1、直流系統概述

變電站為什么要采用直流系統，與交流系統相比有哪些優勢？

        1. 電壓穩定好,不受電網運行方式和電網故障的影響,單極接地仍可運行 。

        2. 單套直流系統一般有二路交流輸入（自動切換），另有一套蓄電池組，相當于有三個電源供電，供電可靠高。

        3. 直流繼電器由于無電磁振動、沒有交流阻抗，損耗小，可小型化，便于集成。

        4. 如用交流電源，當系統發生短路故障，電壓會因短路而降低，使二次控制電壓也降低，嚴重時會因電壓低而使斷路器跳不開！

直流電源系統的作用

        1. 直流系統是給信號及遠動設備、保護及自動裝置、事故照明、斷路器（開關）分合閘操作提供直流電源的電源設備。直流系統是一個獨立的電源，在外部交流電中斷的情況下，由蓄電池組繼續提供直流電源，保障系統設備正常運行。

        2. 直流系統的用電負荷極為重要，對供電的可靠性要求很高，直流系統的可靠性是保障變電站安全運行的決定性條件之一。

        3. 在系統發生故障，站用電中斷的情況下，如果直流電源系統不能可靠地為工作設備提供直流工作電源，將會產生不可估計的損失。

直流電源系統的組成

        直流系統包括：交流輸入、充電裝置、蓄電池組、監控系統（包括監控裝置、絕緣監測裝置等）、放電裝置（可選）、母線調壓裝置（可選）、饋線屏等單元組成。

直流系統結構框圖及常用術語

蓄電池組

        用電氣方式連接起來的兩個或多個單體蓄電池。

蓄電池

        能將所獲得的電能以化學能的形式貯存并將化學能轉變為電能的一種電化學裝置。

充電模塊

        將交流電整流成直流電的一種換流設備，其主要功能是實現正常負荷供電及蓄電池的均/浮充功能。

合閘母線

        直流電源屏內供斷路器操作機構等動力負荷的直流母線。

控制母線

        直流電源屏內供保護及自動控制裝置、控制信號回路等的直流母線。 

合閘母線與控制母線的區別是什么？

        控制母線提供持續的，較小負荷的直流電源；而合閘母線提供瞬時較大的電源，平時無負荷電流。在合閘時電流較大，會造成母線電壓的短時下降。

        控母電壓一般為220V，合母電壓稍高一些，一般為240V。

直流饋線

        直流饋線屏至直流小母線和直流分電屏的直流電源電纜。 

監控模塊

        直流系統的充電模塊統一受控于一臺中央控制系統，系統采用模塊化結構，實現系統的“四遙”功能，這樣的系統稱為監控模塊。

常用術語:  

1. 直流標稱電壓：

        是指直流系統中受電設備的直流額定電壓。有48 V、 110V、220V三個電壓等級。

2. 直流額定電壓：

        是指供電設備的直流額定電壓，一般指母線電壓。50V、 115V、 230V三個電壓等級。

3. 直流額定電流：

        是指供充電裝置輸出的直流額定電流。5A、10A、15A、20A、30A、40A、50A、80A、100A、160A、200A、250A、315A、400A。

4. 充電：

        充電裝置用不同的方式對蓄電池進行充電。

5. 恒流充電：

        充電電流在充電電壓范圍內維持在恒定值的充電。

6. 浮充電：

        在充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負載，以恒壓充電方式工作。正常運行時，充電裝置在承 擔經常負荷的同時向蓄電池補充充電，以補充蓄電池的自放電，使蓄電池以滿容量的狀態處于備用 。

7. 恒壓充電：

        充電電壓維持在恒定值的充電。

8. 限流恒壓充電：

        采用限制電流，電壓維持在恒定值的充電。

9. 均衡充電：

        為補償蓄電池在使用過程中產生的電壓不均勻現象，使其恢復到規定的范圍內而進行的充電，稱為均衡充電。蓄電池事故放電后進行的補充充電，也稱為均衡充電。

10. 蓄電池容量C₁₀：

        10小時率額定容量。單位：Ah。

11. 核對性放電：

        在正常運行中的蓄電池組，為了檢驗其實際容量，以規定的放電電流進行恒流放電，只要有單節電池達到了規定的放電終止電壓，即停止放電，然后根據放電電流和放電時間，計算出蓄電池組的實際容量，稱為核對性放電。

直流系統的劃分

        48V系統主要用于通信、遠動裝置及保護通道接口裝置及載波機等。

        110V 主要用于保護、自動裝置、信號、斷路器的分合閘控制等。

        110V蓄電池個數少，占地面積小，安裝和維護工作簡單。

        220V直流電源對變電站的事故照明比較有利，接線簡單。因照明電壓一般采用220V，如使用110V直流系統時，需要采用逆變裝置或其它辦法來解決事故照明的供電問題，較為復雜。

直流系統常用接線包括：

       直流電源系統接線

       直流饋線接線

直流電源系統常用接線方式

         直流系統電源接線應根據電力工程的規模和電源系統的容量確定。按照各類容量的發電廠和各種電壓等級的變電所的要求，直流系統主要有以下幾種接線方式。

一組充電機一組蓄電池單母線接線

特點:

        接線簡單、清晰、可靠。

        一套充電機接至直流母線上，所以蓄電池浮充電、均衡充電以及核對性放電都必須通過直流母線進行，當蓄電池要求定期進行核對性充放電或均衡充電而充電電壓較高，無法滿足直流負荷要求時，不能采用這種接線。

適用范圍:

        適用于110kV以下小型變（配）電所和小容量發電廠，以及大容量發電廠中某些輔助車間。

        對電壓波動范圍要求不嚴格的直流負荷，不要求進行核對性充放電和均衡充電電壓較低，能滿足直流負荷要求的閥控型密封鉛酸蓄電池組。

二組充電機一組蓄電池單母分段接線

特點:

        蓄電池經分段開關接至兩端母線，二套充電機分別接至兩段母線。

        分段開關設保護元件，限制故障范圍，提高安全可靠性。

適用范圍：

        適用于110kV 以下小型變（配）電所和小容量發電廠，以及大容量發電廠中某些輔助車間。

        對電壓波動范圍要求不嚴格的直流負荷。

        不要求進行核對性充放電和均衡充電電壓較低的蓄電池，如閥控型密封鉛酸蓄電池組。

二組充電機二組蓄電池雙母接線

特點:

        整個系統由二套單電源配置和單母線接線組成，兩段母線間設分段隔離開關，正常兩套電源各自獨立運行，安全可靠性高。

        與一組電池配置不同，充電裝置采用浮充、均充以及核對性充放電的雙向接線，運行靈活性高。

適用范圍：

        適用于500kV 以下大、中型變電所和大、中型容量發電廠。

        負荷對直流母線電壓的要求和對運行方式的要求不受限制。

三組充電機二組蓄電池雙母接線

特點:

        備用充電機采用均充、浮充兼備的接線，運行方式靈活，可靠性高。

        正常運行時充電裝置與蓄電池在母線并聯運行，直流母線電源切換時不停電，提高了直流母線供電的可靠性

適用范圍:

        適用于500kV 大型變電所和大容量發電廠。

        適用于對直流母線電壓有任何要求的負荷和任何類型的蓄電池，可以滿足蓄電池各種工況運行的需要。

        500kV變電站直流系統，應滿足兩組蓄電池、兩臺高頻開關電源或三臺相控充電裝置的配置要求，每組蓄電池和充電裝置應分別接于一段直流母線上，第三臺充電裝置（如果有備用充電裝置）可在兩段母線之間切換，任一工作充電裝置退出運行時，手動投入第三臺充電裝置。

補充說明：

        1. 直流系統中的主要電源是蓄電池組，其次是充電和浮充電設備。220～500kV變電所蓄電池正常情況下以浮充電方式運行。直流負荷實際上由浮充電設備供電，蓄電池處于浮充電狀態。 

        2. 當有兩組蓄電池時，每段直流母線接一組蓄電池和一套浮充電設備。兩套浮充電設備應接在不同的交流電源回路。

        3. 110kV以下變電所一般采用單母線接線，220～500kV變電所常用的直流母線接線方式有單母線分段和雙母線兩種。

        4. 330kV及以上電壓等級變電站應采用三臺充電裝置，兩組蓄電池組的供電方式。

        5. 重要的220kV變電站應采用三臺充電裝置，兩組蓄電池組的供電方式。

常見饋線接線方式

直流系統饋電網絡有兩種供電方式：

        1、環形供電

       2、  輻射形供電

環形供電

        在大型直流網絡中，環形供電網絡操作切換較復雜、尋找接地故障點也較困難；環形供電網絡路徑較長，電纜壓降也較大，因此，變電站直流系統的饋線網絡應采用輻射狀供電方式，不宜采用環狀供電方式。

輻射形供電

        輻射電源供電網絡是以直流屏上直流母線為中心，直接向各用電負荷供電的一種供電方式。

采用輻射電源供電方式的優點：

        一個設備或系統由1～2條饋線直接供電，當設備檢修時或調試時，可方便地退出，不致影響其他設備。

        當直流系統發生接地故障時，便于接地故障點的查找。

        電纜的長度較短，壓降較小。

采用輻射電源供電方式的缺點：

        饋線數量增加，電纜總長度增加，可能使直流主屏數增加，投資較大。

輻射電源供電方式配置的基本原則

        1. 下列回路由獨立的直流回路供電：

        信號回路單獨設置直流供電回路。

        具有雙重跳閘線圈和雙重化保護裝置的電氣元件，設置兩組直流電源時，由獨立的回路分別供電給兩套保護裝置并各自動作于一組跳閘線圈。

        發電機或發電廠-變壓器組，對主保護、后備保護、異常運行保護以及勵磁設備配置二回或三回直流回路。

        不同的直流回路應接于不同總熔斷器的直流母線段上。

        2.在負荷較多且分布較集中的地方應設置直流分電屏，由直流分電屏向各個負荷分別供電。

補充說明：

        1. 對于直流饋線， 220kV及以上變電所考慮到保護裝置的雙重化及控制回路的雙重化；

        一是要求保護電源與控制電源分開，分別由不同的小開關供電或供不同的小母線；

        二是要求雙重化的兩組電源由直流系統不同的母線電。

        2. 繼電保護裝置、信號回路、斷路器控制回路直流電源，應分別由專用的直流空氣開關供電。

        3. 雙配置繼電保護，兩套保護裝置、斷路器兩組跳閘線圈應分別由專用的直流空氣開關供電，且接與不同的直流小母線。

        4. 對直流系統的空氣開關或熔斷器，其容量不但要滿足在最大動態工作電流的2倍，還一定要考慮上下級的配合，上級開關或熔斷器的容量不能低于下級總的最大動態工作電流的2倍。

        5. 事故照明宜分為兩個回路，分別接在兩段母線上。