变电站用交直流系统设计说明

变 电 站 用 交 直 流 系 统设 计 说 明 系 统 设 计 依 据n GBl497-85 低 压 电 器 基 本 标 准n GB725-97 低 压 成 套 开 关 设 备n ZBK45017 电 力 系 统 用 操 作 电 源 屏 通 用 技 术 条 件n IEC一 60439 低 压 开 关 设 备 和 控 制 设 备 的 成 套 装 置n DL/T 459 2000 电 力 系 统 直 流 电 源 柜 订 货 技 术 条 件n DL/T 5044 95 火 力 发 电 厂 、 变 电 所 直 流 系 统 设 计 技 术 规 定n DL/T 724 2001 电 力 系 统 用 蓄 电 池 直 流 电 源 装 置 运 行 与 维 护 技 术 规 程 n DL/T 856 2004 电 力 用 直 流 电 源 监 控 装 置n DL/T 781 2001 电 力 用 高 频 开 关 整 流 模 块n 14#线 交 直 流 屏 技 术 协 议 14#线 A型 交 、 直 流 柜 屏 面 图 2260 60 1 9 108 116 7 交 流 柜2 3 54800 直 流 电 源 柜800 1电 池 柜800 16 SIEMENS SIEMENS16 SIEMENS SIEMENS15 SIEMENS12 8 13921 3 4 SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS16 SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS 1065 7 111 1171717 11 14 SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD 1212 SD SD SD SD SD 14#线 B型 交 、 直 流 柜 屏 面 图2260 60 1 9108 116 7交 流 柜2 3 54800 直 流 电 源 柜800 1电 池 柜80015 8 921 3 41065 7 11 11SIEMENS12 1311 1416 SIEMENS SIEMENS 16 SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS1717 SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD 1212 SD SD SD SD SD n 两 路 交 流 进 线 ， 互 为 备 用 ， 可 手 动 、 自 动 切 换 ，选 用 WATSNB 4.CBR/63A ATS（ 总 容 量30KVA， 计 算 电 流 值 为 46A， 根 据 协 议 要 求 选择 63A容 量 ATS） ， 实 现 机 械 、 电 气 双 重 互 锁功 能 ；n 屏 面 设 置 两 路 进 线 电 源 电 压 表 ， 及 三 相 电 流 表 ；n 交 流 屏 的 监 控 信 号 传 至 直 流 屏 ， 由 直 流 屏 统 一上 传 变 电 站 自 动 化 系 统 。一 、 交 流 电 源 柜 交 流 柜 系 统 原 理 图 NL2L3L1 交 流 电 源 母 线2QF1QF 3QF5SJ7 5SJ7 5SJ740A 40A 40A 6QF5SJ716A 7QF5SJ716A 13QF5SJ716A 14QF5SJ716A 15QF5SJ716A 16QF5SJ716A 20QF5SJ716A19QF5SJ716A18QF5SJ716AFU3 DC220V滤 波 电 源 EMI23H1 3H2 3H3 3H6 3H7 3H13 3H14 3H15 3H16 3H18 3H19 3H205QF5SJ716A3H5 17QF5SJ716A3H17 2#低 压 电 源NL1L2L32SV FU2 2QK2PV1PV1QK FU1 1SVL3L2L1N1#低 压 电 源 交 流 双 电 源 切 换 装 置13PA1TA 4QF避 雷 器WATSN B-100/63.4 CB.RBL1 PA194I-100APZ194U-450VNSX100NA-4P/100A NSX100NA-4P/100ART14-20/6 RT14-20/6 40A5SJ7 FU4 AC模 块 AC3H4FS/3+1 AC20 电 源 与 通 信 到 直 流 屏 n 监 测 两 路 进 线 电 源 电 压 ， 当 某 一 路 三 相 电 压 出现 过 压 、 欠 压 、 失 压 、 缺 相 情 况 时 ， 互 投 装 置会 自 动 切 换 至 另 外 一 路 电 源 工 作 。 本 套 装 置 选用 的 是 自 投 自 复 型 工 作 方 式 （ 可 在 设 定 程 序 中更 改 ） ， 即 以 常 用 电 源 为 主 ， 备 用 电 源 为 辅 ，当 常 用 电 源 出 现 异 常 时 ， ATS切 换 到 备 用 电 源工 作 ； 当 常 用 电 源 恢 复 正 常 时 ， ATS会 切 换 回至 常 用 电 源 工 作 状 态 。 ATS工 作 原 理 ATS控 制 器 ATS控 制 器参 数 设 置 程 序 交 流 柜 控 制 原 理 图 1#交 流 异 常公 共 端交 流 系 统 故 障S7 CPU224 XP Q0.7I1.4I1.52MI1.3I1.1I1.2 2L+2MC O M 2 R S 4 8 5 或 R S 2 3 21号 交 流 电 源 投 切2号 交 流 电 源 投 切 I0.1I1.0I0.6I0.7I0.5I0.3I0.4I0.2 去AC模块去直流屏1MI0.0 R S 4 8 5 或 R S 2 3 2 C O M 1 Q0.0Q0.5Q0.6Q0.4Q0.2Q0.3Q0.11M1L+ 2K12K22K3公 共 端 ML+ DC+24V0V L+M 2#交 流 异 常 Q1.0Q1.1 1号 交 流 电 源 工 作2号 交 流 电 源 工 作交 流 馈 出 正 常 /跳 闸交 流 互 投 装 置 跳 闸 故 障 IMMB+A+V 13GT+GT- 4 AC 21 30 2322 14 19201817 1615 1A T-T+ 231 12 FU-KM+KM 11 252827262429 1B1CN 2A2B2CN N避 雷 器 动 作 JQX1 n 系 统 结 构 ： 单 充 电 机 、 单 电 池 组 、 单 母 线 分 段结 构n 系 统 组 成 ： 由 充 电 模 块 、 电 池 组 、 调 压 装 置 、馈 线 开 关 、 微 机 监 控 装 置 、 接 地 选 线 装 置 、 电池 巡 检 装 置 等 组 成 。二 、 直 流 电 源 柜 直 流 柜 系 统 原 理 图8PA电 池 组80AH.220V3QK -+ V5PV220V.DC 3+1充 电 装 置27QF 自 动 调 压 装 置 26QFL3L2L1N FU66PV避 雷 器 BATU1-U4 28QFER22010/T 2CWL 20A/35V5SJ5-20A RT14-20/6NSX100NA-100APA195I-50APZ195U-450V PZ195U-450V46PA 1TA PA194I-100A 7PA A PA195I-50AQF1015SJ532A 5SJ532AQF104 5SJ516AQF105 5SJ516AQF110 5SJ510AQF111 5SJ510AQF115 QF2015SJ532A 5SJ532AQF204 5SJ516AQF205 5SJ516AQF210 5SJ510AQF211 5SJ510AQF2154QK 5QK备 用 接 地 检 测 装 置5SJ5 250RA31CT1 1CT4 1CT5 1CT10 1CT11 1CT151H1 1H4 1H5 1H10 1H11 1H15 2CT1 2CT4 2CT5 2CT10 2CT11 2CT152H1 2H4 2H5 2H10 2H11 2H15FU7DC24VFU8 触 摸 屏CPU226DC24V模 块滤 波 电 源 EMI1 DY1FU0A 电 池 巡 检 装 置 CPU1 5SJ5 250电 源 模 块 DY2（ 霍 尔 传 感 器 工 作 电 源 ）DC15VDC15V AD模 块 ADZJJ、 JDMK 失 压 继 电 器 K1 CMP电 源 与 通 信 来 自 交 流 屏 充 电 模 块 数 量 选 择n 电 池 组 充 电 电 流 ： I10 8A（ 80/10） （ A型 屏 ） I10 5A（ 50/10） （ B型 屏 ）n 馈 线 负 荷 总 容 量 ；n 冗 余 备 份 N+1或 N+2备 份 方 式n 以 上 三 者 之 和 即 为 充 电 机 总 容 量n 一 般 当 馈 线 负 荷 总 容 量 10A时 ， 对 于 80AH/50AH电池 组 ， 选 用 3*10A模 块 即 可 ， 但 本 次 设 计 中 A型 屏 选择 4*10A充 电 模 块 、 B型 屏 选 择 3*10A充 电 模 块 的 配 置方 式 ， 应 该 是 考 虑 到 两 条 线 路 的 母 线 负 荷 容 量 不 同 的原 因 。 断 路 器 选 择n 充 电 装 置 输 入 断 路 器 ： 交 流 侧 与 直 流 侧 的 输 出 功 率 应 相 同 ， 则 有 ： 模 块 交 流 侧 的 输 出 功 率 P = IU/ 式 中 P： 交 流 输 入 的 功 率 I ： 直 流 输 出 最 大 电 流 U： 直 流 输 出 最 大 电 压 ： 高 频 开 关 模 块 效 率 0.92 P = 4 10 286/0.92=12.43KW（ A型 屏 ） P = 3 1/2 I U COS 式 中 I： 交 流 线 电 流 U： 交 流 线 电 压 COS： 功 率 因 数 取 0.85 则 I = P /31/2 U COS= 12.43 1000/31/2 380 0.85=16 (A) 同 理 ， 计 算 出 B型 屏 充 电 机 交 流 输 入 电 流 I 12(A) 本 套 装 置 中 充 电 机 输 入 断 路 器 选 择 32A（ A型 屏 ） ， 25A（ B型 屏 ） 断 路 器 选 择n 充 电 装 置 输 出 断 路 器 ： In=KcIcn (可 靠 系 数 Kc=1.25 1.5， Icn充 电 机 额 定 电 流 ) 本 套 装 置 中 充 电 机 输 出 断 路 器 选 择 计 算 ： In 40*1.25 50A， 选 择 80A开 关 （ A型 屏 ） In 30*1.25 37.5A， 选 择 80A开 关 （ B型 屏 ）n 蓄 电 池 组 输 出 断 路 器 ： 选 择 InI5.5（ I5.5 蓄 电 池 10h放 电 率 的 5.5倍 ） 与 InKcImax (Kc=2.03.0, Imax为 馈 线 中 额 定 电 流 最 大 者 ） 中 的 大 者 。 本 套 装 置 输 出 断 路 器 计 算 ： 按 放 电 率 计 算 In 44A（ A型 屏 ） ， In 28A（ B型 屏 ） ； 按 馈 出 断 路 器 额 定 电 流 最 大 者 计 算 ： In 32*2 63A 我 们 配 置 的 断 路 器 为 负 荷 开 关 ， 因 此 最 终 选 择 NS100NA。 微 机 监 控 装 置n 采 用 了 PLC+触 摸 屏 的 监 控 方 式 ， 操 作 简 单 、 直 观 ，界 面 友 好 。 从 触 摸 屏 中 可 以 看 到 整 个 交 直 流 系 统运 行 模 拟 图 ， 各 监 测 模 块 的 运 行 状 态 ， 各 运 行 参数 测 量 值 ， 以 及 当 前 发 生 的 报 警 记 录 情 况 和 历 史记 录 。n 微 机 操 作 参 数 设 定 （ 见 参 数 设 定 参 考 ） 。 如 果 直 流 电 源 装置 一 旦 投 入 运 行 ， 只 有 通 过 显 示 按 钮 来 检 查 各 项参 数 ， 若 均 正 常 ， 就 不 能 随 意 改 动 整 定 参 数 。n 操 作 （ 见 PLC说 明 书 ）n 监 测 量 （ 见 直 流 柜 控 制 原 理 图 ） 微 机 监 控 装 置交 、 直 流 屏 各 参 数 设 定 参 考n 充 电 机 设 定 ： 浮 充 电 压 ： 243V 均 充 电 压 ： 254V 均 充 电 流 ： 8/5A（ 80/50AH） 额 定 电 流 ： 40A/30A 浮 均 电 流 ： 3A 均 浮 电 流 ： 1A 恒 压 定 时 ： 3小 时 均 充 定 时 ： 12小 时 自 动 均 充 ： 180天n 控 制 母 线 设 定 ： 控 制 母 线 上 限 ： 242V 控 制 母 线 下 限 ： 198V 绝 缘 电 阻 下 限 ： 24K n 交 流 设 定 ： 交 流 上 限 ： 275V 交 流 下 限 ： 175Vn 电 池 组 设 定 ： 电 池 组 上 限 ： 260V 电 池 组 下 限 ： 198V 单 电 池 上 限 ： 15.5V 单 电 池 下 限 ： 10.8V电 池 节 数 ： 18只 直 流 柜 控 制 原 理 图 电 池 组 异 常充 电 模 块 故 障交 流 电 源 故 障控 制 母 线 接 地控 制 母 线 欠 压控 制 母 线 过 压直 流 系 统 故 障公 共 端 0V I2.0 SIMATIC MICRO S7 CPU226 公 共 端 I2.5I2.7L+MI2.6I2.4I2.3 I2.1I2.2 充 电 机 直 流 正 常 /跳 闸I段 控 制 母 线 馈 出 跳 闸直 流 系 统 接 地电 池 组 开 关 投 切电 池 组 保 险 熔 断自 动 调 压 装 置 故 障充 电 机 交 流 输 入 投 切充 电 机 交 流 正 常 /跳 闸充 电 机 直 流 输 出 投 切 I0.7 I1.42MI1.5I1.6 I1.7 I1.0I1.2I1.1I1.3 C O M 1 R S 4 8 5 或 R S 2 3 2去触摸屏I0.2I0.4I0.3 I0.5I0.6 I0.01MI0.1 去电池巡检仪 R S 4 8 5或 R S 2 3 2 C O M 2 Q1.6 L+DC+24V电源 M Q1.7 1K41K21K3Q0.6 Q1.1Q1.3Q1.2 Q1.5Q1.4 2M2L+Q1.0Q0.7 1K61K71K81K5 Q0.1Q0.3Q0.2Q0.4 Q0.5 1L+MQ0.013 G 电 池 组 电 压控 制 母 线 电 压 78910T+GT- 4 56 AD 21 32333031 2322 14192018171615 充 电 机 电 压 T-T+ 231 12FU-KM+KM 11 252827262429 34 控 制 母 线 电 流 电 池 组 电 流充 电 机 电 流 避 雷 器 动 作I段 母 线 投 切II段 母 线 投 切 1K1 绝 缘 监 察 状 态II段 控 制 母 线 馈 出 跳 闸 接 地 试 验 JQX 微 机 监 控 装 置n 绝 缘 监 察 装 置 配 置 了 绝 缘 监 察 继 电 器 和 接 地 选 线 装 置 互 相 切 换 使 用 的 工作 方 式 。 在 平 时 的 工 作 状 态 中 ， 可 将 接 地 装 置 转 换 开 关 旋转 至 继 电 器 位 置 ， 当 继 电 器 检 测 到 接 地 情 况 时 可 旋 转 至 接地 选 线 装 置 位 置 进 行 支 路 检 测 ， 以 查 到 接 地 支 路 进 行 故 障排 查 。 接 地 试 验 功 能n 电 池 巡 检 装 置 采 用 单 支 电 池 巡 检 模 式 ， 可 对 单 只 及 整 组 电 池 进 行 实 时 监测 ， 数 据 可 从 触 摸 屏 上 直 接 读 到 ， 当 发 生 故 障 时 （ 单 支 或整 组 电 池 过 、 欠 压 ） 微 机 发 出 报 警 并 可 上 传 至 上 位 机 。 为了 更 好 的 进 行 电 池 组 管 理 ， 还 配 备 了 温 度 补 偿 系 统 ， 当 检测 温 度 与 理 想 温 度 （ 25度 ） 有 所 偏 差 时 ， 自 动 调 整 充 电 机输 出 电 压 以 达 到 最 理 想 的 充 电 状 态 。 微 机 监 控 装 置接 地 试 验 阀 控 蓄 电 池 的 充 放 电 管 理n 采 用 I10电 流 进 行 恒 流 充 电 ， 当 蓄 电 池 电 压 达 到 均 充 电 压 设 定 值254V时 （ 2.35*108） ， 恒 压 然 后 随 着 电 池 容 量 的 增 加 ， 充 电 电流 在 逐 渐 的 减 小 ， 当 达 到 设 定 的 均 充 转 浮 充 电 流 值 时 ， 经 过 充电 倒 计 时 时 间 ， 自 动 的 由 均 充 状 态 变 为 浮 充 状 态 ， 电 压 由254V转 到 243V（ 2.25*108） ， 此 时 电 池 中 恒 流 限 压 充 电 转为 恒 压 充 电 。n 补 充 充 电 ： 为 了 弥 补 运 行 中 因 浮 充 电 压 调 整 不 当 ， 造 成 欠 充 电或 电 池 组 每 单 节 电 池 之 间 电 压 偏 压 大 于 0.3V（ 12V电 池 ） ，自 放 电 和 爬 电 漏 电 造 成 蓄 电 池 容 量 亏 损 或 不 均 ， 根 据 需 要 设 定时 间 （ 一 般 为 3个 月 ） ， 充 电 装 置 自 动 （ 手 动 ） 进 行 一 次 恒 流 限压 充 电 恒 压 充 电 浮 充 电 过 程 使 蓄 电 池 随 时 具 有 满 容 量 ， 保持 运 行 安 全 可 靠 。 n 以 上 充 电 均 是 以 电 池 环 境 温 度 25 为 基 准 温 度 的 充 电 电 压 ， 当环 境 温 度 发 生 变 化 时 ， 蓄 电 池 的 充 电 电 压 将 发 生 改 变 。 温 度 每变 化 1 单 格 充 电 电 压 变 化 值 称 为 温 度 系 数 。 温 度 每 升 高 1 每单 格 电 池 充 电 电 压 应 下 降 （ 3 5） mv， 温 度 每 降 低 1 每 单 格电 池 充 电 电 压 上 升 （ 3 5） mv。 阀 控 蓄 电 池 的 充 放 电 管 理n 温 度 每 变 化 1 ， 成 组 电 池 充 电 电 压 应 变 化 （ 0.3240.54） V， 选 取 时 一 般 对 成 组 电 压 （ 108只 /2V、 18只/12V） 温 度 每 变 化 1 ， 电 池 电 压 变 化 0.4V。 n 电 池 的 核 对 性 放 电 ： 长 期 运 行 在 恒 流 限 压 恒 压 充 电浮 充 电 过 程 中 ， 由 于 内 部 缺 水 或 干 裂 等 原 因 ， 无 法判 断 电 池 的 现 有 容 量 ， 只 有 通 过 电 池 核 对 性 放 电 ， 才能 找 出 电 池 存 在 的 问 题 。n 新 安 装 或 大 修 后 的 电 池 组 ， 应 进 行 核 对 容 量 试 验 ， 以后 每 隔 1至 2年 进 行 一 次 核 对 容 量 试 验 ， 运 行 6年 以 上 电池 ， 每 年 作 一 次 核 对 试 验 ， 若 经 过 3次 全 核 对 性 放 电 ，电 池 容 量 达 不 到 80%以 上 ， 可 认 为 此 组 电 池 使 用 年 限已 到 。 n 根 据 现 场 的 实 际 情 况 应 定 期 对 电 池 池 组 进 行 外 壳 清 洁工 作 ， 测 试 电 池 组 单 节 电 池 电 压 ， 测 量 电 池 温 升 ， 蓄电 池 壳 体 是 否 异 常 等 。 固 定 阀 控 密 封 铅 酸 蓄 电 池 运 行 中电 压 偏 差 及 放 电 终 止 电 压 规 定蓄 电 池 标 称 电 压（ 12V）运 行 中 电 压 偏 差 值 0.3V开 路 电 压最 大 最 小 电 压 差 值 0.06放 电 终 止 电 压 值 10.80 (1.80 6) 阀 控 蓄 电 池 的 充 放 电 管 理 n 阀 控 式 密 封 铅 酸 蓄 电 池 运 行 状 态 示 波 图 如 下 图 所 示 ：U(V) I(A) 充 电 机 电 压电 池 组 电 压 充 放 电 电 流232V 242V 232V 0V 242V 232V0.1C 0.06C 0.1C 0.06C 0(A) 0.1C 0.06C2.35V n 2.25V n 2.35V n 2.25V n 1.9V n 2.35V n 2.25V n投 运 前 由 电 池 厂 家 和直 流 屏 厂 家 作 的 工 作 正 常 运 行 720小 时 720小 时 后 进 行恒 压 或 恒 流 充 电 正 常 运 行 交 流 电 源 中 断 时 交 流 电 源 恢 复 后 自 动进 行 恒 压 或 恒 流 充 电 正 常 运 行.05.10.15.20.25.30320300280260240220 一 般 故 障 排 除n 互 投 不 工 作 ： 首 先 检 查 交 流 电 压 是 否 正 常 ， 接 线 端 子 是 否 有 松 动 ， 参数 设 置 是 否 正 确 ， 过 流 保 护 灯 是 否 亮 。 如 果 过 流 保 护 灯 亮 说 明 过 流 跳闸 ， 核 对 馈 出 容 量 ， 手 动 调 整 互 投 并 按 复 位 键 使 控 制 器 重 新 工 作 。n 高 频 开 关 电 源 故 障 ： 检 查 交 流 是 否 缺 相 ， 检 查 模 块 后 边 的 接 插 件 是 否接 触 牢 固 。 （ 交 流 进 线 、 直 流 输 出 、 通 信 线 、 均 流 线 都 在 此 接 插 件内 ） 。n 母 线 电 压 输 出 过 欠 压 ： 首 先 检 查 高 频 开 关 电 源 输 出 电 压 是 否 在 正 常 范围 ， 如 不 在 则 模 块 有 故 障 ， 处 理 模 块 ， 一 般 情 况 下 ， 高 频 模 块 N+1工作 ， 同 时 出 现 故 障 时 较 少 。 检 查 手 动 /自 动 调 压 装 置 是 否 有 问 题 ， 如 调压 装 置 有 问 题 一 般 是 母 线 电 压 过 低 。n 直 流 接 地 ： 发 生 直 流 接 地 故 障 时 ， 如 是 微 机 接 地 选 线 仪 的 可 确 定 某 一支 路 接 地 ， 如 没 有 某 一 支 路 接 地 ， 应 是 母 线 接 地 。 正 常 情 况 时 ， 如 直流 电 源 屏 内 没 有 作 业 ， 此 类 问 题 很 少 发 生 。 n 微 机 系 统 故 障 ： 检 查 各 模 块 间 通 讯 线 是 否 接 插 牢 固 ， 查 看 数 据 采 集 模块 、 输 入 输 出 模 块 、 通 讯 指 示 灯 是 否 闪 烁 ， 如 有 通 讯 指 示 灯 不 闪 烁 ，说 明 此 模 块 通 信 不 正 常 。 结 束 语 感 谢 各 位 的 光 临 指 导谢 谢 ！