第 4 章操作电源

第4章操作电源 电气二次回路

第4章操作电源 教学目的：掌握操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电容储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系统的绝缘监察与电压监察装置复习旧课：电流互感器、电压互感器的结构原理、特点、接线方式及准确级；重点：掌握操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电容储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系统的绝缘监察与电压监察装置；难点：掌握操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电容储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系统的绝缘监察与电压监察装置电气二次回路

第4章操作电源 §4.1 概述 §4.2 蓄电池组直流电源系统 §4.3 硅整流电容储能直流电源系统 §4.4 复式整流装置直流系统 §4.5 直流系统的绝缘监察与电压监察装置 §4.6 闪光信号装置电气二次回路

§4.1 概述 • 4.1.1 操作电源的作用 • 发电厂及变电所中各种电气设备的操作、控制、保护、信号及自动装置，都需要有可靠的供电电源，由于这种电源特别重要，所以一般都专门设置，通常又称其为操作电源。大中型发电厂及变电所主要采用直流操作电源。 • 供电站控制环保自动装置； • 供电站操作机械调节器机械； • 供电站独立的事故照明。电气二次回路

4.1.2 对操作电源的基本要求 1、保证供电的可靠性：最好装设独立的直流操作电源，以免交流系统故障而影响操作电源的正常供电。 2、具备足够的容量：满足全厂（所）事故停电时，直流电源负荷、最大冲击负荷及1h事故照明等用电需要；且能保证直流母线电压在规定的额定值（正常运行时，操作电源母线电压波动范围小于5％额定值；事故时操作电源母线电压不低于90％额定值；失去浮充电源后，在最大负载下的直流电压不低于80％额定值），波纹系数小于5％。 3、满足经济和实用的要求：使用寿命长、维护工作量小、投资省、占地面积小、噪声干扰小等。电气二次回路

4.1.3 操作电源的种类 1、交流操作电源（1）优点：二次接线简单、投资少、维护量小，易于实现自动化和远动化。（2）缺点：可靠性比直流电源低；原因：①交流操作的继电器不够成熟； ②交流电源依赖电厂本身； ③交流电源有时分散的、有时集中的、有时分散与集中相结合的。电气二次回路

4.1.3 操作电源的种类 2、直流操作电源（1）蓄电池直流电源系统蓄电池是一种可多次充电使用的化学电源，由多节蓄电池组成一定电压的蓄电池组，作为与电力系统运行状态无关的独立可靠的直流操作电源，即使发电厂或变电所交流系统全部停电，仍能在一段时间内可靠地给部分重要设备供电，是最稳定、最可靠的直流电源。优点：与交流电网无关，供电可靠性高，电压稳，容量大。缺点：价格贵，寿命短，运行维护量大。电气二次回路

4.1.3 操作电源的种类 • （2）硅整流电容储能直流电源系统 • 由硅整流设备和电容器组组成。 • 在正常运行时：厂用交流电源经硅整流设备变为直流电源，作为全厂的操作电源并向电容器充电。 • 要求可靠，一般有两个独立的电源。 • 电源Ⅰ（三相整流，容量大）供电给合闸、操作、保护、信号 • 电源Ⅱ（单相整流，容量小）供电给操作、保护、信号 • 在事故情况下：将电容器储存的电能向重要负荷（继电保护、自动装置和断路器跳闸回路）放（供）电，以确保继电保护及断路器可靠动作。 • 优点：简单，经济 • 缺点：可靠性差电气二次回路

4.1.3 操作电源的种类 • （3）复式整流直流电源系统 • 电压源：一般取自厂用变或TV，经全波整流，电抗器滤波成直流电源。 • 电流源：一般取自TA，经稳压器成直流电源。 • 正常情况下：由电压源供电给：电源Ⅰ——合闸，电源Ⅱ——保护、信号、跳闸。 • 发生短路时：∪c（直流母线电压）下降，由电流源供电给：电源Ⅱ——保护、信号、跳闸。电气二次回路

4.1.3 操作电源的种类 （4）电源变换式直流电源系统电源变换式直流电源系统，是由220V交流电源经可控整流变为48V直流电源，供全厂48V操作用电并对蓄电池进行浮充电；同时可经逆变装置将直流电源变为交流电源，再整流为220V直流电源的多功能新型独立电源，在中、小型变电所中得到广泛应用。电气二次回路

4.1.4 直流负荷的分类 1、经常性负载：指在所有运行状态下由直流电源不间断供电的负载。它包括：（1）经常带电的直流继电器、信号灯、位置指示器；（2）经常点亮的直流照明灯；（3）经常投入运行的逆变电源等。 2、事故性负载：指正常运行由交流电源供电，当厂（站）自用交流电源消失后由直流电源供电的负载。它一般包括有：事故照明、汽机润滑油泵、发电机氢冷密封油泵及载波通讯备用电源等。 3、冲击性负载：指直流电源承受的短时最大电流，它包括断路器合闸时的冲击电流和当时所承受的其它负载电流。电气二次回路返回

§4.2 蓄电池组直流电源系统 • 4.2.1 蓄电池介绍： • 酸性蓄电池：其电解液是27％～37％的硫酸水溶液，电极是以二氧化铅（PbO2）为正极板和铅（Pb）为负极板的特制绒状铅板，所以又称为铅酸蓄电池。此种蓄电池容量大、冲击放电电流大、端电压也相对较高（2.15V）；但其寿命较短（一般为8～10年）、占地面积大、充电时会逸出有害的硫酸气体、维护工作量大。 • 碱性蓄电池：其电解液是20％的氢氧化钾（KOH）水溶液，电极用氢氧化镍［Ni（0H）3］作正极，用镉（Cd）作负极时叫镉镍蓄电池，用铁（Fe）作负极时叫铁镍蓄电池。此种蓄电池体积小、容量大、使用寿命长（可达20年左右），端电压为1.35V，无有害气体污染。在发电厂和变电所中已有广泛应用。电气二次回路

4.2.1 蓄电池介绍 • 蓄电池的容量（Q）)是蓄电池蓄电能力的重要标志。是指定的放电条件（温度放电电流、终止电压）下所放出的电量称为蓄电池的容量，单位用A•h（安培小时）表示。 • 蓄电池放电至终止电压的时间称放电率，单位为h（小时率） • 蓄电池的容量一般分为额定容量和实际容量两种。 • 额定容量是指充足电的蓄电池在25℃时，以10h放电率放出的电能电气二次回路

4.2.1 蓄电池介绍 • QN=IN·tN • 式中 QN——蓄电池的额定容量，A·h； • IN ——额定放电电流，即10小时率的放电电流，A； • tN——放电至终止电压的时间，一般为10h。 • 蓄电池的实际容量与极板的面积、电解液的密度、放电电流的大小、充电程度及环境温度等有关，因此实际容量为 • Q=I·t • 式中 Q——蓄电池的容量，A·h； • I——非10小时率的放电电流，A； • t——放电时间，h。电气二次回路

4.2.2 蓄电池直流系统的运行方式 • 1．充电－放电法： • (1)运行方式:对蓄电池进行周期性的充电和放电。 • 蓄电池充好电后，既断开充电设备，由蓄电池向直流负荷供电。（经常、短时、事故） • 待蓄电池放电约为75～80%时，就需要进行充电。 • 充电设备的功率应满足蓄电池组的充电和经常性负荷的需要。 • （2）构成：基本电池，可调端电池，端电池调节器电气二次回路

4.2.2 蓄电池直流系统的运行方式 1．充电－放电法：金属片主触头电阻辅助触头充电手柄放电手柄图4-1 端电池调整器结构图图4-2 端电池调整器工作原理图电气二次回路

（3）充电－放电法系统图：图4-5 电气二次回路

2．浮充电法 (1)运行方式:先将蓄电池充足电，然后将充电设备与蓄电池并联在一起工作，充电设备既给直流母线的经常负荷供电，又以不大的电流向蓄电池浮充电，用来补偿由于自放电而损失的能量。（2）特点： 1 蓄电池总是处于充满电的状态，随时应付短时负荷 2 蓄电池放电机会不多，每3个月进行一次放电，再进行一次均衡充电，以避免硫化。 3 管理维护量少，可靠性高。电气二次回路

（3）浮充电法系统图：图4-6 电气二次回路图4－6　浮充电运行方式直流系统接线图

（4）浮充电法系统图组成：图4-6 • 双直流母线系统； • 浮充电设备采用两套（U1和U2）； • 共用一组220V蓄电池组GB； • 经开关QK1和QK2可以切换至任一组母线上； • 闪光装置和电压监察装置、信号装置每组母线各设一套； • 绝缘监察装置共用一套； • 蓄电池组GB左端为基本电池，额定电压为220V，每个电池为2.15V，所以由102个蓄电池串联组成； • 其右端为可调节接入蓄电池个数的端电池组，可通过调整器任意接入或退出部分电池，以保持直流母线的电压在220V。电气二次回路

（5）浮充电直流系统的工作原理 :图4-6 • 充电器U1对母线I供电并对蓄电池浮充电 • （1）U1输出220V直流电压，向整组蓄电池组GB充电时，刀开关QK3投向右侧，触点2—3、5—6接通，QK1接通。U1的正极经QK3的2—3→正母线→QK1的1—2至GB的正极，U1的负极经QK3的5—6→m点至端电池的负级，实现对GB整组电池充电。 • （2）U1对母线I供电并对GB浮充电时，刀开关QK3的1—2通，5—4通，对I母线上直流负荷供电，同时经QK1向GB的基本电池组浮充电。PV2和PA3是监视U1的输出电压、电流的。电气二次回路

（5）浮充电直流系统的工作原理 :图4-6 • 充电器U2对母线II供电并对蓄电池GB浮充电（1）U2输出220V直流电压，向整组蓄电池充电时，刀开关QK4投向右侧，其触点2—3、5—6接通，U2的正极经QK4的2—3触点→II母线的十→QK2的1—2至GB的正极；U2的负极经 QK4的5—6→m点至GB端电池的负极，实现对整组蓄电池充电。（2）U2向II母线供电并对GB基本电池浮充电时，QK4投向左侧，其2—1、5—4触点接通，对B母线上直流负荷供电，同时经QK2向GB的基本电池组浮充电。PV3和PA4是监视U2的输出电压和电流的。电气二次回路

（5）浮充电直流系统的工作原理 :图4-6 • 蓄电池组的监视和保护 • 蓄电池组回路装有两组开关QK1、QK2，熔断器，两只电流表PA1、PA2，电压表PV1; • 回路中各熔断器作为短路保护； • 电流表PA1为双向5A—0—5A式，用以测量充电和放电电流； • 电流表PA2正常时被短接，当需测量浮充电电流时，可利用按钮SB使接触器KM的动断触点断开后测读; • 电压表PV1用来监视蓄电地组的电压。电气二次回路返回

§4.3 硅整流电容储能直流电源系统 4、3、1 硅整流电容储能的直流电源系统接线图：图4－7 电气二次回路

4.3.2 组成：图4－7 1、整流器：Ⅰ组，U1采用三相桥式整流，容量大，接于I母线，供断路器合闸用，也兼向II母线供电； Ⅱ组，U2采用单相整流，容量较小，接于II母线，仅用作向控制和保护及信号回路供电； 2、隔离变压器：T1、T2分别向整流器U1、U2提供交流电源； 3、逆止元件：V3的作用相当于逆止阀，即只容许合闸母线I向控制母线II供电，而不能反向供电，以确保控制和保护及信号系统供电的可靠性； 4、电阻Rl：用以限制控制母线II侧发生短路时流过V3的电流不会过大，起保护V3的作用； 5、储能电容器：C1，C2，仅在事故情况下向保护和跳闸回路放电，作为事故电源； 6、逆止元件：V1，V2的作用是防止事故时电容器向母线上其他回路（如信号灯等）放电。电气二次回路

4.3.3 保护和信号：图4－7 1、整流器U1、U2输出端的熔断器FU1、FU2为快速熔断器，起短路保护作用； 2、U2输出端的电阻R起保护U2的作用（限流）； 3、电压继电器KV监视U2的端电压，当U2输出电压降低或消失时，KV返回，其动断触点闭合，发出预告信号 4、V4为隔离二极管，防止在U2的输出电压消失后。由U1向KV供电，误发信号。电气二次回路返回

§4.4 复式整流装置直流系统 • 4.4.1 运行方式： • 正常运行时：由厂（所）用变压器T或电压互感器TV供电； • 事故情况下：由事故设备的电流互感器TA供给短路电流，经整流后作为操作电源。 • 4.4.2 复式整流的直流系统框图：图4－8 电气二次回路

4.4.3 工作原理图4－8 1、电压源（I）。复式整流装置的电压源一般由两条独立的回路供电，可分别取自变电所用变压器和外接高压系统电源的变压器（参见图4－9）在正常运行和非对称短路时，电压源的电压为额定值，基本保持恒定；而在母线或馈线发生三相短路故障时，电压源电压严重降低甚至消失。 2、电流源（II）。复式整流系统的电流源是事故情况下由电流互感器供给的短路电流。在正常运行时电流源无输出，但在发生三相短路时，TA有一个大的短路电流发生，其功率比电容储能式要大，经整流后可输出较大的直流电流作为事故电源。电气二次回路

4.4.3 工作原理图4－8 3、稳压器。短路电流变化范围较大，因此电流源必须设置稳压装置，才能获得比较平稳的直流电压。一般采用并联铁磁谐振饱和稳压器V稳压，其中将电容C与电感L构成谐振回路，起到滤波和改善电压波形的作用。 4、阻容吸收装置。由于回路中电感元件的作用，交流电本身也有过电压作用于硅元件上，为了防止硅元件因过电压而击穿损坏，故装设由电阻R和电容C串联组成的阻容吸收装置。由于电容C上的电压不能突变，延缓了过电压的上升速度，同时短路掉一部分高次谐波电压分量，使硅整流元件上出现的过电压不会在短时间内增至很大；电阻可限制电容器放电电流值和防止电容、电感发生振荡。电气二次回路返回

§4.5 直流系统的绝缘监察与电压监察装置 4.5.1 直流系统的绝缘降低根据《电气设备交接和预防性试验标准》规定，当使用500～1000V的兆欧表测量时，直流母线在断开其它所有并联支路时不应小于10MΩ；二次回路每一支路和断路器、隔离开关操作机构的电源回路不应小于1或0.5MΩ。直流系统绝缘降低，相当于直流系统的某一点经一定的电阻接地。直流系统发生一点接地时，没有短路电流流过，熔断器不会熔断，仍能继续运行。但是，这种接地故障必须及早发现并处理，否则可能引起信号回路、控制回路、继电保护及自动装置回路不正确动作。电气二次回路

§4.5 直流系统的绝缘监察与电压监察装置 图4-9 两点接地引起的不正确动作电气二次回路

§4.5 直流系统的绝缘监察与电压监察装置 • 4.5.2 直流系统的绝缘监察装置: • 1、接线：图4-10 • R1=R2=R3； • 转换开关：SA1，SA2； • 电压表：PV1，PV2； • 信号继电器：KS 电气二次回路

图4-10直流系统的绝缘监察装置原理接线

4.5.2 直流系统的绝缘监察装置 2、组成：图4-10 （1）信号部分：SA1，R1，R2，KS组成信号：5-7 9-11接通；测量Ⅰ：1-3 13-14接通；测量Ⅱ：2-4 14-15接通（2）测量部分：SA2，PV1，PV2组成母线电压：9-11 2-1 5-8接通；正对地：1-2 5-6 接通 V1 负对地：5-8 1-4 接通 V2 SA1三个位置： SA2三个位置：电气二次回路

4.5.2 直流系统的绝缘监察装置 • 3、工作原理：图4-10 • （1）测量部分 • 若：V1=0 V2=0 时，则绝缘良好 • 若：V1=0 V2=V 时，则正对地 • 若：V1=V V2=0 时，则负对地 • （2）信号部分 • A、信号回路 • 两极对地绝缘良好：R+=R-,R1=R2;电桥平衡;Ij=0,KS不动作 • 当一极对地绝缘电阻降低：R+≠R-,R1=R2;电桥不平衡; Ij＞Idz.j KS动作；光字牌亮，音响响 • B、正对地电阻的测量 • C、负对地电阻的测量电气二次回路

4.5.3 直流系统的电压监察 1、作用：直流母线的电压必须保持在规定的范围内，以保证控制装置、信号装置、继电保护和自动装置可靠动作和正常运行。否则，若直流母线上电压过高，则对长期带电的设备，如继电器、信号灯等造成损坏或缩短其使用寿命；若直流母线电压过低，则可能导致继电保护装置和断路器操动机构拒绝动作。 2、接线：图4-11 (1)低电压监视：一只低电压继电器KV1，Udz.j=0.75Ue (2)过电压监视：一只过电压继电器KV2，Udz.j=1.25Ue 电气二次回路

4.5.3 直流系统的电压监察 图4-11 直流系统的电压监察接线电气二次回路

4.5.3 直流系统的电压监察 • 3、工作原理：图4-11 • 当直流母线上的电压低于规定值（0.75Ue）时，低电压继电器KV1返回，其动断触点闭合，HL1光字牌点亮，预告母线电压过低； • 当母线上的电压高于规定值（1.25Ue）时，过电压继电器KV2动作，其动合触点闭合，HL2光字牌点亮，预告母线电压过高。返回电气二次回路

§4.6 闪光信号装置 4.6.1 组成：由闪光继电器（DX－3型)、试验按钮SB和白色信号灯WH组成。 4.6.2 接线：图4-12 电气二次回路

4.6.3 闪光信号装置工作原理 • 正常运行（即无事故或无跳、合闸操作的情况）时，闪光装置不工作，白色信号灯WH点燃，表示直流电源和熔断器完好。 • 当某一断路器QF事故跳闸时，SA在“合闸后”位置，QF在“跳闸后”位置，通过“不对应”回路把闪光小母线（十）WFS接至负电源，断路器控制回路的绿色信号灯HL由于两端电压很低而变暗，闪光继电器KC的线圈回路接通，与继电器KC线圈并联的电容C开始充电。经过一定延时后，当电容器C两端电压升到继电器KC的动作电压时，KC动作，其常开触点闭合，使闪光小母线（十）WFS又接至正电源，信号灯HL出于两端电压突然升高而变亮。与此同时继电器KC的常闭触点断开，电容C开始对KC线圈放电。经过一段延时，当电容C两端电压降到继电器KC返回电压时，继电器KC复归，HL又变暗。接着电容C又开始充电，重复上述过程，使断路器控制回路的绿色信号灯HL连续闪光，直到控制开关SA置于“跳闸后”位置，使其触点9－10断开为止。电气二次回路返回

第4章作业 4-1 操作电源的作用是什么？目前常用的有哪几种？ 4-2 直流负荷分为哪几类？ 4-3 铅酸蓄电池的工作原理是什么？ 4-4 铅酸蓄电池在充电和放电时的特性是什么？ 4-5 为什么蓄电池会有放电现象？ 4-6 铅酸蓄电池有哪两种运行方式？各有何特点？ 4-7 试述硅整流电容储能直流系统的工作原理。 4-8 试述复试整流装置直流系统的工作原理。 4-9 为什么蓄电池要进行核对性放电和均衡充电？ 4-10 为什么直流系统要装设绝缘监察装置？电气二次回路

END 谢谢大家！电气二次回路

第 4 章 操作电源