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直流电源系统的工作原理

发布时间:2021-09-28

       1.直流母线硅堆降压回路的设置(自动调压装置)
       过去变电站的断路器多为电磁机构,合闸电流较大。另外,蓄电池在充放电过程中的电压变化较大,为满足对直流母线电压水平的要求,一般在合闸母线与控制母线之间设置硅堆降压装置。降压硅堆采用多个二极管串联而成,分组控制投切,使接线和布置复杂化,而且硅元件容易发生击穿和开路。目前,变电站的断路器多采用弹簧和液压机构,合闸电流较小,采用阀控式铅酸免维护蓄电池,在充放电时电压变化范围小,可以不设硅堆降压装置,把合闸母线与控制母线合二为一。

       2.直流绝缘监测系统

       变电站直流系统是一个十分庞大的多分支供电系统,其常见的故障是一点接地故障。在一般情况下,一点接地并不影响直流系统的运行。但如不能迅速找到接地故障点并予以修复,又发生另一点接地故障时,就可能造成继电器或保护装置的误动作,酿成重大事故。过去,变电站直流系统一般选用电磁型继电器构成的绝缘监测装置,它是利用电桥平衡的原理,主要存在以下问题:

       (1)当直流系统正负极绝缘电阻同等下降时,电桥未失去平衡,绝缘监测装置不能发出报警信号。

       (2)绝缘监测装置发出报警信号后,运行人员需要通过拉路的方法确定接地支路,费时费力且存在安全隐患。在无人值班条件下,要求直流系统配置微机型直流系统故障监测装置。其基本功能是在线监测直流系统的母线电压和对地绝缘电阻,显示母线电压值和正负母线对地绝缘电阻值。当母线电压过高、过低或对地绝缘电阻过低时发出相应的告警信号,告警门限参数可手工设置。另外,监测装置具有支路巡检功能,可以在线监测各馈线支路的绝缘电阻,通过RS485或RS422串口,监测装置可以将直流系统正负母线对地的绝缘电阻值上传至系统监控单元。

       目前,微机型接地选线装置的原理分以下几种:

       (1) 利用直流传感器来检测各直流支路的对地漏电流来判断支路是否发生接地。它是将直流供电系统的某一支路的正负极同时穿人高灵敏度的直流传感器中,当支路对地绝缘正常时,穿过直流传感器的电流大小相等,方向相反,即总的电流为零,直流传感器的输出也为零。当支路的某一极对地绝缘电阻下降到一定程度时(也称为接地时),这两极的电流会出现一个差值,也就是出现对地漏电流,直流传感器就会产生输出;以此来判明该支路是否发生接地故障。

       存在的问题:该方法比较理想化,不需要向直流系统注人信号,且不受线路对地电容影响弓直接采样对地漏电流,利用欧姆定律直接计算接地线路的接地电阻。若直流传感器采用磁平衡原理,做成有源传感器,当有电流变化或有冲击电流时,易发生剩磁变化。若直流传感器做成无源传感器,受电流冲击后剩磁变化更大。这种剩磁变化会造成电流电压放大器及数模转换器的直流偏移,只有及时调节装置的零点及传感器特性,才能保障选线装置的精度及稳定性。这种做法给现场带来极大的不便和麻烦,且造成选线装置的不准。
       (2)在直流母线上注人低频交流信号。它是将直流供电系统的某一支路的正负极同时穿人高灵敏度的交流传感器中,当直流系统接地时,装置自动产生低压低频交流信号(一般电压为lov左右,频率为10 Hz左右),经电容注人母线,接地支路的交流传感器二次侧就会检视J到低频交流信号,以此来判明该支路是否发生接地故障。

       存在问题:影响该方法选线正确性的主要问题是线路对地电容的影响,为了去掉电容电流的影响,一般采用以下三种方法:

       ① 用功率方向原理去掉电容无功电流;

       ② 用硬件锁相方法去掉电容电流电流;

       ③ 用软件锁相方法去掉电容电流。

       对于方法①和②,由于注人的低频信号电压较低,当接地电阻较大时,交流传感器一次电流很小,要将传感器二次侧电流转换为计算机可分析的信号,放大器放大倍数很大,输人电路任何元件参数的微小变化都会影响计算的准确性,用硬件锁相方法,不仅调试工作量大,而且装置的适应能力极差。用软件锁相的基本思想是用软件自动跟踪设备参数及回路对地电容的变化,从而较好地弥补了用硬件锁相方法的缺陷。
       3.电压监测装置

       直流系统在变电站承担着向控制、保护、自动装置、信号及直流电机等的供电任务,这些设备对工作电压都有着严格的要求。因此,直流系统必须设电压监测装置,一旦电压过高或过低,便发出异常信号,通知值班员处理。

       4.直流配电开关的选择

       过去的直流配电系统一般都采用负荷开关加熔断器的形式,存在着防护等级低、占用空间大、维护不便等问题。现在,随着国内外直流专用断路器的出现,直流系统的配电可以集中布置,节省空间和屏位,而且也容易接线,如采用正面开启式结构,更容易进行更换和维护。目前,国外生产的小型直流断路器,直流分断能力可达DC250 V/10 kA,完全可以满足控制负荷馈电;大容量的直流断路器,直流分断能力可达DC250 V/50 kA,可以满足动力负荷馈电用。另外,这些直流断路器可以方便地加装辅助触点和故障报警触点。
       5.环形供电网络

       变电站具有一个庞大的多分支的直流供电网络。对于重要负荷,为了提高其供电的可靠性,一般采用分段环形供电法,正常开环运行,并且按照负荷的种类和路径,分成各自独立的供电网。例如控制回路、信号回路和不同电压等级配电装置的断路器合闸回路,都各自形成一个独立的由直流母线引出的环形供电网络。这样,当其中某一个网络出现故障时,不致影响其他部分的供电,而且便于检修和排除故障。对于接在直流母线上的不十分重要的负荷或正常只处于备用状态的负荷,例如主控制室的经常照明灯、电气试验室的试验电源、通讯备用电源及事故照明电源等,一般采单回路供电。对重要直流负荷用环形网络供电,并在适当地方分段,对于处理直流系统最常见的故障—一点接地是个很有利的条件0当绝缘监测装置发出直流系统接地故障信号之后,值班人员可以根据当时的运行方式、操作情况以及气候影响等,初步判断可能的接地场所。根据先信号和照明回路后控制回路、先室外部分后室内部分的原则,采用分段拉闸试验的方法,可以很快地将故障段划分出来,加以检修,而不致影响正常部分的继续工作。

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