电气二次回路的基本知识

电气二次回路的基本知识 一、二次回路及其作用 发电厂和变电所的电气设备可分为一次设备、二次设备。(经常还将远动或测控设备称为三次设备，通讯设备称为四次设备) 一次设备:也称主设备，是构成电力系统的主体。它是直接生产、输送与分配电能的设备，包括如:发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆与输电线路等。 二次设备:是对一次设备及系统进行控制、调节、保护和监测的设备。它包括:控制设备、继电保护和安全自动装置、测量仪表、信号设备等。 二次回路:二次设备按照一定规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路。 二、二次回路的范围 控制回路:由控制开关与控制对象(如断路器、隔离开关)的传递机构、执行(或操作)机构组成。其作用是对一次设备进行“合”、“分”操作。 调节回路:是指调节型自动装置。如由VQC系统对主变进行有载调压、对电容器进行投切的装置，发电机的励磁调节装置。它是由测量机构、传送机构、调节器和执行机构组成。其作用是根据一次设备运行参数的变化，实时在线调节一次设备的工作状态，以满足运行要求。 继电保护和自动装置回路:是由测量回路、比较部分、逻辑部分和执行部分等组成。其作用是根据一次设备和系统的运行状态，判断其发生故障或异常时，自动发出跳闸命令有选择性地切除故障，并发出相应地信号，当故障或异常消失后，快速投入有关断路器(重合闸及备用电源自动投入装置)，恢复系统的正常运行。 以上主要是指常规的电磁型继电器等构成的保护与自动装置 测量回路:由各种测量仪表及其相关回路组成。其作用是指示或记录一次设备和系统的运行参数，以便运行人员掌握一次系统的运行情况，同时也是电能质量、计算经济指标、了解系统潮流和主设备运行工况的主要依据。 综合自动化已使该回路与三次回路的分界点越来越模糊 信号回路:由信号发送机构和信号继电器等构成。其作用是反映一、二次设备的工作状态。 操作电源系统:由电源设备和供电网络组成，它常包括直流电源系统和交流电源系统。其作用主要是给控制、保护、信号等设备提供工作电源与操作电源，供结主变冷却、结水与结煤等动力设备，确保发电厂与变电所所有设备正常工作。 部颁《继电保护及安全自动装置运行管理规程》中连接保护装置的二次回路(继电保护专业管理): 1)从电流互感器、电压互感器二次侧端子开始到有关继电保护装置的二次回路(对多油断路器或变压器等套管互感器，自端子箱开始。 2)从继电保护直流分路熔丝开始到有关保护装置的二次回路。 3)从保护装置到控制屏和中央信号屏间的直流回路。 4)继电保护装置出口端子排到断路器操作箱端子排的跳、合闸回路。 高频通道:以结合滤波器的初级、次级为分界点。 三、二次回路的图纸 二次图纸:通常分为“原理接线图”和“安装接线图”。 原理接线图:通常又分为“归总式原理接线图”和“展开式原理接线图”。 1)归总式原理接线图:简称原理图，它以整体的形式表示各二次设备之间的电气联接，一般与一次回路的有关部分画在一起，设备的接点与线圈是集中画在一起的，能综合出交流电压、电流回路和直流回路间的联系，使读图者对二次回路的构成及动作过程有一个明确的整体概念 (例图P4 图1,1 10kV线路过流保护原理图，缺点,) 2)展开式原理接线图:以分散的形式表示二次设备之间的连接。展开图中二次设备的接点与线圈分散布置，交流电压、交流电流、直流回路分别绘制。这种绘制方式容易跟踪回路的动作顺序，便于二次回路的，也容易在读图时发现回路中的错误。 安装接线图:包括屏面布置图、屏后接线图、端子排图等。 屏面布置图:表示二次设备在屏面(及屏后、屏顶)的安装位置，一般按实际尺寸的一定比例绘制。(例图10kV线路保护屏屏面布置图) 屏后接线图:表示屏内二次设备间的电气连接关系。 (例图10kV线路保护屏背面接线图) 端子排图:表示屏端子排与屏内二次设备及屏外电缆间的连接关系。(例图10kV线路保护屏端子排图) 四、二次回路的读图 二次回路图的逻辑性强，在绘制时遵循一定的规律，读图时应按一定顺序进行才容易看懂。一般读图的规律为: (例图35kV线路二次回路展开图) 1)先交流、后直流; 2)交流看电源、直流找线圈; 3)先找线圈、再找接点，每个接点都查清; 4)先上后下、先左后右，屏外设备不能掉; 5)安装图纸要结合展开图。 五、二次回路的编号原则 二次回路常采用回路编号法、相对编号法两种。 回路编号法:按“等电位”原则标注，在电气回路中相同电位的回路采用同一编号。如跳闸回路的7、分闸回路的37，电流回路的A411等。这一编号 便于读图时了解回路的作用，在原理图中运用最多。 相对编号法:按接线对侧的设备名称编号，如TWJ-1为位置继电器的1脚，I3-7为第一安装单元第三个元件的7脚。这种编号法便于查找该连线的趋 向，常用于安装图中。 回路编号用3位或3位以下数字组成，需要标明回路的相别或某些主要特征时，可在数字标号的前面(或后面)增注文字符号。如1、37a、A630等。 交流回路的文字标号 数字编号的分配(具体见规程P82) 回路编号应用遵循一定的规则，主要为: 1)对不同用途的直流回路，使用不同的数字范围，如控制与保护回路用1,399(400,599)，励磁回路用600,699。 2)保护与控制回路使用的数字按熔断器(或小开关)分组，每一百为一组，如101,199，301,399等，其中正极性回路编为单数，由小至大，负极 性回路编为双数，由大至小。 3)信号回路的数字编号，按事故、位置、预告、指挥信号进行分组，按数字大小进行排列。 4)开关设备、控制回路的数字编号组，应按开关设备的数字序号选取。如1KK所在的回路选101,199，3KK所在的回路选301,399。 5)对接点、开关、按钮等两侧，虽然闭合时为等电位，应不同编号，但只改变编号大小而不改变单、双数(极性)。经过回路中主要降压元件(如线 圈、电阻等)后改变其单、双数(极性)。 某些回路形成了特定编号，不能随意挪作它用。如:正负电源的101、102，红绿灯回路的135、105等。 六、二次回路导线的选择 按机械强度要求选择: (电缆与绝缘导线) 1)连接强电:截面不小于1.5mm2。 2)连接弱电:截面不小于0.5mm2。 按电气性能要求选择: 1)保护和测量的电流回路截面不小于2.5mm2 。 2)在保护的电流回路所选导线(截面)要经电流互感器10,误差缺陷校核。 3)在电压回路的导线(截面)要满足计费电能表不大于0.5,压降，保护与测量不大于3,压降。 4)在操作回路中，所选导线(截面)应满足最大压降(含回路中电流线圈阻抗)不大于10,额定电源电压。 七、电缆截面的计算 电流回路所选电缆要满足互感器10,误差曲线要求。 导线面积计算公式S=K1L/γ (Z1-K2Z2-Z3) 其中: γ,,电导系数，铜取57m/Ω mm2 Z1,,按10,误差曲线查出的允许阻抗 Z2,,继电器阻抗，Ω Z3,,接触电阻，一般取0.05,0.1Ω L,,电缆长度，m K1,,连接导线的阻抗换算系数 K2,,继电器的阻抗换算系数 电压回路所选电缆要满足允许压降要求。 导线面积计算公式S= KPL/γULΔU 其中:γ,,电导系数，铜取57m/Ω mm2 L,,电缆长度，m K,,连接导线的阻抗换算系数 ΔU,,允许电缆压降，V P,,电压互感器每一相负载，VA UL ,,电压互感器二次线电压，V 控制及信号回路所选电缆要满足总压降不大于10,额定电源电压的要求。 导线允许长度L=ΔU(,)UNSγ/2×100×Imax 其中: ΔU(,),,控制回路正常工作时允许压降， 取10 UN,,直流额定电压，V Imax,,流过回路的最大电流，A S,,电缆截面，mm2 γ,,电导系数，铜取57m/Ω mm2 直流系统 一、概述(1) 在发电厂及变电站中，各种控制及保护系统极为复杂，对其可靠性要求也非常高，但控制及保护系统再完善，如果没有一个可靠的工作电源是不行的，所以在发电厂及大中型变电所中，一般都设有直流电源系统。 交流电源一般取自系统，它无法贮存，当系统发生故障时，可能会造成发电厂与变电所交流电全停，这样我们的控制系统及保护装置将无法工作，这是不能允许的。直流电源系统一般配有一定容量的蓄电池，平时由交流电通过充电机对蓄电池充电，当系统发生故障使交流电失去时，蓄电池能继续为控制系统与保护装置提供电源，确保发电厂与变电所的正常运行与事故除了。 二、对直流系统的基本要求(1) 对直流系统可靠性的要求很高，为使其满足这样要求，必须做到以下几点: 1)必须合理选择直流系统的额定电压。按规程规定，直流系统的标称电压一般有220V、110V及48V三种，但实际工程中以220V、110V应用较多，不同的电压各有优劣，要已具体工程进行经济技术比较而定。 2)选择的蓄电池容量必须满足要求，只有蓄电池容量足够时，才能保证在交流电源失去时直流电源有足够的承载负荷的能力，确保交流失电时变电所的控制系统及保护装置的正常运行。 3)充电设备稳定可靠，各项功能与技术指标满足要求，其容量既能能满足供给正常负荷电流及蓄电池浮充电需要，也能满足均冲及核对性充放电需要，并保留一定的冗余度。 4)有合理的直流系统接线，该接线要方便于运行与维修，最主要是对整个直流系统与控制系统及保护装置的运行最为可靠。 5)直流系统对蓄电池、充电机及系统的运行情况要有完善的检测功能，当任何一部分发生异常时要发出就地告警信号及通过监控系统向远方的集控中心发出告警信息。 三、直流系统的基本组成(1) 直流系统主要有充电设备、蓄电池、输出馈线及监测系统等部分组成。图18,1是使用高频开关电源模块作为充电设备的典型接线图。 一、充电设备 充电设备是直流系统中最为关键的设备，它的技术指标高低与运行稳定与否就直接绝对直流系统的技术指标及运行稳定性。 其一般应满足以下要求: 1)充电装置的输出电压、电流的调节范围应满足蓄电池组在充电、浮充电、均衡充电等运行状态下的要求。 2)充电装置应具有恒定电流、恒定电压功能，能以自动浮充电、自动均衡充电、手动充电三种运行方式。 3)波纹系数要小，按继电保护技术规程要求，在充电、浮充装置不与蓄电池并联时，其波纹系数应不大于5,，直流系统设计技术规程要求不大于2,。波纹系数是充电和浮充电装置的一个主要参数。尤其对浮充电装置更为重要，波纹系数大，意味着直流系统中的交流分量大，容易引起保护装置的不正确动作，也容易造成蓄电池的脉动充放电，影响蓄电池的寿命，特别是对镉镍蓄电池影响更大。 4)对充电装置的稳压精度也有一定要求。要求充电、浮充装置有较高的稳压精度，才能保证蓄电池的正常运行，保证控制母线的电压稳定在额定值。提出稳压精度要求，一方面是由于交流电源有可能出现?10,的电压变化。 4)另一方面是蓄电池本身对充电、浮充电电压的变化范围有要求。例如，要求普通铅酸蓄电池的浮充电电压在2.15,2.17V，中倍率镉镍蓄电池浮充电电压为1.42,1.45V，阀控式铅酸蓄电池浮充电电压为2.25,2.28V。 4)当浮充电电压不稳，过高或过低都容易引起普通铅酸蓄电池的极板硫化，降低寿命。阀控式铅酸蓄电池对充电和浮充电装置的稳压精度要求更为严格，其均衡充电电压为2.35,2.4V。当电压超过2.4V时，将产生过充电，电解液损失加大，使蓄电池寿命降低。 4)直流系统设计技术规定要求，浮充电时稳压精度应不大于?2,，充电时应不大于?5,。一般认为阀控式铅酸蓄电池的充电和浮充电装置在各种情况下稳压精度不应大于?1,。 5)充电装置内应有限流功能，使其特性曲线的斜率较大，在与蓄电池组并联，负荷中出现冲击电流时，大部分电流应由蓄电池组承担，以防止充电装置出现过电流跳闸。此外，充电、浮充电整流器还应设短路保护、过电压保护和故障信号。 6)由于直流系统的功率较大，也为了降低纹波系数，减小滤波电容值，充电装置的交流输入宜为三相制，额定电压为380V，并且应允许在?10,额定电压范围内波动而不影响其正常工作，额定频率为50Hz。 目前，常用的充电设备有相控型与高频开关型两种。由于其原理不同，在组成系统时其配置也有差别。 相控型充电装置是由可控硅元件来将交流电源整流为直流电源的，通过自动控制电路改变可控硅的整流角来跳整其充电电压或充电电流，并保证其恒定。为了保证充电装置具有一定的冗余度，相控型充电装置一般设一套浮充电源、一套均充电源，常用接线如图18,2。 图中浮充机接I段合闸母线，均充机接于II段合闸母线。正常运行时母线不分段，由浮充机供电，当需要均充时或浮充机出现故障退出时，投入均充 机。由上述运行方式可以知道，两台充电机的额定电流可以一大一小。 均充机的容量除了满足蓄电池组的初充电，事故放电后的充电，核对性充放电外，还应满足浮充电及均衡充电的要求，以及作为充电整流器的备用。 蓄电池的初充电和核对性充放电，都是按蓄电池制造厂提供的充电曲线进行的。常用的充电方式有两种。 1)一阶段的定电流充电方式，即从开始直到充电结束，以一个固定的电流进行充电，充电终期每个电池的电压，普通铅酸蓄电池为2.7,2.75V，高倍率镉镍蓄电池为1.6,1.75V。 2)两阶段的定电流恒电压充电方式，即开始阶段蓄电池以固定电流充电到端电压为2.25,2.3V。第二阶段恒定电压充电，充电电流逐渐减小，达到最低值时保持2h，即为充电结束。采用这种充电方式要求充电装置具有自动稳压和自动稳流的功能。 实践证明，第二种充电方式好，主要优点是充电效率高，充电末期蓄电池组端电压较低，可不与直流母线断开。 均充机的额定电流应满足以下两种情况的要求计算: 1)满足事故核对后的补充充电要求，额定电流按下式计算: Ie,1.1Qeg/T，Ijc 2)满足核对性充放电要求，额定电流按下式计算: Ie,(0.1,0.125)Q10 其中: Ie――充电设备的额定电流，A; Qeg――蓄电池的事故放电容量，Ah; T――蓄电池组的最长充电时间，可取8,12h; Ijc――直流系统的经常负荷电流，A; Q10――蓄电池的10h放电容量，Ah。 三、直流系统的基本组成(22) 按两式计算后，取结果较大者作为均充机的额定电流。 均充机的电压调节范围，应满足蓄电池在各种充电情况下所需的最高和最低电压的要求。一般对220V普通铅酸蓄电池组，充电设备的电压调节范围为200,330V;110V时为100,160V。 浮充机的输出直流应能承担直流母线的最大负荷电流和蓄电池的自放电电流。浮充机的输出电压调节范围，一般和充电设备的输出电压调节范围取得一致，以便作为充电整流器的备用。 蓄电池组的浮充电运行，实际上是在给定值下的恒电压充电。浮充电电流的大小和浮充电电压及蓄电池的特性有关。例如，GGF型蓄电池的浮充电电压一般取2.15V。此时浮充电电流If可按如下经验公式计算 If,0.0042Qe 如按制造厂建议，阀控型铅酸蓄电池浮充电电流约2mA/Ah。 浮充电整流器的最大输出电流Ife为 Ife,If+Ijc 随着电力电子技术的发展，高频开关电源越来越趋于完善，高频开关型充电机在直流系统中得到越来越多的应用。 高频开关充电机是将三相交流电经直流后转换成高压直流，再经全桥PWM电路转换为高频交流电，其转换频率大约在20,200kHz之间，再经高频变压器隔离降压后进行整流输出。由于其频率高，高频变压器的体积很小，转换效率很高。图18,3是高频开关电源原理框图。 高频开关电源一般做成模块化结构，一套直流电源有若干个模块并联而成，模块间设有均流功能，即负载电流有各模块平均分摊。当其中一个模块故障时，该模块自动退出运行不会影响其它模块的正常工作，其输出电流由其它模块分担，故障模块可以在运行中拔出维修，称作热插拔。 鉴于以上特点，采用高频开关电源的充电机一般不设置两台充电机互为备用，而是采用模块N+1的方式进行热备用，即上式计算出均充机额定电流，用该电流除模块的额定电流得出模块数，考虑一只模块损坏后输出电流仍然满足要求，所以实际配置的模块数应是计算出的模块数加1，称为N，1。如计算的充电机需要输出的最大电流为18A，使用10A的模块，按负载需要配置模块2只，加一只备用，实际配置3只模块。使用高频开关模块的直流电源原理图见图18,1。 使用高频开关电源不但使配置简化，可维护性好，而且使直流电源的各项技术指标大大提高。如交流输入的电压变化允许更大，一般波动达到?15,额定电压，允许输入交流的频率可达?10,额定频率或更高，有的设置可以交直流兼用。稳压稳流精度达到0.5%，纹波系数不大于0.1,。与相控型充电机相比均有了很大的提高。 二、蓄电池 在变电所中，常用的蓄电池一般有镉镍电池、敞开式铅酸电池和阀控式铅酸电池等。敞开式蓄电池应用最早，由于该电池存放硫酸溶液的缸体不密封，充放电过程中产生的酸气对环境污染很大。硫酸溶液中的水份挥发后还会造成电解液的比重变化，影响电池容量，缩短电池寿命。所以这种电池需要经常测量端电压与内阻，还要测量电解液的比重，必要时需要补充蒸馏水。 随着蓄电池制造技术的不断发展，新型防酸隔爆型蓄电池已经代替了敞开式的蓄电池。新型蓄电池不仅维护方便，寿命也长。 近年来，也有的变电所采用了镉镍蓄电池、密封免维护铅酸蓄电池。下面对镉镍蓄电池和阀控型铅酸蓄电池的特性作简要介绍。 镉镍蓄电池是目前国内能生产并可在工程上采用的碱性蓄电池。其正极板采用氧化镍，负极板为镉,铁;电解液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液中加入适量的氢氧化锂组成;外壳为封闭型。按放电流，(,)与蓄电池的额定容量,5(,h)的关系分类，可分为四种，即，,0.5,5(,)，为低倍率型;，,(0.5,3.5),5(,)，为中倍率型;，,(3.5,7),5(,)，为高倍率型;，,7,5(,)，为超高倍率型，我们常用的为中倍率型和高倍率型。 镉镍蓄电池的主要电气特性如下: (1)额定电压1.25V/只; (2)充电特性:镉镍蓄电池的充电状态有正常充电、浮充电、三种。 1)正常充电:一般以0.2C5(A)来充电，充电时间为6,8h，终止电压为1.6,1.8V/只。 2)浮充电:浮充电电流为0.5,3mA/Ah。浮充电压，中倍率型为1.42,1.45V/只，高倍率性为1.36,1.40V/只。 3)均衡充电:充电电压，中倍率型为1.52,1.55V/只，高倍率型为1.47,1.48V/只。充电时间，中倍率型为12h，高倍率型为8h。 (3)放电特性:镉镍蓄电池是以5h率放电、终止电压为1.0V所放出的容量为额定容量。以其它放电率放电时，终止电压不同，放出容量也不同。制造厂可提供各种放电率放电时的放电特性曲线。对于变电所使用的镉镍蓄电池，使用者所关心的是事故放电1h后，再冲击放电，放电电流和端电压值。现在制造厂也能提供这种工况下的放电特性。实际上镉镍蓄电池的冲击放电特性比铅酸蓄电池好。例如，中倍率镉镍蓄电池以0.67C5(A)持续放电1h后，还可以按3C5(A)冲击电流放电，端电压不低于1.0V/只。高倍率型冲击放电电流更大。 (4)短路电流水平:短路电流大小与蓄电池内阻，电动势，外电路电阻有关。蓄电池内阻又与温度、蓄电池的运行状态有关。当外电路电阻为零时，镉镍蓄电池可供的最大短路电流，中倍率型为15.34A/Ah;高倍率型为58A/Ah。蓄电池的内阻由制造厂提供。 采用镉镍蓄电池应注意如下问。 (1)由于镉镍蓄电池充电末期电压与放电末期电压相差较大，约为1.8,1.9倍，为保持直流母线电压不超过允许的变动范围，采用镉镍蓄电池组的直流电源应有较大的调压范围。 )对充电装置的稳压精确度要求很高(一般不超过1,)，对纹波系数要求低，要求纹波系数不超过1,。 (2 对稳压精确度要求高主要是镉镍蓄电池的浮充电压相对较高，如浮充电源电压不足，容易产生落后电池。在浮充电因负荷电流的变化，也能引起浮充电压的变化，如不及时调整也会影响浮充电压的稳定。对纹波系数要求低是因镉镍蓄电池的起始放电特性较软，当与浮充电源并联时，如交流分量大，可能造成在浮充电时产生过大的瞬时放电电流，影响蓄电池组的寿命。 阀控型铅酸蓄电池是80年代末期从国外引进的一种新型铅酸蓄电池。它的工作原理、特性曲线、运行方式与敞开式铅酸蓄电池基本相同。 不同之处主要有以下几点: (1)阀控型铅酸蓄电池的电解液有胶体与液体两种，液体的一般吸附在极板间由超细玻璃纤维制成的隔膜中，吸附比约为90,。阀控型蓄电池存储电解液的缸体是密封的，在缸体上装有一个安全排气阀，当内部气体压力超过规定值时，阀门自动排气，直到压力恢复正常自动关闭。无论电池立放或卧放，电解液都不会溢出。所以它不需要添加电解液，维护工作量小。 (2)阀控型铅酸蓄电池的电解液比重比普通铅酸蓄电池高，因而其开路电压、浮充电电压、均衡充电电压均比普通铅酸蓄电池高。在相同直流母线电压情况下，所需的蓄电池个数也较少。 (3)因该电池没有酸气溢出，所以对环境污染很小，不需要专门的电池室。 一般铅酸蓄电池的电解液可以随时补充、更换，蓄电池的寿命主要取决于极板的寿命。阀控型铅酸蓄电池的极板经特性处理，比较牢固，少有有效物脱落问题，其寿命主要取决于电解液。因电解液是一次性冲充入，在使用过程中不能补充，电解液耗尽了，蓄电池的寿命也就终结了。蓄电池设计尽管采取了措施，但要在电池绝对损失电解液是办不到的。 选择蓄电池容量的大小主要取决于负载的大小与性质，一般要考虑。 (1)满足全所事故停电时的放电容量; (2)在有冲击负荷时，应满足事故放电末期的最大冲击负荷所需的容量; (3)按最严重的事故放电方式，校验蓄电池的容量，应能满足直流母线电压最低允许值的要求。对于控制负荷，直流母线电压在直流系统额定电压的85%-110%范围内。动力负荷直流母线电压在直流母线电压在直流系统额定电压的87.5%-112.5%范围内。 在计算蓄电池容量时，全部事故持续的停电时间按1,计算，无人值班变电所按2h计算。对直流负荷的统计有一定的计算方法，过程较为繁复，这里不作详细介绍，需要时可以参照规程DL/T5120-2000《小型电力工程直流系统设计规程》，DL/T5044-1995《火力发电厂变电所直流系统设计技术规定》，实际应用中要考虑负载的增长并留有一定余量。 三、降压稳压装置 在直流电源系统中，为了兼顾蓄电池充电电压的变化与控制母线输出电压的恒定，一般在充电机出口设置合闸电压小母线，蓄电池就接在该母线上，当有电磁型操作机构时，合闸电源一般从该母线上引出，所以称为合闸小母线。 在没有电磁型操作机构的变电所，该母线上不接其它负载。该母线由于接在蓄电池端口，母线电压将随着蓄电池充电方式的不同而变化。合闸母线通 过一个降压稳压装置与控制母线连接。由于所有的保护装置与控制回路均接于该母线，要求该母线的电压保持相对的稳定，该电压的稳定由降压稳压装置来实现。 降压稳压装置可以有多种方法实现，但常用的有硅链降压、斩波稳压与高频开关模块直供控制母线稳压三种。 使用硅链降压最为简单、可靠，它通过在合闸母线与控制母线间串联硅二极管组来起到降压作用的，串连二极管的多少可以通过自动或手动方式调整，改变控制母线的电压，所以也能起到一定的稳压作用。其原理接线如图18,4(a),通过调节SA开关可以调整接入的硅二极管数量，从而达到调节控制母线电压的目的。如果用自动调节装置的继电器接点来代替开关SA，就能起到自动调节的效果。 但是硅链降压稳压有其不足的一面，一是因为硅链降压有一定幅值，其调压不能做到很细;二是不同负荷电流在硅链上的压降有变化，当负载电流突然变化时，控制母线的电压有波动。 在选择硅链的容量时，其调节电压要能满足调压范围需要，其电流要能承受最大负荷电流的需要，包括短时冲击性负载。 需要控制母线的电压有较高的稳定性，可以采用斩波稳压器进行稳压，其接线如图18,4(b)。斩波稳压是应用高频斩波原理来调节、稳定输出电压的，其稳压精度可以达到0.5%。但是斩波稳压器有额定输出电流的限制，一般配置的容量尽供正常负荷电流，过载能力差，当负载电流超过其额定电流时，其内部保护动作，输出电压会迅速下降，所以斩波常常配置硅链作为备用。 硅链的降压值调整为比斩波稳压器略大，所以正常运行时硅链无电流通过，尽作为热备用，当负载电流增大超过斩波稳压器或斩波稳压器故障使控制母线下降时，硅链作为备用通道供给控制母线电源。 提高控制母线电压稳定性的另外一个是将其中一只或数只高频开关电源模块直接供控制母线，如图18,4(c)。由于高频开关电源有很好的稳压性能，所以能保证控制母线电压稳定，其作用原理类同与斩波稳压器，由于有容量限制，一般也要用硅链作为备用。 还有一种是设置端电池，通过改变蓄电池数量的方法来进行调压，该调压方法现场操作繁琐，端电池维护困难，现在已不常用，不再介绍。 三、直流系统的基本组成(59) 四、监控装置 目前直流系统的功能越来越完善，为了完成各项功能，满足其测量、监视、调整、发送各类告警信号及上远方发送信号等通讯需要，要求安装一套监控系统，特别是使用高频开关电源的直流系统。 监控系统一般微机型装置，主要完成以下工作。 (1)采用液晶屏幕显示有关充电电流、电压等数据。 (2)该装置能设置充电的电压、电流曲线，并对蓄电池的充电电压进行自动温度补偿。 (3)监测高频开关模块工作情况，当某个模块故障时发出告警型号;监控模块故障时，不影响高频开关模块应能正常工作。 (4)具有对蓄电池的容量考核及内阻检测手段，并能自动生成蓄电池的充放电曲线。提供必要的电池自动(或手动)检测和控制功能，包括在线电池活化控制和内阻测量等功能。 (5)应具有对交流输入电源的电压、电流进行实时监控。 (6)与变电所监控系统通讯，将直流系统的各遥测量、遥信量发给变电所监控系统。 五、其它装置 为使直流系统运行与维护方便、可靠，还需要一些辅助设备，如在十七章《信号系统》中介绍的闪光装置，对直流系统绝缘的监测装置。 直流系统的输入一般为三相交流电源，由变电所的所用电系统供电。变电所的所用电电源一般有两个或以上，为在一个所用电电源故障或检修时不影响直流充电机的正常运行，对有两台充电机的直流系统，两台充电机要求接不同的所用电，也可以与高频开关电源等只有一台充电机的直流系统一样，在两路所用电源间设切换装置，如图18,1所示。 在直流电源柜上，一般还安装有蓄电池的放电电阻，用来为蓄电池核对性充放电时提供负载，一方面使现场维护时减少工作量，对于具有微机监控的直流系统，可以通过整定定期对蓄电池进行充放电工作。由于充放电时要将大量电能通过放电电阻转化为热能释放，所以放电电阻在该过程中温度很高，所以一般将该电阻安装在屏柜的顶部，与其它元件保持足够的距离，并有隔热措施及通风措施。当然，现在也有通过逆变将蓄电池中的电能转变为交流点在输入电源的装置，由于该装置造价较高，技术较为复杂，所以一般的系统中较少应用。 四、直流系统的接线 蓄电池的组数主要取决于直流负荷的性质和对负荷的供电方式。选用一组还是两组蓄电池，在变电所的设计规程中有所规定，对220kV以上变电所的直流负荷均为一类负荷，均应设置两组蓄电池。对220kV变电所一般只设置一组蓄电池，当该220kV变电所为无人值班或枢纽变时，一般也要求设置两组蓄电池。对110kV及以下的变电所，只设置一组蓄电池。 当变电所设置一组蓄电池时，如使用相控式充电机，则一般设均充机和浮充机两套，互为备用。当使用高频开关电源充电机时，一般设一台充电机，只在模块容量上考虑备用。对于两组蓄电池的直流系统，相控式充电机仍然是设均充机和浮充机两套，高频开关电源的充电机也设相同的两套，分别对应一台蓄电池组。对于重要的500kV变电所，也可以设置三台充电机，其中一台作为备用。 直流系统中的主要电源是蓄电池组，其次是充电和浮充电设备。220,500kV变电所蓄电池正常情况下以浮充电方式运行。直流负荷实际上由浮充电设备供电，蓄电池处于浮充电状态。合理地配置蓄电池及充电浮充电设备有利于提高直流系统的供电可靠性。 在只有一组蓄电池时，蓄电池组因故退出运行，临时可由充电或浮充电设备供电。为提高可靠性，充电和浮充电设备应分别接在两段直流母线上。当 交流所用电系统有双电源时，充电和浮充电设备应接在不同的交流电源回路。 当有两组蓄电池时，每段直流母线接一组蓄电池和一套浮充电设备。充电设备两组蓄电池共用。两套浮充电设备应接在不同的交流电源回路。 直流母线的接线方式与蓄电池的组数、直流负荷的供电方式以及充电、浮充电设备的配置方式等因素有关。110kV以下变电所一般采用单母线接线，220,500,V变电所常用的直流母线接线方式有单母线分段和双母线两种。 单母线分段接线的特点: (1)每回路只需一组母线开关，设备少，接线简单、清晰，直流屏内布线方便; (2)能方便的形成两个互不联系的直流，有益于提高直流系统接的可靠性; (3)查找直流接地方便。 双母线接线的特点: (1)每回路设有两组母线开关(或一组切换式刀开关)，可任意接到一组母线上; (2)可在不间断对负荷供电的情况下，查找直流系统接地。 双母线接线比单母线分段接线，母线刀开关用量大，直流屏内设备拥挤，布线困难，检修、维护也不方便。目前220kV及以上变电所一般采用单母线分段接线。 当只有一组蓄电池而采用单母线分段接线时，蓄电池经两组开关可随意接在任一段母线上，该同时开关也用作母线分段开关。充电和浮充电设备分别接在两段母线上，直流负荷也平均地分配在两段母线上。正常情况下，两段母线通过分段开关并联运行。当查找接地或需停电检查某段母线时，分段开关才断开。 对于直流馈线， 220kV及以上变电所考虑到保护装置的双重化及控制回路的双重化，一是要求保护电源与控制电源分开，分别由不同的小开关供电或供不同的小母线;二是要求双重化的两组电源由直流系统不同的母线供电。 事故照明宜分为两个回路，分别接在两段母线上。 在有直流动力合闸和大容量直流电动机的情况下，这些动力负荷应按其额定容量，平均分配在两组蓄电池上。 其他直流负荷，如试验电源，交流不间断电源设备，常明灯，远动通信装置的备用电源等应按其容量平均接在直流母线上。 特别要提出的是，500kV变电所在正常运行时，一定要保持两组蓄电池系统的独立性，即电气上不相连接。这不仅有助于提高直流系统的可靠性，同时也能有效地减小直流系统的对地电容，减小直流接地时产生的电容电流。 对直流系统的空气开关或熔断器，其容量不但要满足在最大动态工作电流的1.5倍，还一定要考虑上下级的配合，上级开关或熔断器的容量不能低于下级总的最大动态工作电流的1.5倍。由于使用对于保护装置及控制回路，宜用空气开关取代熔断器，但考虑到上下级都是空气开关时很南配合，所以保护装置或控制回路空气开关的上级宜采用熔断器。 五、直流系统的绝缘监察与电压监视 直流系统的正常与否，直接影响到变电所继电保护及自动化设备的运行，可以说，直流系统如果发生故障不能提供正常的直流电压，整个变电所都将被迫停运。所以提高直流系统的可靠性，加强对直流系统的监视，及时发现异常并予以消除非常重要。 从直流系统异常的现象来看，第一是控制母线电压的过高或过低，正常运行直流控制母线电压应保持在85,,110,额定电压范围之内，反事故措施则要求其波动幅度不大于?5,。电压过高或过低均不利于继电保护及安全自动装置、断路器控制、信号指示等设备的正常运行。 常用的监察方式是在直流母线上接过电压和欠电压继电器，或由直流系统监控装置进行控制母线电压监视，当电压过高或过低时，发出预告信号。监视继电器的返回系数应大于0.95，否则不能准确的反应母线电压变化。第二是直流系统及直流二次回路对地绝缘不良，当直流二次回路对地绝缘不良时，可能会造成二次回路短路、引起断路器误动或拒动等后果，所以对直流二次回路进行绝缘监测是非常必要的。 在直流系统的正常运行中，正极与负极对地的绝缘电阻都很大，一般在1兆欧以上。我们利用电桥原理来对正负极与地之间的绝缘电阻进行检测。接线如图18-5，该接线具有检测电阻下降的信号和测量绝缘电阻值两种功能。 电路的工作原理:正常情况下切换开关1ZK在0位置，3R被短路，由1RD、2RD、1R、2R构成的电桥处于平衡状态。电压表1V指示为0。电流继电器XJJ不动作。当正极或负极的绝缘下降或接地时，电桥失去平衡，电流继电器XJJ动作，发出直流系统绝缘下降信号。 通过切换开关2ZK和电压表2V判定出正极还是负极绝缘下降。若正极绝缘下降，将切换开关1ZK切到1位置，并调节电位器3R，使电压表1V指示为0。再将切换开关1ZK切到2位置，此时便可以从电压表1V上读出绝缘电阻的数值。 该接线只能检测整个系统是否接地，并判断接地的极性，但当正负极绝缘电阻同时降低时，不能发出信号，并且无法检测接地点在哪路馈线，还需要逐路拉开馈线开关来查找具体的接地点，不仅查找麻烦，对保护装置等设备的正常运行带来影响。所以现在大多使用微机型的直流接地选线装置。 微机型直流系统绝缘监察装置对地绝缘检测原理与图18-5接线一样，也是电桥原理，只是将由继电器XJJ检测变为微机装置处理判断。所不同的是除检测出直流系统是否有接地外，还能检测出具体的接地馈线。其原理接线图如18-6。 当装置检测到直流系统发生接地时，装置内有一低频信号发生器产生一8Hz左右的低频正弦信号加在直流母线与地之间。在直流屏的各馈线回路上安装互感器，正常情况下低频信号回路没有沟通，互感器没有输出。当某一直流馈线回路对地绝缘电阻下降或接地时，低频信号回路沟通。 该回路的互感器一次侧将有一低频信号电流流过，在其二次侧便有低频信号输出。该信号经放大、滤波、相位比较等处理后，可使信号装置动作，发出报警，同时显示绝缘降低或接地的直流馈线的名称或编号，接地电阻大小。这种检测直流接地馈线的方法常叫注入法。 还有一种原理是在各支路上安装霍尔传感其，当支路没有接地时，正极流进与负极流出电流相等，霍尔传感器检测不到电流，而支路绝缘降低或接地时，一部分电流经地网流回电源，正极电流与负极电流不等，霍尔传感器检测到相应的电流，当该电流达到一定数值时，装置报警并指示支路名称或编号。 采用霍尔传感器原理与注入法来检测支路，各有不足。注入法检测时要叠加一交流信号在直流母线上，会增加直流系统的纹波系数，系统对地抗干扰电容对测量准确性有一定影响，由于需要逐路循检，当支路数较多时检测速度较慢。使用霍尔传感器能够避免上述缺点，但是霍尔传感器长期运行后可能产生零漂，会对测量准确性带来影响。