变电站直流电源系统的原理及维护

变电站直流电源系统的原理及维护

田鹏侯艳张旭超杨建兴

田鹏侯艳张旭超杨建兴

（国网河南省电力公司郑州供电公司河南郑州450000）

摘要：直流电源系统是变电站正常安全运行的重要保障,运行人员必须加强对该系统每一部件的日常运行维护,介绍了蓄电池、直流电源柜的工作原理,从原理出发分析了各部分的日常运行维护。

关键词：变电站；直流电源；原理；维护

直流电源系统是各级变电站保证继电保护、自动装置和断路器不间断正确动作的必备部件;特别是蓄电池,平时处于浮充电备用状态,当交流失电或直流系统故障时向直流电机、电磁机构、保护装置、控制、通信、自动化和照明等负荷提供能量,保证设备继续正常动作,确保电站安全度过故障期。目前我们采用的蓄电池主要有阀控式免维护蓄电池以及镍镉蓄电池;这2种不同类型的蓄电池在工作原理以及日常维护方法上都有很大的不同,本文将分别加以介绍。

1阀控式铅酸免维护蓄电池

阀控式铅酸蓄电池具有密封程度高、体积小、自放电系数小、大电流放电特性好、使用寿命长和维护工作量小等特点,在变电站直流系统中广泛应用。

1.1工作原理

阀控式铅酸蓄电池主要由正负极板群、电解液、隔板、电池槽盖、安全阀和极柱端子等零部件组成。正、负极板都由板栅和活性物质构成,其中正极板上的活性物质是棕色的二氧化铅PbO2,负极板上的活性物质为深灰色的海绵状纯铅Pb。电解液是用蒸馏水H2O和纯硫酸H2SO4按一定的比例配成的。在结构上,阀控式铅酸蓄电池的负极极板比正极极板多一块,正极容量相对过剩。这样,当充电进行至最终阶段正极板首先产生的氧气就能够经隔板中的气孔扩散到负极板,与负极板活性物质海绵状Pb和H2SO4发生反应生成PbSO4,抑制了负极板氢气的产生;由于在充电过程中,反应所生成的Pb-SO4又可以被回原为海绵状Pb,所以阀控式铅酸蓄电池在充电过程中没有氢气和氧气的冒出,因此理论上也不会有水损失。不过阀控铅酸蓄电池的再化合反应效率不可能达到100%,而且阀控铅酸蓄电池并不完全密封,另外在电化反应中当气压达到一定值后,安全阀自动开启还会排出部分气体,因此在实际运行时总会有少量的失水。

1.2日常维护

阀控式铅酸蓄电池正常运行时不须对电解液进行检测和调酸加水,所以被称为“免维护”蓄电池,但运行人员不能被“免维护”这一词误导,而放松对阀控式蓄电池的日常维护和管理,不然会造成巨大损失。根据阀控式铅酸免维护蓄电池的工作原理以及影响其寿命的主要因素,在日常维护中主要应注意以下几个方面。

(1)新电池的使用与维护新电池投产运行前应认真记录每只单体电池的电压和内阻数据,作为原始资料妥善保存,以后每运行半年,需将运行的数据与原始数据进行比较,如发现异常情况应及时进行处理。

(2)在线蓄电池的充电维护蓄电池投入使用后,应按有关电池厂商的充电要求进行蓄电池充电参数的设置。

(3)定期维护措施定期测试并记录蓄电池单体电压及终端电压、检查蓄电池的连接导线,螺栓是否松动或腐蚀污染、检查蓄电池的外观有无异常变形和发热等。

2镍镉碱性蓄电池

镍镉蓄电池由于维护工作量相对较大,使用中会产生“爬碱”现象影响绝缘等原因,逐步被阀控式免维护蓄电池所替代,但是这种当电池的使用成本较低、耐过程性能及快充性能良好,而且循环寿命长,因此目前仍然在变电站直流系统中仍然占有一定比重。

2.1工作原理

充电时,镍镉蓄电池内部正负极的物质发生还原反应把电能转换成化学能储存起来;放电时,电池内部发生氧化反应,把储存的化学能转变为电能而输出;由于两电极所发生的电化学反应是可逆的,从而电池就可以反复使用。蓄电池充放电过程中不消耗电解液,但电极在运行时会吸收或释放水,充电时化学反应释放出水电解液面上升,放电时化学反应吸收水电解液面下降。另外,由于所采用的电解液易挥发,因此实际上电解液是在不断消耗的。

2.2日常维护

目前新投运或经过改造的变电站,一般都采用维护工作量较小的阀控式免维护蓄电池,而那些采用镍镉碱性蓄电池的变电站大多已投运多年,因此对这些镍镉蓄电池的运行维护必须更加仔细。注意事项如下。

(1)活化如果镍镉碱性蓄电池长期浮充不进行电流的大放大充,容量会不均或不足,但不是寿命的终止。为保证电池可靠工作并延长寿命,每年最少应活化一次,方法是以4h制电流放电,然后以同样的电流充、放电循环一次,重新充电即可投运。

(2)运行维护蓄电池在运行中严禁金属器具与正负极同时相接,以防短路烧损;严禁与酸性物质接触;经常保持电池外壳、盖、板柱及紧固件的清洁,如发现电解液“爬碱”现象,要及时清理,以免影响直流母线绝缘。运行中要经常检测电池的单瓶、整组电压值,以及浮充电压、电流情况,严防长期过充或欠充;运行中还要密切监视电解液液面是否在规定范围之内,关注电池温度是否正常。

3直流屏

3.1工作原理

直流电源柜的种类有很多,本文以35kV变电站中常见的GZDW系列智能高频开关直流电源柜为例加以说明,该直流电源柜由高频开关电源模块、PLC控制器、集中参数控制器、蓄电池组、监测回路、保护装置和输出回路等系统构成。GZDW系列智能高频开关直流电源柜构成如图1所示。

图1高频开关直流电源柜结构图

正常情况下,高频开关电源模块工作在浮充状态,输出电压为设定的浮充电压,经降压后向控制母线供电,同时还对电池进行浮充电;模块的输出电流有一个上限,当负荷需要较大电流时模块输出的不够部分电流由电池补充。电池放电后浮充电流会增大,当浮充电流达到规定值时控制器能自动将模块转为恒流充电,随着恒流充电的进行充电电压不断升高,升高到均充电压后不再升高,而充电电流逐渐减小,当充电电流小于设定值时延时一段时间后自动转回浮充状态。

集中参数控制器能对蓄电池的充电过程实现全面管理自动完成恒流主充电、均充及浮充电的自动转换;通过它可设定所需的浮充电压、均充电压、均充时间、充电电流和整机限流值等,能对充电单体模块的运行状态进行集中控制。

3.2微机监控器

微机型的直流电源系统都具有微机监控器,其人机交互的设计给运行工作带来了很大便利。

(1)监视功能显示直流系统各重要数据指标,比如监视三相交流输入电压值和是否缺相;监视直流母线的电压值是否正确,蓄电池充电进线和浮充电流是否正常等。

(2)自诊断和显示功能微机监控器能诊断内部的电路故障和不正常的运行状态,并能发出声光报警;微机监控器能控制显示器,显示各种参数,并能通过整定输入键整定或修改各种运行参数。

(3)控制功能控制充电装置自动进行恒流限压充电-恒压充电-浮充电-进入正常运行状态。微机监控器是反映整个直流电源系统工作状态的主要窗口,运行人员每次巡视变电站时,必须密切注意微机监控器的运行维护,

(4)运行中的操作和监视微机监控器是根据直流电源装置中蓄电池组的端电压值、单体电池的电压值、充电装置的交流输入电压值和直流输出电压值等数据来进行控制的,运行人员可以通过微机的键盘或按钮来整定和修改运行参数,在运行现场的直流电源柜上有微机监控器的液晶显示板或荧光屏,一切运行中的参数都能加以监控。

结束语

对直流电源系统的运行维护,是中心站运行人员工作的重中之重。运行人员必须掌握直流电源系统各部分的工作原理,这样才能更好地做好直流电源系统的运行维护工作,保证安全供电。

参考文献

[1]赵军,石光,王浩彬,等.变电站直流电源远程监控及维护系统设计[J].水电能源科学,2012(6).

[2]郭祥葛.220kV变电站直流电源系统的运行原理[J].科技风,2014(4).

[3]谭剑.关于变电站直流电源系统的维护研究[J].通讯世界,2014(8).

作者简介：

田鹏(1989－)，男，山东郓城人，助理工程师，研究方向：变电运维；

侯艳（1978－），女，河南郑州人，技师，研究方向：变电运维智能化；

张旭超(1992－)，男，河南新野人，研究方向：变电运维；

杨建兴（1970－），男，河南郑州人，技师，研究方向：电力通信；