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直流系统

“低压直流系统”是应用于水力、火力发电厂,各类变电站和其它使用直流设备的用户,为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源,它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响,并在外部交流电中断的情况下,保证由后备电源蓄电池继续提供直流电源的重要设备。

高压直流系统主要用于输电,当前的高压直流输电电压可达到±1000KV,输送电流5000A,输送容量8000MW(800万千瓦),是西电东输的主要组成部分。

直流系统是变电站非常重要的组成部分,它的主要任务就是给继电保护装置、断路器操作、各类信号回路提供电源。直流系统的正常运行与否,关系到继电保护及断路器能否正确动作,会影响变电站乃至整个电网的安全运行。

直流系统由充电设备、蓄电池、直流屏、直流分屏、绝缘监察装置、负载等组成。

电力整流模块就是把交流电整流成直流电的单机模块,通常是以通过电流大小来标称(如2A模块、5A模块、10A模块、20A模块等等),按设计理念的不同也可以分为:风冷模块、独立风道模块、自冷模块、自能风冷模块和自能自冷模块。它可以多台并联使用,实现了N+1冗余。模块输出是110V、220V稳定可调的直流电压。模块自身有较为完善的各种保护功能如:输入过压保护、输出过压保护、输出限流保护和输出短路保护等。

监控系统是整个直流系统的控制、管理核心,其主要任务是:对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测,获取系统中的各种运行参数和状态,根据测量数据及运行状态及时进行处理,并以此为依据对系统进行控制,实现电源系统的全自动管理,保证其工作的连续性、可靠性和安全性。监控系统分为两种:一种是按键型还有一种是触摸屏型。监控系统提供人机界面操作,实现系统运行参数显示,系统控制操作和系统参数设置。

直流系统绝缘监测单元是监视直流系统绝缘情况的一种装置,可实时监测线路对地漏电阻,此数值可根据具体情况设定。当线路对地绝缘降低到设定值时,就会发出告警信号。直流系统绝缘监测单元有母线绝缘监测、支路绝缘监测。

电池巡检单元就是对蓄电池在线电压情况巡环检测的一种设备。可以实时检测到每节蓄电池电压的多少,当哪一节蓄电池电压高过或低过设定时,就会发出告警信号,并能通过监控系统显示出是哪一节蓄电池发生故障。电池巡检单元一般能检测2V~12V的蓄电池和巡环检测1~108节蓄电池。

开关量检测单元是对开关量在线检测及告警干节点输出的一种设备。比如在整套系统中哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断后开关量检测单元就会发出告警信号,并能通过监控系统显示出是哪一路断路器发生故障跳闸或者是哪路熔断器熔断。开关量检测单元可以采集到1~108路开关量和多路无源干节点告警输出。

降压单元就是降压稳压设备,是合母电压输入降压单元,降压单元再输出到控母,调节控母电压在设定范围内(110V或220V)。当合母电压变化时,降压单元自动调节,保证输出电压稳定。降压单元也是以输出电流的大小来标称的。降压单元有两种,一种是有级降压硅链,一种是无级降压斩波。有级降压硅链有5级降压和七级降压,电压调节点都是3.5V,也就是说合母电压升高或下降3.5V时降压硅链就自动调节稳定控母电压。无级降压斩波就是一个降压模块,它比降压硅链体积小,它没有电压调节点所以输出电压也比降压硅链要稳定,还有过压、过流、和电池过放电等功能。不过无级降压斩波技术还不是很成熟常发生故障,所以还是降压硅链使用效广泛。

配电单元主要是直流屏中为实现交流输入、直流输出、电压显示、电流显示等功能所使用的器件如:电源线、接线端子、交流断路器、直流断路器、接触器、防雷器、分流器、熔断器、转换开关、按钮开关、指示灯以及电流、电压表等等。

直流屏通用名为智能免维护直流电源屏,简称直流屏,通用型号为GZDW。简单地说,直流屏就是提供稳定直流电源的设备。(在输入有380V电源时直接转化为220V,在输入(市电和备用电)都无输入时,直接转化为蓄电池供电直流220V,实际上也可以说是一种工业专用应急电源)。发电厂和变电站中的电力操作电源现今采用的都是直流电源,它为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电源,是当代电力系统控制、保护的基础。直流屏由交配电单元、充电模块单元、降压硅链单元、直流馈电单元、配电监控单元、监控模块单元及绝缘监测单元组成。主要应用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站,和其他使用直流设备的用户(如石化、矿山、铁路等),适用于开关分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明等场合。

直流屏是一种全新的数字化控制、保护、管理、测量的新型直流系统。监控主机部分高度集成化,采用单板结构(All in one),内含绝缘监察、电池巡检、接地选线、电池活化、硅链稳压、微机中央信号等功能。主机配置大液晶触摸屏,各种运行状态和参数均以汉字显示,整体设计方便简洁,人机界面友好,符合用户使用习惯。直流屏系统为远程检测和控制提供了强大的功能,并具有遥控、遥调、遥测、遥信功能和远程通讯接口。通过远程通讯接口可在远方获得直流电源系统的运行参数,还可通过该接口设定和修改运行状态及定值,满足电力自动化和电力系统无人值守变电站的要求;配有标准RS232/485串行接口和以太网接口,可方便纳入电站自动化系统。

直流电源(DC power)有正、负两个电极,正极的电位高,负极的电位低,当两个电极与电路连通后,能够使电路两端之间维持恒定的电位差,从而在外电路中形成由正极到负极的电流。 单靠水位高低之差不能维持稳恒的水流,而借助于水泵持续地把水由低处送往高处就能维持一定的水位差而形成稳恒的水流。与此类似,单靠电荷所产生的静电场不能维持稳恒的电流,而借助于直流电源,就可以利用非静电作用(简称为“非静电力”)使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到电位较高的正极处,以维持两个电极之间的电位差,从而形成稳恒的电流。因此,直流电源是一种能量转换装置,它把其他形式的能量转换为电能供给电路,以维持电流的稳恒流动。直流电源中的非静电力是由负极指向正极的。当直流电源与外电路接通后,在电源外部(外电路),由于电场力的推动,形成由正极到负极的电流。而在电源内部(内电路),非静电力的作用则使电流由负极流到正极,从而使电荷的流动形成闭合的循环。

电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它的作用是:正常时为变电站内的断路器提供合闸直流电源;故障时,当厂、站用电中断的情况下为继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信、发电厂直流电动机拖动的厂用机械提供工作直流电源。它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。

过去,电力系统的各个变电站都有人值守,可以对直流设备的运行状态进行定期检查,因而可以及时发现并处理其出现的异常现象,保证变电站的安全稳定运行。电力系统推广无人值班变电站,虽然调度中心可以通过远动通道获取变电站运行情况的实时信息,但是对于直流部分只能得到少量的重要信息(包括:遥信量充电机交流电源故障,充电机故障,直流绝缘接地,直流电源电压异常;遥测量控母电压)。它不能反映直流系统运行的详细信息,特别是它不能发现系统刚刚开始出现异常运行的情况,直到长期的异常运行发展为故障时才上发调度,此时,事故已经扩大。如果能在异常现象刚出现时就及时发现并及时处理,就可以避免异常情况扩大。所以需要设备维护人员对其进行定期检查。此外,对直流设备运行的控制也是由维护人员进行现场操作的。变电站多,维护人员少,显然无法保证按期按量完成。在这种情况下,直流监控系统应运而生。它的主要作用就是把各变电站的直流设备信息上送到监控中心,供其查询,同时监控中心也可以向各站发送控制命令。这样,维护人员不但可以在监控中心对直流设备进行远方监控,还可以及时发现设备运行的不正常状态,及时处理,而不等其发展演变成事故。所以,直流监控系统的建立,可以节省人力物力,提高工作效率。

变电站上送调度中心的各种信息,如遥测、遥信、遥控、主要设备状态和报警信息等,都是通过远动通道传输的,这些信息对实时性的要求很高,不希望其它信息占用而使通道拥挤,影响调度的正常工作。所以直流设备的运行信息必须从另一个通道进行远方传送。变电站中除远动通道之外,还有一个电话通道,这个通道一般是作为工作人员现场工作时使用,以及其它辅助系统如安全报警系统必要时使用。通常此通道是处于闲置状态,但又是必设的,所以可以用它作为直流监控系统的信息通道。

直流监控系统的数据信息量少,发送时占用通道时间短。这样,可以在工作时拨通,占用通道,结束后挂掉,和其它系统分时地使用通道,从而保证各个系统的正常运行。

监控中心计算机通过 modem 连入电话网。而监控器也通过 modem 与电话网相连。双方 modem 都可以相互呼叫对方,通过双方 modem 和电话网建立通信链路,互传信息。这样,监控中心计算机可以通过这个通信链路,采取各站监控器的信息,发送控制命令,各站监控器也可把每日定时运行数据和异常情况信息上报中心。系统包括3部分:监控器是前置机系统,负责设备数据的采集、运行状态的控制和信息的上送;监控中心是后台机系统,是基于 PC 机上运行的,它负责对所有变电站的监控器发送命令,接收其运行数据以及对数据进行处理和分析;两者之间的数据通信依靠 modem 和电话网建立。监控中心和监控器是一对多系统。

1.监控器原理

监控器是安装在各变电站的一套系统,它采集各直流设备的运行状态信息,对其进行控制,把各数据信息上送监控中心和其它监控单元。

监控器用工控机设计,其 I/O 端口作输入和输出使用,它可直接从直流设备上采得测量量、状态量以及蓄电池绝缘状态等信息,也可以对直流设备进行控制和调节,如充电机的开关机动作、均充浮充改变、均浮充电压的改变以及馈线的合断等。另一方面,微机控制器通过 RS232 或 modem 方式把四遥信号上送到 RTU 或调度中心,把所有直流设备的运行信息通过 modem 经电话网送到设备维护人员所在的监控中心。

2.监控器软件设计

监控器软件由4个模块组成:通信模块,数据收发模块,I/O 模块和数据处理模块。

通信模块的作用是为数据的传输作好通信的准备,包括打开、关闭 modem 以及自动拨号的功能。软件设置定时打开和关闭 modem,这使得本系统可以和其它如报警系统分时使用电话通道。自动拨号是在直流设备发生异常事件时,自动拨通监控中心的 modem,向其发送相应报警信息。

数据收发模块主要负责通信链路建立后的数据收发事务。发送的数据包括:各直流设备当时的运行信息;本监控器存贮的24 h内固定时间历史数据;24 h内所有报警信息。接收的数据包括监控中心的控制和调节命令等。

I/O模块功能包括:提供监控器的人机输入界面,监控器对各直流设备量的采集以及对其进行的控制。

数据处理模块是监控器的核心模块,它一方面把 I/O 模块取得的数据进行处理,根据设定的时间间隔把每日的数据存入库中,以待数据收发模块上送监控中心。这些数据每日更新。另一方面,它把由收发模块接收到的调控命令进行分析后,提供控制信息给 I/O 模块使用。

监控中心是一台微机,其上运行监控中心后台软件。

监控中心软件主要包括4个要提出了一种可对无人值班变电站内直流设备进行远方监控的系统,它利用了站内的电话通道,可以实现直流设备远方监控、直流设备运行历史查询和设备运行异常的情况上报等功能。当厂、站部分通信模块,数据库形成模块,主控模块以及报表打印模块。

通信模块的作用和监控器的通信模块功能相同,作用为拨通变电站的监控器 modem,建立通信链路,向下发送控制命令信息,此外它也可以被对方叫通,接收其上传的信息。此模块用 Visual Basic 5.0 开发,它仅仅根据通信的要求,拨通 modem,建立通信的链路即可。可送具体数据则与其无关,由主控软件部分负责处理。

数据处理模块两个作用:一是形成各站的直流设备的信息库;二是把每日采集来的各站的日数据整理入库,形成所有变电站直流设备的历史数据库。用户可以根据实际情况,灵活地建立各个变电站及站内所有直流设备的数据库,灵活地维护所有站内信息,维护后此系统自动存库,灵活性强并且操作简单方便。此外,各变电站监控器每日定时把日数据上送监控中心,后者在接收后根据各站名存入各自数据库中,形成历史库,供报表打印系统查询时使用。

主控软件提供人机界面,是基于 Windows 95 操作系统的操作界面,用鼠标和键盘对屏幕上的图形进行操作。只要用鼠标点取设备元件所对应的图元,就可以查询和控制此设备,也可以用键盘输入设备的参数达到对设备运行参数远方调节的目的。维护人员对运行站内设备的查询和控制可以通过鼠标和键盘实现。当通信模块建立通信链路后,它可以打开远方送来的数据信息,显示在屏幕上,并把这些数据交数据处理模块处理。另外它也把操作者的控制命令以数据包的形式向远方发送。它是本系统的核心。

报表打印模块根据工作的需要,对数据处理模块保存的历史数据库进行查询,制作日报表、月报表和其它报表以及作出相应的数据曲线,供分析和查询使用还有最后必须要检查有没有出错。

蓄电池正常运行检查项目

1.蓄电池室内温度在5℃~35℃为蓄电池的最佳工作环境温度。但不能长期超过30℃,防止因环境温度过高使蓄电池容量严重下降,运行寿命缩短。

2.电池电压及电池电解液面正常,电池外壳和极柱温度正常,电池壳盖无变形和渗液。

3.蓄电池室内应干燥、通风良好,照明充足,防爆灯的护栏或护网应牢固可靠,防止坠落造成蓄电池短路。

4.蓄电池室严禁烟火,严禁携带和存放易燃物品。

5.各蓄电池间浮充电压差<±50mV。

6.各连接处应紧固,无松动现象。

7.充电器应工作在室温不低于-10℃,不高于40℃的环境中,空气相对湿度平均不超过90%(日平均≤95%),周围应没有导电及易爆尘埃,没有腐蚀金属和破坏绝缘的气体及蒸汽。巡检人员对运行中的直流电源装置,主要监视交流输入电压值,充电装置输出电压和电流值,蓄电池组电压值,直流母线电压值,浮充电流值及绝缘电压值是否正常。巡检人员每日应对直流电源装置和微机监控器的工作状态,各种信号灯,声响报警进行检查,若不正常,及时退出运行,通知检修人员修复。

直流系统的用途:广泛应用于水力、火力发电厂,各类变电站和其它使用直流设备的用户(如发电厂、变电站、配电站、石化、钢铁、电气化铁路、房地产等),为信号设备、保护、自动装置、事故照明及断路器分、合闸操作提供直流电源,它也同样广泛的应用于通信部门、计算机房、医院、矿井、宾馆,以及高层建筑的可靠应急电源,用途十分广泛。还有直流系统的心脏是蓄电池,对蓄电池进行科学维护是直流系统的核心工作。


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