火力发电厂直流系统.docx

火力发电厂直流系统一、概述发电厂和变电所的电气设备分为两类：一次设备和二次设备。发电机、变压 器、电动机、断路器、隔离开关等属于一次设备。为了安全、经济地发、供电， 需对一次设备及其电路进行测量、操作和保护，因而需装设辅助设备，如各种测 量仪表、控制开关、信号器具、继电器等。这些辅助设备称作二次设备。二次设 备互相连接而成的电路叫做二次回路。向二次回路中的控制、信号、继电保护和 自动装置供电的电源称作操作电源。操作电源一般采用直流电。为保证对机组的 直流油泵、断路器合闸机构、直流事故照明、UPS等动力负荷及控制、信号、继 电保护和自动装置等控制负荷供电，确保机组的安全，参照火力发电厂、变电 所直流系统设计技术规定，每单元机组装设一套直流系统。直流系统由蓄电池 组、充电器、直流主屏及直流分屏等组成。我厂系统如下所示：I5T-2CU -玷皿51814 aio/2交流配电单元|07图07 交流配电单元W.2偈山2模入开入开出通信5050每月自放电率(%)4%4%电解液吸附系统方式胶体，硅蛀胶体，硅蛀单体电池额定电压(V)22单体电池浮充电电压(V)2. 23-2. 272. 23-2. 27单体电池均衡充电电压(V)2. 3-2.42. 3-2.4项目主厂房220V电池组主厂房110V电池组单体电池放电终止电压（V）1.81.8蓄电池正常浮充电电流（mA）40-8040-80蓄电池均衡充电电流（A）200150蓄电池均衡充电时间（h）1212浮充电时电池温升（K）55均充电时电池温升（K）55lh率放电容量（Ah）904待核实3h率放电容量（Ah）1488待核实10h率放电容量（Ah）2000800 （待核实）六、直流系统的运行方式1、110V直流系统运行方式：1）#1 （或#2）机组110V直流系统正常运行方式：#1充电装置带直流 110V母线I段和#1蓄电池组运行；#2充电装置带直流110V母线II段和#2蓄电 池组运行；#3充电装置作#1、#2充电装置的备用（交流进线电源开关在合闸位 置）。对于双电源直流供电网络，应开环运行。2）#1 （或#2）机组110V直流系统非正常运行方式：a. #1充电装置退出运行，#3充电装置带直流110V母线I段和#1蓄电池组 运行；b. #2充电装置退出运行，#3充电装置带直流110V母线II段和#2蓄电池组 运行；c. #1 （或#2）充电装置带直流110V母线I段、II段和#1 （或#2）蓄电池组 运行，相应分段联络刀闸在合。d. #3充电装置带直流110V母线I段、II段和#1 （或#2）蓄电池组运行，相 应分段联络刀闸在合。2、220 V直流系统运行方式：D220V直流系统正常运行方式：每台机组一台220V充电装置带本机组220V 直流母线和蓄电池运行，另一台充电装置备用（交流进线电源开关在合闸位置）。a) 220V直流系统非正常运行方式：#1 (或#2)机组充电装置退出运行，备 用充电装置带#1 (或#2)机组220V直流母线和蓄电池运行。七、直流系统的维护检查1. 蓄电池的维持检查蓄电池组的维护检查工作由其检修专责负责执行。(1) 蓄电池组的维护工作有电解液的配制；检查并保持蓄电池电解液液面 和比重在正常范围，否则加以调整；对蓄电池进行定期充、放电；蓄电池端电压、 液温、比重的监视、测量及记录；处理蓄电池内部缺陷，如极板短路、生盐及脱 落等；保持蓄电池完好及其整洁，经常擦洗蓄电池等设备表面的污秽和进行清扫 工作；各种安全工具、备用、药品及防护用品等配齐，安全措施完备；己放电使 用过的电池必须在24小时内充电，以保证其额定容量不变。(2) 蓄电池检查项目包括：蓄电池室禁止引入火种；蓄电池室应清洁、干 燥、阴凉、通风良好，门窗应关闭，无阳光直射，且温度为540C,相对湿度 不大于80%。2. 硅整流装置维护检查(2)启动前的检查检查设备有无紧固件松动，导线连接处松动或断裂，绝缘破损，焊接处脱焊 等异常现象。必要时应对有关回路摇测绝缘电阻值。装置上的各种表计、信号、指示灯、保险、切换把手、刀闸等均应无异常, 并在正常状态。(2)运行中的检查充电装置接班前必须检查一次，发现异常提请上班人员调整，班中经常检查 并调整使其正常。充电装置各元件无过热、异常和强振现象，浮充电流在正常范围内。充电线线电压在规定范围内运行，否则应调整充电装置输出。各保险无熔断现象，表计及信号正确。3. 直流盘的维护检查直流盘的检查每班不少于四次。母线电压、浮充电电流及负荷电流正常。直 流系统绝缘良好。闪光装置动作正常。各表计指示及指示灯正常。各继电器及保 险正常完好。盘内无异常响声及气味，盘面整洁无杂物。负荷开关位置正确。八、直流系统的异常及事故处理1直流母线电压异常现象：集控室“直流故障”报警；就地直流配电盘上低电压继电器或过电压继 电器有指示；就地电压表指示异常。原因：充电装置故障；蓄电池断开；蓄电池放电。处理：就地检查电压高还是电压低；检查充电装置己自动切换至适合的充电 方式，否则手动切换；如充电装置由于电压高而跳闸，可由蓄电池单独向母线供 电，待电压降至额定值时，再投入充电装置运行。2直流系统接地现象：集控室“直流母线故障报警；直流母线上绝缘监测装置有接地报警指 示；直流正或负母线对地电压超过报警值。原因：蓄电池接地故障；负载接地故障；母线接地故障。处理：1）测量对地电压，判明接地极及接地性质；2）首先对作业设备查找，若因工作引起接地，则应排除故障，并终止其工 作；3）了解有无刚启动的设备，对该设备试拉；4）通过绝缘监察装置巡查绝缘低支路情况，如未查到接地点，贝U：试拉直 流负荷支路、试停闪光装置、试停微机绝缘监察装置、按运行操作程序检查充电 装置和蓄电池回路。5）如经以上检查未查出接地点，则是母线接地，应及时汇报有关部门联系 处理。查找直流接地时的注意事项：1）试拉热工电源时，必须经值长同意。2）试拉负荷前，应通知有关值班人员，试拉后，不论回路是否接地，均应 立即送电。3）经值长同意试拉保护电源，应短时退出有可能动作的保护。4）查找直流系统接地必须二人进行，一人操作，另一人监护。5）查找接地时间不应超过2小时。3整流器故障现象：中央信号音响动作，u110V（220V）整流装置交流消失”或“整流器故障” 光字牌亮。整流器主开关跳闸。整流器输出为零，蓄电池放电，直流母线电压下降处理：1）检查硅整流装置有无异常。2）检查硅整流装置保险是否熔断。3）检查硅整流装置过电压、过电流保护是否动作。4）复归保护装置，更换保险，重新启动装置正常后，恢复其运行。5）若启动不成功，应投入备用硅整流装置，通知电气检修处理故障整流装 置。4蓄电池出口保险熔断（或出口开关跳闸）现象：中央信号动作“蓄电池熔断器熔断”监视灯灭（或“蓄电池组空气开关跳 闸”光字牌亮）。直流母线电压波动，蓄电池的浮充电流为零。处理：1）检查确认蓄电池出口保险熔断（或出口空气开关跳闸）。2）判断故障设备，分析原因。3）设法消除故障，恢复设备运行。4）若无法排除故障，应倒为备用直流系统工作母线供电。5直流系统母线失压现象：失压母线电压至零，“直流母线故障”及所控回路的失压报警等光字牌 亮。硅整流装置跳闸，蓄电池保险熔断，蓄电池出口熔断器监视灯灭。直流配电 室各路负荷电源的监视灯均灭，接至该直流系统的控制盘信号指示灯熄灭。处理：1）检查充电装置跳闸原因。2）检查蓄电池组出口保险是否熔断（或出口空气开关是否跳闸）。3）如母线有明显故障，将该系统及其负荷停电，查明故障点，通知检修处理。4）如系蓄电池组故障引起，应将该直流系统工作母线与另一台机组直流系 统联络运行，并将该蓄电池组和对应充电装置退出运行。5）如系负荷故障引起熔断器越级熔断，应将该负荷停电，恢复直流系统正 常运行，并通知检修对故障负荷进行检查处理。6蓄电池着火处理将故障蓄电池组所带直流母线倒由正常运行的另一台机直流系统供电，并退 出故障蓄电池组及其充电装置。及时通知消防部门并用C02灭火器灭火。灭火时应载戴防毒面具并防止身体 直接接触硫酸溶液。图86 220V直流系统图充电装置基本技术参数1充电装置型式：2交流输入：3直流输出电压：最高输出电压：4输出电压调整：5稳压精度：稳流精度：6效率：7功率因数：8纹波系数：0. 1 %9可靠性指标：10并机均流不平衡度：11防雷能力：局频开关电源380V20%220V(110V)242V(121V)95%117%UnW0. 2%W0. 5%N94 %NO. 94(带电阻性负载时)MTBF 100000 小时40kA12噪 音： 55dB （距屏Im处）13动态响应W200 US14 充电装置屏尺寸：（高X宽X深）2260X800X600 （mm）三、技术性能1直流系统接线方式及充电装置工作方式每台机组设置三组蓄电池，其中两组110V蓄电池，一组220V蓄电池。110V 蓄电池组采用单母线分段接线方式，220V蓄电池组采用单母线接线方式。110V 两组蓄电池配三套高频开关电源装置。220V 一组蓄电池配两套高频开关电源装 置。辅助车间设一套110V成套设备。2.充电装置采用微机型高频开关电源，充电装置由微机监控器、模块控制 器和智能充电模块组成。模块可带电插拔，任一模块退出运行均不影响系统的正 常运行。220V单个模块输出40A。总模块输出240Ao 110V单个模块输出50A。 总模块输出250Ao控制方式有自动和手动，当自动控制故障或检修时，转入手 动控制。充电装置具有手动充电、自动均衡充电、浮充电及均、浮充电流、电压 的设置等功能。当蓄电池事故放电后，能对蓄电池自动进行补充电。还能适应蓄 电池组初充电要求和根据温度变化自动补偿浮充电电压的功能，确保蓄电池组不 会因环境温度的变化而造成过充电或欠充电。3充电装置具有良好的自动稳流、自动稳压、限流、过流保护、过电压保 护、欠压保护、交流电压缺相保护、电池过充放、三相不平衡保护和微机自检等 功能，能经受长时间过电流而不损坏。在过流、过压、交流电压缺相、三相不平 衡及装置故障时，_4装置采用强迫风冷，并采用用独立风道和在所有印制版上涂防尘胶等防 尘措施，确保产品不会因灰尘产生误动现象。5充电装置输出故障，交流电压存在的情况下，外部直流母线的反送电不 会损坏充电装置元件。当蓄电池断开维修时，充电装置能向不接地的直流系统供 电。6充电装置具有软启停功能（即设备在开机过程中，输出电压的建立是从 零伏逐渐上升到额定值的起动过程），避免对电池造成冲击。7交流输入端设有避雷器，压敏电阻（防浪涌电压），能有效的防止过电压和浪涌过电压对系统元器件造成损害。8充电装置面板上设有各种运行和故障显示。a）面板显示（精度不低于1级）：1）充电装置输入交流电压2）充电装置输出直流电压和输出直流电流3）表示充电装置状态的指示b）面板报警显示：1）交流电源消失（全部三相）2）低电压（整定点可调）3）充电装置故障4）充电装置直流过压9与厂内DCS系统的通信每台机组充电装置的微机监控单元之间及与直流屏上的绝缘检测装置间通 过网络连接，采用数字通信，接口标准采用国际标准。将一台充电装置屏上的微 机监控单元作为主单元与厂内DCS、系统进行通信，接口标准采用开放的国际标 准。a）可对以下模拟量进行监视；母线电压、充电装置的输入/输出的电流及电压、每组蓄电池的电压、浮充 电流、放电电流、放电容量。b）可对以下开关量进行监视：充电装置交流断开、充电装置直流断开、蓄电池断开、充电装置断相、 充电装置故障及报警、馈线开关断开、馈线故障报警。装置具有标准通信接口实现与通信功能，对重要的模拟量采用变送器将模拟 量信息上传，对重要的开关量信号，通过无源干接点，上传故障或状态信息。10充电装置屏采用与直流屏一致的PED-P型电力系统新型直流屏。11微机蓄电池巡检装置WXJ型微机蓄电池巡检装置，可以对单只电池的电压、容量进行分组（6只 /组）实时监测，并提供单组电池电压过高或过低、蓄电池内部开路或短路、蓄 电池充放电电压异常等监测和告警功能，检出超标蓄电池，帮助运行人员及时掌 握蓄电池的运行工况。并可以通过RS485通信接口与直流系统监控装置连接实现 信息交换，上传单只蓄电池的采集参数和运行状况。12直流屏均采用PED-P型电力系统新型直流屏，固定分隔式封闭柜体结构。13直流屏上配有独立的微机绝缘监察装置，采用北京华星恒业公司 HY-DC2000型产品该产品可在线检测直流系统的对地绝缘状况（包括直流母线、蓄 电池回路、每个电源模块和各个馈线回路绝缘状况），并自动检出故障回路，在 线监视直流母线的电压，过高或过低时均发出报警信号；该产品设有液晶汉字显 示和操作键盘，具有友好的人机对话界面，操作简单，工作可靠等特点。微机绝 缘监察装置（包括各馈线上的辅助CT）,能监视直流母线的绝缘状况。若某馈线 支路发生接地故障，能显示其极性、路号、接地电阻值及时间记录下来，并通过 通信接口将信息送入计算机监控系统，该装置面板上有以下显示：a）接地报警。b）电压越限报警。c）通信指示等。14逆变电源采用高频开关型。输入220V10%、输出220Vl%o四回输出, 具有市电异常保护功能和输出过电压保护功能。15放电柜采用逆变放电形式，电流分别为220A/220V、100A/110V四、蓄电池基础知识蓄电池是一种独立可靠的直流电源。尽管蓄电池投资大，寿命短，且需要很 多的辅助设备（如充电和浮充电设备、保暖、通风、防酸建筑等），以及建造时间 长，运行维护复杂，但由于它具有独立而可靠的特点，因而在发电厂和变电所内 发生任何事故时，即使在交流电源全部停电的情况下，也能保证直流系统的用电 设备可靠而连续地工作。另外，不论如何复杂的继电保护装置、自动装置和任何 型式的断路器，在其进行远距离操作时，均可用蓄电池的直流电作为操作电源。 因此，蓄电池组在发电厂中不仅是操作电源，也是事故照明和一些直流自用机械 的备用电源。蓄电池是储存直流电能的一种设备，它能把电能转变为化学能储存起来（充 电），使用时再把化学能转变为电能（放电），供给直流负荷，这种能量的变换过程 是可逆的，也就是说，当蓄电池己部分放电或完全放电后，两极表面形成了新的 化合物，这时如果用适当的反向电流通入蓄电池，就可使已形成的新化合物还原 成原来的活性物质，供下次放电之用。在放电时，电流流出的电极称为正极或阳极，以“ + ”表示；电流经过外电路之后，返回电池的电极称为负极或阴极，以”表示。根据电极或电解液所用物质的不同，蓄电池一般分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种。下面以铅酸蓄电池为例，对蓄电池的构造、工作原理进行介绍。1铅酸蓄电池的构造蓄电池由极板、电解液和容器构成, 如图6-6所示。极板分正极板和负极板，在正极板上的活 性物质是二氧化铅（PbO2）,负极板上的活性物质是灰色海绵状的金 属铅（铅绵），电解液是浓度为27%37%的硫酸水溶液（稀硫酸），其比重在15C时为1： 21,放电时比重稍为下降。正极板采用表面式的铅板，在(a)(b)(a)(b)图87蓄电池工作原理（a）蓄电池放电；（b）蓄电池充电1 容器；2电解液；3-二氧化铅板（正极）；4.铅板（负极）；5.灯泡；6.直流发 电机铅板表面上有许多肋片，这样可以增大极板与电解液的接触面积，以减少内电阻 和增大单位体积的蓄电容量。负极板采用匣式的铅板，匣式铅板中间有较大的栅格，两边用有孔的薄 铅皮加以封盖，以防止多孔性物质（铅绵）的脱落。匣中充以参加电化学反应的 活性材料，即将铅粉及稀硫酸等物调制成浆糊状混合物，涂填在铅质栅格骨架上。极板在工厂经过加工处理后，正极板的有效物质为深棕色二氧化铅，负 极板中的有效物质是淡灰色绵状金属铅。正、负极板之间用多孔性隔板隔开，以 使极板之间保持一定距离。电解液面应该比极板上边至少高出10mm,比容器上边至少低1520mm。前者是为了防止反应不完全而使极板翘曲，后者是防止电解液沸腾时从 容器内溅出。蓄电池中负极板总比正极板多一块，使正极板的两面在工作中起的 化学作用尽量相同，以防止极板发生翘曲变形。同极性的极板用铅条连接成一组, 此铅条焊接在极板的突出部分，并用耳柄挂在容器的边缘上。为了防止在工作过 程中有效物质脱落到底部沉积，造成正、负极板短路，所以极板下边与容器底部 应有足够距离。容器上面盖以玻璃板，以防灰尘侵入和充电时电解液溅出。2、蓄电池的工作原理1) 放电把正、负极板互不接触而浸入容器的电解液中，在容器外用导线和灯泡 把两种极板连接起来，如图6-6 (a)所示，此时灯泡亮，因为二氧化铅板和铅板 都与电解液中的硫酸起了化学变化，使两种极板之间产生了电动势(电压)，在导 线中有电流流过，即化学能变成了使灯泡发光的电能。这种由于化学反应而输出 电流的过程称为蓄电池放电。放电时，正负极板上的活性物质都与硫酸发生了化学变化，生成硫酸铅 PbS04o当两极板上大部分活性物质都变成了硫酸铅后，蓄电池的端电压就下降。 当端电压降到1.81.75V以后，放电不宜继续下去，此时两极板间的电压称为终 止放电电压。在整个放电过程中，蓄电池中的硫酸逐渐减少而形成水，硫酸的浓度减少， 电解液比重 降低，蓄电池内阻增大，电动势下降，端电压也随之减小，此时， 正极板为浅褐色，负极板为深灰色。必须注意，在正常使用情况下，蓄电池不宜过度放电，因为在化学反应 中生成的硫酸铅小晶块在过度放电后将结成体积较大的大晶块，晶块分布不均匀 时，就会使极板发生不能恢复的翘曲，同时还增大了极板的电阻。放电时产生 的硫酸铅大晶块很难还原，妨碍充电过程的进行。2) .充电如果把外电路中的灯泡换成直流电源，即直流发电机或硅整流设备，并 且把正极板接外电源的正极，负极板接外电源的负极，如图6-6 (b)所示，当外 接电源的端电压高于蓄电池的电势时，外接电源的电流就会流入蓄电池，电流的 方向刚好与放电时的电流方向相反，于是在蓄电池内就产生了与上述相反的化学 反应，就是说，硫酸从极板中析出，正极板又转化为二氧化铅，负极板又转化为 纯铅，而电解液中硫酸增多，水减少。经过这种转化，蓄电池两极之间的电动势 又恢复了，蓄电池又具备了放电条件。这时，外接电源的电能充进了蓄电池变成 化学能而贮存了起来，这种过程称为蓄电池充电。充电过程使硫酸铅小晶块分别还原为二氧化铅（正极板）和铅绵（负极 板），极板上的硫酸铅消失。由于充电反应逐渐深入到极板活性物质内部，硫酸 浓度就增加，水分减少，溶液的密度增大，内阻减少，电势增大，端电压随之上 升。当充电电压上升到大约2.3V时，极板上开始有气体析出：正极板上逸 出氧气，负极板上逸出氢气，造成强烈的冒气现象，这种现象称为蓄电池的沸腾。 沸腾的原因是负极板上硫酸铅己经很少了，化学反应逐渐转变为水的电解所造 成。上述两种反应同时进行时，需要消耗更多的能量，浪费蒸馅水和电力，因此, 为了维持恒定的充电电流，应逐渐提高外加电源的电压。为了减少能量损耗，防止极板活性物质脱落损坏，因此在充电终期时， 充电电流不宜过大，在有气体放出时应减少充电电流。在充电终期时，正、负极 的颜色由暗淡变为鲜明，蓄电池发生强烈的汽泡，当蓄电池端压在2.52.7V并 经lh不变，即认为充电已完成。3）.蓄电池自放电现象由于电解液中所含金属杂质沉淀在负极板上，以及极板本身活性物质中 也含有金属杂质，因此，在负极板上形成局部的短路，形成了蓄电池的自放电现 象。通常在一昼夜内，铅蓄电池由于自放电，将使其容量减少0.5%1%。自放 电现象也随着电解液的温度、比重和使用时间的增长而增加。4）,蓄电池放电和充电程度的测量己知放电时电解液因硫酸减少而变稀；充电时，电解液因硫酸增多而变 浓。因此，电解液的浓度就代表着蓄电池放电和充电的程度。电解液的浓度用其 密度大小来衡量。液体的比重是液体的质量与相同容积水的密度的比值。水的密 度为I,蓄电池使用的纯硫酸的密度是1.83,因此电解液的比重总是大于1。具 体数字要看其中所含硫酸的多少而定。蓄电池放电放得越多，电解液中硫酸越少, 比重就越小；反之，充电充得越多，电解液中硫酸越多，比重就越大。电解液的 比重和温度有密切关系，例如温度升高，电解液受热膨胀，比重就降低。通常， 在室内温度为20C时，充足电的蓄电池，它的电解液比重是；当蓄电 池放电到电解液比重为时。它的正、负极板已接近于全部转化为硫酸 铅，此时应该停止放电。电解液比重可以用比重计测量，但测试用的比重计不可能测出极板细孔 中电解液的比重，故必须在电池静止状态(停止充、放电时)进行测试较为准确。用电压表在蓄电池两极板之间测出的电压叫蓄电池的端电压。手电筒用 的干电池，不论是几号电池，每节电池的额定电压都是1.5Vo蓄电池的电压也与 容量大小无关，额定电压均为2V。5) ,蓄电池的电势和容量蓄电池电势的大小与蓄电池极板上活性物质的电化性质和电解液的浓 度有关，与极板的大小无关。当电极上活性物质已固定后，铅蓄电池的电势主要 由电解液的浓度决定。因此，蓄电池的电势可近似由下式决定E = 0.85 + d(8-1)式中：d为电解液的比重为铅蓄电池的电势(V)； 0.85为铅蓄电池电势 的常数。电势与电解液的温度有关。当温度变化时，电解液的粘度要改变，粘度 的改变会影响电解液的扩散，从而影响放电时的电势，因而引起蓄电池容量的变 化。运行中蓄电池室的温度以保持在1020C为宜，因为电解液在此温度范围 内变化较小，对电势影响甚微，可忽略不计。蓄电池在运行中，不允许电解液的 温度超过35CO蓄电池的容量就是蓄电池的蓄电能力o通常以充足电的蓄电池在放电期 间端电压降低10%时的放电电量来表示。一般以IOh放电容量作为蓄电池的额定 容量。当蓄电池以恒定电流值放电时，其容量等于放电电流和放电时间的乘 积，即Q=lt(8-2)式中Q.为蓄电池容量(Ah)；I为放电电流(A)；t为放电时间(h)o蓄电池在使用过程中，其容量主要受放电率和电解液温度的影响。(1)放电率对蓄电池容量的影响蓄电池每小时的放电电流称作放电率。蓄电池容量的大小随放电率的大小而 变化，一般放电率越高，则容量越小，因蓄电池放电电流大时，极板上的活性物