直流系统的作用及构成

一、直流系统的作用

变电所直流系统可为各种控制、自动装置、继电保护、信号等提供可靠的直流工作电源，还可作为可靠的操作电源和应急后备电源。

二、直流系统的组成

变电所直流系统一般由蓄电池组、充电设备、直流负荷三大部分组成，变电所直流系统的工作电源通常为220V或110V，弱电直流电压为48V。

1、蓄电池

蓄电池是一种化学电源，它把电能转变为化学能储存起来（充电），使用时把化学能转换为电能供给用电设备（放电）。目前变电所广泛使用的是阀控密封式铅酸蓄电池，其运行方式如下：

1）初充电

新安装或大修中更换的蓄电池组第一次充电称为初充电，初充电电流为1.0I 10 （I10为10h率放电电流）；

2）浮充电

初充电完成后转为浮充电，使蓄电池组始终保持在95%以上的容量；

3）均衡充电

事故放电或浮充电调整不当，造成电池容量亏损时，应进行补充充电，也叫均衡充电。

2、充电设备

目前多使用高频开关电源，先将输入的工频交流电经整流滤波后得到直流电压，再通过功率变换器变换成高频脉冲电压，经高频变压器和整流滤波电路，最后转换成稳定的直流输出电压。对主充电和浮充电装置的一般要求如下：

1）整流装置的输出电压、电流调节范围，应满足蓄电池在充电、浮充电、均衡充电等运行状态下的要求。

2）整流器应具有定电流、恒电压性能，能以自动浮充电、自动均衡充电、手动充电三种方式运行。

3）整流器输出直流的纹波系数不大于2%。

4）整流器内应设必要的短路保护、缺相保护、过电压保护和故障信号。

3、直流母线接线与直流馈线网络

直流母线的接线方式和蓄电池的组数、直流负荷的供电方式以及充电、浮充电设备的配置情况有关，直流母线常采用单母线分段接线方式。在220KV及以下的变电所中，直流系统一般只装设一组蓄电池，直流母线多采用两段母线接线，对直流负荷采用环形供电的形式。

三、直流系统运行操作注意事项

1、直流系统设有电压监视装置、绝缘监察装置，正常时均应投入运行。

2、正常运行时，直流母线电压应保持在额定电压的±4%～5%。

3、正常运行中，直流两段母线应单独运行，不得并列运行而降低可靠性。

4、因直流系统工作需要转移负荷时，允许两段母线短暂并列，但必须注意两段电压一致，且绝缘良好，无接地现象。工作完毕后应及时恢复，以免降低直流系统可靠性。

四、直流系统的运行维护

1、直流系统的检查

直流回路和充电设备的全面检查，应每年不少于一次。

1）检查直流回路各连接点的连接情况，有无发热、氧化现象；

2）检查分合闸电缆是否符合要求；

3）检查充电装置各部件有无异常，仪表是否在校验有效期内。

2、直流系统绝缘电阻

测量时先将直流系统二次回路断开，使用500伏兆欧表进行绝缘测试，绝缘电阻值应符合规定。

3、仪表保护校验及二次线检修

1）按校验规程校验仪表；

2）检查二次回路各项功能应合格，保护可靠；

3）检查二次线螺丝应紧固，绝缘无破损。

4、直流母线及隔离开关检修

1）清扫母线，检查螺丝紧固情况；

2）检查二次接线绝缘皮有无破损，隔离开关分、合有无卡涩；

3）动静触头是否紧密，有无发热、烧伤痕迹。

5、直流接触器的调整与检修

1）清扫灰尘，检查灭弧罩、动静触头、衔铁是否完好；

2）检查线圈绝缘应良好，无破损，无过热迹象；

3）测量触点闭合同期差、开距及压缩行程应符合要求。

五、直流系统的日常巡视检查

1、直流盘

1）检查表计及信号灯，判断直流系统运行情况。

2）检查各控制开关、隔离开关位置应正确，试验正常。

3）检查熔断器应良好，熔丝应配置合理。

4）对电容储能装置，还应检查储能装置是否在充电位置，检查储能容量和电容渗漏油、放电、变形、及连接线情况。

2、蓄电池

1）定期检查测量单个电池电压及总电压；

2）检查电池底板状况，电池底部有无脱落物。

3）检查各电池连接部分应牢固，无腐蚀、无过热。

4）检查配电盘、电池架、连接板、连接线及端子上有无锈斑。

5）检查电池运行中有无发热、膨胀变形、漏液溢酸现象。

3、充电设备

1）检查整流变压器应无过热，整流元件应运行良好。

2）检查在规定运行位置应稳压、稳流、运行良好。

4、蓄电池室

1）温度应在允许范围内。

2）室内照明、通风及其他附属设备应完好。

六、直流系统的一般故障及处理

1、可控硅整流装置故障处理

1）检查交流电源、空气开关、交流接触器、热元件、控制开关是否良好。故障处理后，将直流输出调到最小位置，可试送一次。

2）检查直流母线电压是否过高，若过高，可降低后试送。

3）如故障时过流保护动作，可按复归按钮解除报警，将电流调节旋钮逆时针回零，再缓缓恢复正常值。

4）当浮充机故障退出时，应改用主充机代替其运行。

2、直流母线电压过高或过低处理

直流母线电压过高，会使长期带电的设备过热损坏或继电保护自动装置误动作；电压过低会造成断路器保护动作不可靠及自动装置动作不可靠。

1）电压过高时应降低浮充电流，使母线电压正常；

2）电压过低时应检查浮充电流并进行调节，使母线电压正常。

3、免维护蓄电池故障处理

1）绝缘降低

可能为支架潮湿或绝缘处积有导电性灰尘，应进行清洗。

2）极板短路

可能为极板上活性物质脱落及沉淀物质过多积在极板间，或极板弯曲使隔离板破损。应更换隔离板，清除沉淀物。

3）极板硫化

可能为电解液有问题，或充电方式有问题，应调整电解液密度和充电方法。

4）容器破损

原因为容器质量差，或安装不正确，应短接掉故障电池或更换容器。

七、直流系统的接地故障及处理

1、直流系统接地的危害

直流系统发生一点接地潜在危险性很大，若在同一极的另一点上再发生接地，将构成两点接地短路，因两点接地短接了有关元件，将会造成继电保护误动作，甚至造成断路器误动、拒跳和直流熔丝熔断等严重情况。因此，当直流系统有一点接地时，应尽快找出接地点，隔离并消除故障，防止发展成两点接地。

2、直流系统接地的处理

1）接地处理的一般原则

（1）确定接地性质，是正接地还是负接地，以及是哪段母线接地。

（2）采取按路寻找、分段处理的办法。

①先拉不重要电源，后拉重要电源；

②先室外部分，后室内部分；

③先对有缺陷的分路，后对一般分路；

④先对新投运设备，后对投运已久的设备。

（3）试拉各专用直流回路如继电保护、操作电源、自动装置电源等，应事先取得调度同意后进行，必要时应做好相应措施，切断时间不得超过3s。

（4）处理直流接地，运行人员不得拆动任何直流回路或继保二次小线，只能操作电源小开关、熔断器或连接片。

2）查找接地点时的注意事项

①查找和处理至少须由两人进行。当直流系统发生接地时，应立即停止在二次回路上的工作；

②查找直流接地时，不得拆动任何直流回路或继电保护二次小线，只能操作电源小开关、熔断器或连接片；

③查找直流接地时，应与调度取得联系，对保护回路的试拉，应在调度同意后进行，试拉前应做好防止保护装置误动的措施；

④为防止保护误动作，在直流接地试拉中，当拉信号、闪光或控制开关、熔丝时应正负极同时拉开，或先拉开正电源，再拉负电源；恢复时顺序相反。

⑤查找接地，禁止使用灯泡寻找的办法；

⑥在处理直流系统接地故障时，不得造成直流短路和新的接地点；

⑦两段母线同时发生接地时，严禁并列操作；

⑧当拉路查找不到接地点时，应考虑两点接地或绝缘下降而出现的虚接地，必要时通知继电保护专业人员到场，协助查找并及时消除接地现象，保证直流系统的正常工作。

八、直流系统的检修

1、取出插件。

2、清除各部灰尘，必要时进行清洗。

3、检查所有接线有无过热，并紧固所有螺栓。

4、检查交、直流侧电源开关、接触器及控制开关的触点有无烧伤和不良现象。

5、检查所有开关动作是否灵活。

6、校验电压表、电流表等表计。

7、检查过电压、过电流及短路等保护电路中的元器件有无损伤，并复核保护回路中的继电器定值。

8、检查信号回路中的元器件有无松动和损坏。

9、控制回路的检修

1）对脉冲产生、移相控制和电源等插件板进行清扫检查，并按说明要求测试其功能参数；

2）检查清扫“自动-手动”切换回路、“稳压-稳流”调整回路的元器件。

10、主回路的检修

1）检查主回路中的熔断器、热继电器及阻容保护等元件有无损伤、过热等异常现象；

2）检查整流变压器有无过热和短路现象；

3）检查滤波电容有无漏液、变形及滤波电感有无过热、损伤现象；

4）检查主整流元件及高频开关功率模块有无过热、老化现象，必要时测量其主要参数；

5）检查降压回路硅元件有过热、老化现象。

11、修理或更换已老化或损坏的电子元器件。

12、辅助系统检修

1）检修冷却风扇；

2）测量检测点的主要性能参数；

3）测量主回路绝缘电阻

用500伏兆欧表测量，且应断开主回路中的电子元件或将电子元件短接。

九、铅酸蓄电池直流系统的运行维护

采用铅酸蓄电池组作直流电源，不受供电系统运行情况的影响，工作可靠；但由于它充电时要排出氢和氧的混合气体，有爆炸危险，而且随着气体带出的硫酸蒸汽有强腐蚀性，对人身健康和设备安全都有很大影响。因此铅酸蓄电池组一般要求单独装设在一个房间内，而且要考虑防腐防爆，因而投资很大。现在一般工厂供电系统中采用的越来越少。

1、运行中的检查内容

1）检查充、放电的电流；

2）检查极板颜色和形状；

3）检查电解液液面温度和密度；

4）检查蓄电池电解液冒泡的情况是否正常；

5）检查沉淀物；

6）检查绝缘电阻；

7）检查各接头和连接导线；

8）电池容器应无倾斜，表面应清洁；

9）检查直流母线的电压是否正常；

10）检查室内温度是否正常。

2、运行中的检查注意事项

1）对充、放电电流的检查时，若用大电流充放电时，会使极板脱粉或弯曲变形，电池容量减少，故应摸清负荷变化规律，随时注意充电及放电电流的大小，并做好记录。充、放电前应计算上次放出或充入的电量，以免过充、过放或充电不足。放电后应及时充电，即使有特殊情况，也不得超过24小时。

2）在充好电后，正极板是深褐色(过二氧化铅)，负极板是深灰色(铅绵)。在放电后，正极板是浅褐色，负极板是浅灰色。极板形状不应弯曲、短路、断裂和鼓肚，极板上不应生盐，有效物质(PbO2)不应大量脱落。极板与极板间之距离应相等。在检查极板中如发现异常情况，应查明原因，及时消除，并做好记录。

3）电解液的液面应经常高于极板上缘10~20mm。如液面下降至10mm以下，这可能是由于室温过高，电解液蒸发较快所致,则应在充电开始前加入纯水或蒸馏水，以防极板顶部翘曲。

蓄电池的电解液在运行中的温度不得低于10℃，不得高于25℃，在充电过程中不得超过40℃。

在浮充电运行时，蓄电池的电解液密度值一般应保持为1.20~1.21。电解液的密度随温度的增减而变化，温度升高，密度值下降，温度降低，密度升高。若电解液的密度值高于1.25时，则应补加蒸馏水；若密度值低于1.21时，则应补加稀硫酸溶液。

4）电池在正常情况下，沉淀物的高度距极板下缘应在10mm左右。沉淀物的种类很多，如充电电流过大，时间太长，则正极板上的活性物质(过二氧化铅)脱落下来，沉淀到电池底部，便成为褐色沉淀物。如由于极板生盐(过放电引起)或电解液中含有害物质，则电池底部有白色沉淀物。如果沉淀物与极板相连，则电池底有蓝色沉淀物。如果由于电池工作不均衡，或蒸馏水质量不良， 则电池底部有成层(一层褐、一层灰、一层白)的沉淀物。

5）在检查绝缘电阻时，应定期检查蓄电池的绝缘电阻，用电压表法测出的绝缘电阻值应不小于0.2MΩ(电池电压为220V)。

6）要经常检查各接头与导线连接是否紧密，有无腐蚀现象。在各连接处应涂上凡士林或黄油，以防锈蚀及酸液浸蚀。

7）直流母线电压应正常，保持在225V，允许变动范围为220~230V。因为母线电压过高会引起设备的损坏；母线电压过低会降低继电保护和自动装置动作的灵敏度，造成拒绝动作，所以应对直流母线电压进行及时调整。

蓄电池应经常处于浮充电方式，每个蓄电池的电压应在2.15V，允许变动范围为2.1~2.2V，这样可使蓄电池处于满充电状态。如果浮充电压太高，会发生过充电现象，从外部能看到有强烈的气泡产生，这时需经常加蒸馏水；若浮充电压过低，就会发生充电不足现象。所以，对电解液的浓度要经常调整，便电池电压在允许范围内。

8）蓄电池室应保持适当的温度(10℃~30℃)，并保持良好的通风和照明。当室温超过25℃时，则应起用通风装置；当室温低于10℃时，应开起取暖装置。

十、镉镍蓄电池直流系统的运行维护

采用镉镍蓄电池组作直流电源，除不受供电系统运行情况的影响、工作可靠外，还有大电流放电性能好、比功率大、机械强度高、使用寿命长、腐蚀性小、无需专用房间，从而大大降低了投资等优点，因此在工厂供电系统中应用比较普遍。

1、镉镍蓄电池的类型

1、镉镍蓄电池按电气性能可分为超高倍率、高倍率、中倍率、低倍率几种类型。这里所说的倍率是指放电倍率，即用镉镍蓄电池的额定容量值为基数，放电倍率就是指在保证一定的放电电压条件下，最大能放出几倍额定容量值的电流。如100Ah镉镍蓄电池，用3额定容量值的倍率放电，放电电流为3x100=300A。镉镍蓄电池的放电倍率高于7额定容量值的为超高倍率；在3.57之间的为高倍率；在0.53.5之间的为中倍率；低于0.5的为低倍率。

2、超高倍率的镉镍蓄电池一般为全烧结式，价格较贵。高倍率的镉镍蓄电池一般为半烧结式，即正极板是烧结式的，负极板是拉浆式的或压成式的，比它同容量全烧结式的价格低5%~20%，因而应用较为广泛。中、低倍率镉镍蓄电池，目前我国大都采用袋式的，它因价格较低而被广泛应用。

2、镉镍蓄电池的参数

1）额定电压

额定电压是指蓄电池工作时必须保证的电压，镉镍蓄电池的额定电压，国标定为1.2V。

2）终止电压

终止电压是指蓄电池放电时电压下降到不宜再继续放电的电压。其数值随不同的放电率以及对容量、寿命要求不同而异。镉镍蓄电池的5h放电率的终止电压是1.0V。

3）充电电压

充电电压是指蓄电池按正常充电率充电时蓄电池的最高电压，镉镍蓄电池一般在1.6~1.7V。

4）额定容量

额定容量是指在规定条件下(如环境温度、放电率、终止电压)蓄电池能放出的最低电量，用Ah表示。镉镍蓄电池的额定容量是用5h放电率的容量来表示的，用符号C5代表。

5）放电率

放电率是指镉镍蓄电池在规定的时间内放出其额定容量时所输出的电流值。如500Ah，用5h率放电，其电流是100A。

3、运行中的检查内容

1）检查充、放电的电流。

2）检查极板颜色和形状。

3）检查电解液液面温度和密度。

4）检查沉淀物。

5）检查绝缘电阻。

6）检查各接头和连接导线。

7）电池容器应无倾斜，表面应清洁。

8）检查直流母线的电压是否正常。

9）检查室内温度是否正常。

4、运行中的检查注意事项

经检查后确认需要加入电解液时，应注意选择用适当温度下使用的电解液。若电池在较高的温度下工作而注入较低温度下使用的电解液，则会缩短蓄电池的寿命。或电池在较低的温度下工作而注入较高的温度下使用的电解液，则会减少蓄电池的容量。