直流电源系统接线研究.docx

1、直流电源系统接线研究直流电源系统接线研究华北电力设计院老科协 陈 巩 一、概述 电力工程中的发电机起停过程，变电所的高压断路器、继电保护和自动装置的工作以及事故照明、UPS等，都需要直流电源给相关负荷供电。 当今的发电厂、变电所的直流电源基本上是蓄电池、充放电设备、监控装置和操作保护电器的配电设备等主要元器件的有机组合而成的独立电源系统。 直流电源系统接线应该是从简化的原则出发，研究合理的电流分布，运行操作电器的灵活性，必备的满足级差配合的保护电器，安装检修方便的问题。它是决定直流电源可靠性的重要问题之一。二、基本接线 基本接线的原则是根据蓄电池个数和容量的正确选择就可以满足直流系统运行时的浮

2、充电压、事故放电末期电压和均衡充电电压三种工况下直流母线电压均在允许范围之内。因而不讨论端电池、硅降压和其他调压方式的接线，也不考虑分别设置控制母线和合闸母线。充放电设备的按蓄电池组配置。备用充电设备和高频开关电源的冗余配置参照相关标准。直流配电按辐射网络供电。基本接线按图1和图2所示，分析如下： 图1 图2 （晚些时候上传） 图1是理想的基本接线，它要求直流电源设备或直流母线处在负荷中心处，目前核电核岛直流电源和部分电力工程配套进口的直流电源采用，接线简单、供电可靠、不需要考虑保护复杂的级差配合。随着直流电源设备可靠性的提高和配套成本下降，蓄电池组数增多和直流负荷的高度集中，这种接线会得到广

3、泛应用。 图2是电力工程直流电源常用的接线，本来在取消了端电池、不区分控制和合闸母线、取消了硅降压等调压设备后，简化了的接线又复杂化了。因而有必要研究这种基本接线中的几个问题。 1、充电母线问题：蓄电池和充放电设备三者之间是有机联系在一起的，从电流分布观点，它们之间的连接应尽量缩短，从运行的观点，它们可以根据需要接入直流母线，也可以脱离直流母线工作，大容量蓄电池组在远离直流母线或经常负荷电流较小的直流电源系统，接线中应建立充电母线。设置充电母线不应该增加蓄电池电源的保护级差。 2、主母线问题：按蓄电池组设置单母线是简化和可靠的方式，全厂（所）仅有1组蓄电池时可将主母线分段。2组蓄电池均按蓄电池

4、建立单母线接线。 3、分电柜母线：对于直流电源系统网络较大且有1处或几处的负荷相对集中，宜设分电柜，由分电柜母线对负荷实现辐射供电。大中型发电厂宜在厂用配电装置、集控室、升压站等处设直流分电柜。大中型变电所宜在主变各侧配电装置及保护小室分设直流分电柜。 4、柜顶小母线：控制柜、继电保护和自动装置成套柜来自不同的成套设备厂，它们按柜内装置的需要，分设多路独立的供电回路，由于厂家不同，采用了五花八门的操作和保护电器。由于直流电源系统设计时无法深入了解，只能按柜顶小母线供电设计，应尽量从直流系统主母线供电给柜顶小母线，其供电接线按分电柜的要求，提高供电可靠性并减少串连级差。 三、学习DL/T5044

5、-2004电力工程直流系统设计技术规程的理解 1、1组蓄电池的直流系统 直流母线采用单母线分段接线或单母线接线的并列提法，不解释单母线分段适用于全厂（所）只有1组蓄电池的直流系统。 充电装置和蓄电池应接不同母线段，2套充电装置时，2套充电装置应接入不同母线段。蓄电池应跨接在二段母线上。取消了变电所也可将蓄电池接在一个分段上的提法。 2、2组蓄电池的直流系统 直流母线应采用二段单母线接线，蓄电池组应分别接于不同母线段。应满足在运行中二段母线切换时不中断供电的要求，切换工程中允许2组蓄电池短时并联运行。不强调应有防止2组蓄电池并联运行的闭锁装置，在直流母线电压基本一致和运行人员的水平提高的基础上并

6、且强调了短时（即切换操作过程），是建立在2组蓄电池的直流系统往往是蓄电池组容量、个数、型式、电压等参数是基本一直的条件下的并联。 充电装置应接入不同母线段，有第3套充电装置应经切换电器可对2组蓄电池进行充电。 3、操作电器 二段直流母线之间应设联络电器。联络电器可以是隔离开关、具有隔离功能的断路器、具有隔离功能的负荷开关或熔断器组合电器等。此联络电器应选择具有负荷能力可操作的隔离电器，或选择具有隔离功能的直流断路器。 蓄电池组和充电装置均应经隔离和保护电器接入直流系统。隔离和保护电器是指具备有负荷操作能力和过载及短路保护功能的电器，可以是开关熔断器组，也可以是熔断器式开关，当然也可以是直流断路

7、器。 网络设计中还有几处隔离电器的提法。隔离电器是指仅具有正常负荷操作能力而不具备保护能力的电器。 馈线回路没有操作电器的规定，因为有保护电器的规定，也可能是修编过程的一个露项。 4、直流网络宜采用辐射供电方式 辐射供电的优点是：网络简化、可靠、易于查找接地故障点，容易实现保护级差配合。缺点是电缆用量增加。 5、直流分电柜接线 在直流负荷中心处设直流分电柜，主要是简化网络接线和节约电缆。 直流分电柜应有2回直流电源进线，电源进线宜经隔离电器接至直流母线。 应该是直流分电柜上的母线进线宜在分电柜上装设隔离电器，即具有接通和分段工作电流和承载短路电流能力的电器而不装设保护电器，便于检修而不增加保护

8、级差。 对于具有双重化控制和保护回路要求双电源供电的负荷，分电柜应采用2段母线，2回直流电源应来自不同蓄电池组。并应防止2组蓄电池并联运行。 防止并联的方法是分电柜2段母线之间不设联络，馈线电缆无法检修。设机械闭锁的联络，电缆可以检修但切换过程中造成1条母线短时停电。分电柜上由于无法监控蓄电池的运行工况，绝对不可以并联。 四、电力设计院的工程实践 本人有机会收集到各大区和重点省的电力设计院近年来的数十个电力工程的直流系统接线，分析研究了有代表性的300MW和600MW汽轮发电机组采用2组蓄电池组的直流系统接线，归纳起来其原则接线共有4种，当然操作和保护电器的选择和配置还是多样的。由于不便交流的

9、关系，不能对号加座，只能就原则接线介绍和分析如下： 1、图41接线特点图41 a.蓄电池组、充电装置、放电试验回路三者并联后上直流母线。正常运行时充电装置直接上母线。 b.充电装置经双切换实现对蓄电池组充电或直接上直流母线的选择。解决推出蓄电池运行时，直流母线仍可以由充电装置暂时供电以保证直流系统切换时不中断直流母线供电。 c.直流母线电源开关与联络开关相互闭锁，保证2组蓄电池不可能并联运行。 d.2组充电装置可能短时并联运行，当2组充电装置电压差别较大或限流特性较差时将出现抢负荷现象，充电装置表计指示不正确，监控装置配置不当时，可能会引起功能混乱。 这种接线适用于选择的充电装置应可以满足蓄电

10、池各种工况运行的需要，2组蓄电池不允许并联但要求直流母线电源切换时不停电的直流系统。监控装置必需按蓄电池配置，退出蓄电池后其直接上母线的充电装置在母线切换操作时输出电压一定要低于另1组充电装置的输出电压。这种接线正常运行时充电装置与蓄电池在母线并联运行，提高了直流母线供电的可靠性。 2、图42接线特点图4-2 a.充电装置直接上母线，虽然提高了直流母线供电可靠性，但是若蓄电池进行核对性充放电时，充电距离过长，并且需利用直流母线做为通路，这种情况若将蓄电池退出运行时机进行核对性充放电时，其直流母线负荷由另一组蓄电池供电没有可能。 b.蓄电池组上直流母线的电源开关与联络开关相互闭锁，保证2组蓄电池

11、不可能并联运行。 c.只要充电装置不退出运行，直流母线在电源切换过程中，直流母线不会出现短时停电。 d.两组充电装置可能并联运行同图41接线。因此有些工程设计中对充电装置上母线之前经闭锁二极管的接线，解决了充电装置表计指示的正确性。 这种接线适用于充电装置可带经常负荷按浮充电方式运行，不使用该充电装置对蓄电池进行核对性充放电。核对性充放电应由备用（第三套）充电装置完成。蓄电池组不并联而可以实现直流母线的互联。充电装置与蓄电池在直流母线并联运行，提高了直流母线供电的可靠性。若没有闭锁二极管的接线，仍存在图41的问题。 3、图43接线特点 a.蓄电池组与备用（第三套）充电装置和放电试验回路并联后直

12、接上直流母线。 b.充电装置直接上直流母线的开关与母线联络开关相互闭锁，保证与另一直流母线上的充电装置不可能并联，但是充电装置与备用（第三套）充电装置仍有并联可能。 c.2组蓄电池在合任一组直流母线联络开关后，均有可能并联。 d.备用（第三套）充电装置因为有闭锁只能给一组蓄电池充电。 这种接线适用于充电装置可带经常负荷并按浮充电方式运行，不使用该充电装置对蓄电池进行核对性充放电。核对性充放电只应由备用充电装置完成。2组母线上的充电装置不可能并联，但蓄电池可以并联。在直流母线电源切换操作时，必需观察2组蓄电池的电压水平应基本一致。 4、图44接线特点 这种接线与图41接线基本一样。是按每段直流母

13、线为单元的元件排列和接线完全一样组合的系统接线。有系统对成模块化特点。据了解设计、制造、安装、运行、调试都比较欢迎和满意。这种接线增加了备用（第三套）充电装置和相应直流母线的充电装置实现了机械闭锁，尤其认为两组直流母线不在1各控制室中更为重要，当时两组母线的充电装置仍有并联的可能。解决的办法同图4-1。 5、直流分电柜接线特点 两组蓄电池分别2回馈线供电给直流分电柜两段母线如图4-5。其中I、II表示直流系统两组蓄电池的主接线，第一种接线经隔离电器，两段母线可以联络，必须先断开1路馈线后的联络才可以避免并联。第二种接线在直流分电柜操作，可以实现防止两组蓄电池并联，但1段母线会短时停电。第三种直

14、流分电柜分别设置控制和保护各2段母线，其馈线分别由2段直流母线供电，不设联络也不用闭锁，双重化供电至负荷。 6、分析 a综上所述，图44接线比较完善。达到了蓄电池不并联，母线切换时不停电，充电和备用充电不并联，设计、制造、运行对对称模块化满意。当时接线还是复杂，闭锁仍不完善和实现困难，仍不是理想的接线。 b充电装置是否可以并联，历来规程条文中没有规定。工程设计中认为并联没有严重问题，长期并联可能性不大或采取了闭锁措施。但实际运行中，若处理不当还是有一定问题的。 c受老规程的“错误”（阶段性）影响，当时是铅酸蓄电池组，尤其是带端电池的蓄电池组，无条件的并联产生的环流烧毁蓄电池时有发生，因此规定不能并联。现在是规定“电压相差不大的短时并联”，对“蓄电池没有大的危害”。可见2组蓄电池的直流母线是可以直接用联络电器并联运行的，这又简化了系统接线。随着新规程的落实，业主的充分理解，不需闭锁的直接联络将会得到广泛应用。 d关于直流分电柜接线，发电工程宜采用图4-5b接线防止两组蓄电池并联。大型变电工程宜采用4-5c接线解决双重化和防止两组蓄电池并联。图4-5a为了控制和保护不失双重化的不停电切换，但蓄电池远端并联是有危险的，切换后目的是为了停一路馈线，电源已失去了双重化的基本要求。未完待续