放電電流為3x100=300A。鎘鎳蓄電池的放電倍率高于7額定容量值的為超高倍率；在3.57之間的為高倍率；在0.53.5之間的為中倍率；低于0.5的為低倍率。

2、超高倍率的鎘鎳蓄電池一般為全燒結(jié)式，價(jià)格較貴。高倍率的鎘鎳蓄電池一般為半燒結(jié)式，即正極板是燒結(jié)式的，負(fù)極板是拉漿式的或壓成式的，比它同容量全燒結(jié)式的價(jià)格低5%~20%，因而應(yīng)用較為廣泛。中、低倍率鎘鎳蓄電池，目前我國(guó)大都采用袋式的，它因價(jià)格較低而被廣泛應(yīng)用。

2、鎘鎳蓄電池的參數(shù)

1）額定電壓

額定電壓是指蓄電池工作時(shí)必須保證的電壓，鎘鎳蓄電池的額定電壓，國(guó)標(biāo)定為1.2V。

2）終止電壓

終止電壓是指蓄電池放電時(shí)電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的電壓。其數(shù)值隨不同的放電率以及對(duì)容量、壽命要求不同而異。鎘鎳蓄電池的5h放電率的終止電壓是1.0V。

3）充電電壓

充電電壓是指蓄電池按正常充電率充電時(shí)蓄電池的最高電壓，鎘鎳蓄電池一般在1.6~1.7V。

4）額定容量

額定容量是指在規(guī)定條件下(如環(huán)境溫度、放電率、終止電壓)蓄電池能放出的最低電量，用Ah表示。鎘鎳蓄電池的額定容量是用5h放電率的容量來(lái)表示的，用符號(hào)C5代表。

5）放電率

放電率是指鎘鎳蓄電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所輸出的電流值。如500Ah，用5h率放電，其電流是100A。

3、運(yùn)行中的檢查內(nèi)容

1）檢查充、放電的電流。

2）檢查極板顏色和形狀。

3）檢查電解液液面溫度和密度。

4）檢查沉淀物。

5）檢查絕緣電阻。

6）檢查各接頭和連接導(dǎo)線。

7）電池容器應(yīng)無(wú)傾斜，表面應(yīng)清潔。

8）檢查直流母線的電壓是否正常。

9）檢查室內(nèi)溫度是否正常。

4、運(yùn)行中的檢查注意事項(xiàng)

經(jīng)檢查后確認(rèn)需要加入電解液時(shí)，應(yīng)注意選擇用適當(dāng)溫度下使用的電解液。若電池在較高的溫度下工作而注入較低溫度下使用的電解液，則會(huì)縮短蓄電池的壽命?；螂姵卦谳^低的溫度下工作而注入較高的溫度下使用的電解液，則會(huì)減少蓄電池的容量。